陳萬勛，石高登，蔣小輝，馮 俊

（1.中國(guó)電建集團(tuán)貴州工程有限公司，貴州 貴陽 550003；2.三峽大學(xué)科技學(xué)院 機(jī)電系，湖北 宜昌 443002； 3.宜昌山城水都冬蟲夏草有限公司，湖北 宜都 443300）

0 引 言

固定點(diǎn)焊機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械制造的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。常用的焊機(jī)分為兩種結(jié)構(gòu)：一種為X 槍，一種為C 槍[1]。它的工藝參數(shù)主要由焊接電流、焊接通電時(shí)間和加壓力3 個(gè)因素決定，因此一般通過調(diào)節(jié)其通電時(shí)間、焊點(diǎn)的接觸壓力及焊接電流來實(shí)現(xiàn)焊接的工藝要求。此外，它產(chǎn)生的二次回路中的感抗對(duì)電流的影響小，可使負(fù)載均衡，提高了電極頭的使用壽命。固定焊機(jī)被廣泛應(yīng)用于鋼筋板件、鋁件、不銹鋼以及螺母等的焊接。

1 點(diǎn)焊機(jī)原理及結(jié)構(gòu)

目前，我國(guó)采用的微機(jī)控制的次級(jí)整流的點(diǎn)焊機(jī)采用接觸類電阻焊方式，基本原理為焊件在壓力的作用下，內(nèi)部通過焊接電流產(chǎn)生電阻熱，通過它的高溫焊接工件。點(diǎn)焊機(jī)工作時(shí)兩個(gè)電極的加壓工件會(huì)使兩層金屬在兩個(gè)電極的壓力下形成一定的接觸電阻，而焊接電流兩級(jí)間接觸電阻點(diǎn)形成瞬間的熱熔接。點(diǎn)焊機(jī)由機(jī)械裝置、電源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)3 部分組成[2]。點(diǎn)焊機(jī)的加壓裝置大多采用雙行程的快速氣壓傳動(dòng)方式，采用切換行程控制的手柄改變焊槍的開口度。電源系統(tǒng)由變壓器、可控的硅單元、開關(guān)以及回路組成。控制系統(tǒng)用來控制焊槍的行程及動(dòng)作。

2 點(diǎn)焊機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1 所示，電焊機(jī)控制系統(tǒng)以西門子S7-1200系列PLC 為核心，集成步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器控制工作臺(tái)的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊槍的水平運(yùn)動(dòng)，以普通電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器控制焊槍的升降來達(dá)到電焊機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行，通過觸摸屏將工件的型號(hào)和尺寸參數(shù)下載到PLC 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

圖1 固定點(diǎn)焊機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)圖

系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)器A 控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)焊槍在工作面內(nèi)徑向移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器B 控制工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，普通電機(jī)實(shí)現(xiàn)焊槍上下移動(dòng)。傳感器A 采集工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，傳感器B 采集焊槍徑向位移。

3 點(diǎn)焊機(jī)控制流程設(shè)計(jì)

整個(gè)點(diǎn)焊機(jī)控制的工作流程[3]：先通過觸摸屏設(shè)置參數(shù)（豎直間隔、步距角、圈數(shù)等），使得程序自動(dòng)啟動(dòng)，電機(jī)給電，驅(qū)動(dòng)伸叉電機(jī)使焊槍下降進(jìn)行焊點(diǎn)，接著焊槍上升，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，焊槍接著進(jìn)行升降焊點(diǎn)，焊完一圈后焊槍上升；驅(qū)動(dòng)進(jìn)退步進(jìn)電機(jī)使工作臺(tái)前進(jìn)或者后退，焊槍接著升降進(jìn)行焊點(diǎn)，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，直到焊點(diǎn)工作完成，如圖2 所示。

圖2 固定點(diǎn)焊機(jī)控制流程圖

4 觸摸屏畫面設(shè)計(jì)

觸摸屏畫面設(shè)計(jì)采用西門子WINCC 控制組態(tài)軟件，主要功能是觸摸屏借助通信協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。固定點(diǎn)焊機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)觸摸屏畫面包括操作記錄、位置給定、位置監(jiān)控、報(bào)警記錄、手動(dòng)調(diào)試、信號(hào)監(jiān)控、登錄系統(tǒng)和退出系統(tǒng)8 個(gè)畫面[4]， 如圖3 所示。

操作記錄畫面記錄每一次操作信息，報(bào)警記錄畫面記錄每一次報(bào)警信息，以便分析系統(tǒng)故障；位置監(jiān)控畫面監(jiān)視電機(jī)和焊槍的工作的位置；位置給定畫面用以設(shè)置焊點(diǎn)間距、圈數(shù)以及步距角等參數(shù)；信號(hào)監(jiān)控畫面顯示自動(dòng)式固定點(diǎn)焊機(jī)系統(tǒng)工作狀態(tài)；登錄系統(tǒng)和退出系統(tǒng)畫面用以操作員的權(quán)限管理。

圖3 固定點(diǎn)焊機(jī)觸摸屏畫面

5 結(jié) 論

本文基于西門子S7-1200 系列PLC 設(shè)計(jì)一套自動(dòng)式固定點(diǎn)焊機(jī)控制系統(tǒng)，包括工作臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、焊槍、PLC、觸摸屏等選型及系統(tǒng)集成，然后進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)、I/O 表分配、控制流程設(shè)計(jì)及編寫、WINCC 監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)等。整個(gè)系統(tǒng)工作參數(shù)通過觸摸畫面與PLC 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，通過PLC 控制整個(gè)電焊機(jī)工作臺(tái)，自動(dòng)完成高精度焊接。