張 斌

（廣東省肇慶市四會(huì)中等專業(yè)學(xué)校，廣東 肇慶 526200）

1 原圓周焊旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)介紹

1.1 轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置問題

由于該控制系統(tǒng)是松下20 世紀(jì)80年代研發(fā)產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分備件全部停產(chǎn)，且系統(tǒng)調(diào)速不穩(wěn)定經(jīng)常突然加減速，造成壓縮機(jī)焊接報(bào)廢。同時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)定位裝置機(jī)械磨損嚴(yán)重，造成設(shè)備焊接精度不足。

1.2 設(shè)備動(dòng)作流程、原理和自動(dòng)控制要求

1）設(shè)備動(dòng)作流程

2）動(dòng)作原理

轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：為直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，主要構(gòu)件由：①直流多度段速度調(diào)整驅(qū)動(dòng)板；②直流電機(jī)；③直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換接觸器組成。

圖1 設(shè)備動(dòng)作流程圖

轉(zhuǎn)臺(tái)邏輯動(dòng)作原理：焊接裝置（CO2焊機(jī)）起動(dòng)→轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)開始→焊機(jī)起弧溶接（轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度要求2r/min）→轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)碰撞正常溶接限位開關(guān)后，焊接轉(zhuǎn)入正常溶接（轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度要求5r/min）→轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)碰撞收弧溶接限位開關(guān)后，焊接轉(zhuǎn)入收弧溶接（轉(zhuǎn)臺(tái)速度要求3r/min）→轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)碰撞焊接結(jié)束限位開關(guān)后，轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn)→碰撞原點(diǎn)行程開關(guān)后，轉(zhuǎn)臺(tái)停止。

3）轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)自動(dòng)控制要求

（1）轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度必須三種以上，同時(shí)每種速度必須可以任意加減，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單化，且旋轉(zhuǎn)速度慢而均勻。

（2）轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度必須從觸摸屏畫面上顯示，便于設(shè)備焊接調(diào)整。

（3）轉(zhuǎn)臺(tái)邏輯動(dòng)作必須滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝。

（4）轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)位置精度必須達(dá)到目前焊接產(chǎn)品工藝要求。

2 新控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

方案一：采用三菱AD75P1-S3 定位模塊控制三菱MA-J2A 伺服系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)：定位精度準(zhǔn)確（精度范圍0.000～0.05mm）而且控制系統(tǒng)穩(wěn)定。但是由于該控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)要求很高。且備件購買費(fèi)用昂貴。

方案二：采用三菱PLC 高速計(jì)數(shù)模塊A1SD61及OMRON（E6B2-CWZ6C-360P/R）編碼器進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)位置反饋，通過PLC 邏輯編程控制三菱變頻器及電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)控制。優(yōu)點(diǎn)：①高速計(jì)數(shù)功能可以正確反饋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)位置，精度準(zhǔn)。②變頻器控制交流異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制穩(wěn)定。③自身利用PLC 控制變頻器相關(guān)技術(shù)把握比較全面。④所有備件合成費(fèi)用比三菱伺服系統(tǒng)便宜很多。

結(jié)合上述分析及比較，最終決定采用第二方案進(jìn)行圓周焊旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行改造。

改造后的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)原理，如圖2所示。當(dāng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)在某一參考點(diǎn)時(shí)，信號(hào)經(jīng)過A1S68DAV轉(zhuǎn)換到變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)將完成能量的轉(zhuǎn)換，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)作。位置檢測(cè)編碼器也會(huì)將轉(zhuǎn)臺(tái)角度傳遞給A1SD61 模塊，通過計(jì)算將給于主機(jī)脈沖信息反饋，而轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角也會(huì)顯示在控制畫面中，這樣就形成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

圖2 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)原理圖

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件選定

1）設(shè)備原有自動(dòng)化控制元件

（1）三菱 A1SJH PLC 一套，I/O 模塊包括A1S68AD、A1S68DAV、A1SX42、A1SY42。

（2）觸摸屏（PRO-FACE 型GP2401-TC41-24）。

（3）DC24V 電源模塊，以及其他相關(guān)工控元件。

2）新增加旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)化控制元件

①三菱A1SD61 高速計(jì)數(shù)模塊。計(jì)數(shù)速度設(shè)定50KPPS（2）、CHI 脈沖入力電壓設(shè)定DC24V。②高速計(jì)數(shù)編碼器OMROE6B2-CWZ6C-360P/R。③變頻器：由于轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)要求旋轉(zhuǎn)速度慢而穩(wěn)，負(fù)載力較小，以及費(fèi)用低。故選用基頻以下調(diào)速變頻器，三菱FR-S520E-0.4K，輸入三相AC200-AC240V 50Hz 輸出三相AC200-240V，MAX 電流2.5A。④驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)：結(jié)合生產(chǎn)工藝要求轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)CT 時(shí)間為12s 及停止位置準(zhǔn)確性。故選用三菱（GM-SFB）三相交流AC200V 0.4K 1∶80 1445r/min 帶制動(dòng)器DC90V的電動(dòng)機(jī)。⑤繼電器、接觸器、動(dòng)力控制線、機(jī)械傳動(dòng)齒輪三件及電動(dòng)機(jī)定位支架、編碼器規(guī)定支架各一件，其他輔助部件若干。

3.2 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)PLC 控制程序

相關(guān)的操作元件明細(xì)，見表1。

表1 操作元件明細(xì)表

3.3 電氣主接線方式

三菱PLC、觸摸屏、變頻器電氣主接線方式，如圖3所示。

圖3 電氣主接線方式

4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 控制系統(tǒng)部分程序流程

根據(jù)設(shè)備控制要求，程序流程分為轉(zhuǎn)臺(tái)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制、回原點(diǎn)控制。手動(dòng)和自動(dòng)控制程序流程圖，如圖4（a）、4（b）所示。

圖4 手動(dòng)和自動(dòng)控制程序

4.2 人機(jī)接口HMI 及系統(tǒng)調(diào)試

1）HMI 畫面

采用PRO-FACE 觸摸屏GP2401-TC41-24 作為顯示器，通過按鈕和對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可以非常方便的對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行操作控制。

2）系統(tǒng)調(diào)試

旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)主要操作畫面，如圖5所示。

圖5 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)操作畫面

對(duì)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)角度與旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行分析和計(jì)算：根據(jù)電動(dòng)機(jī)減速比及機(jī)械齒輪旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)比（Z1/Z2= 1∶80，Z2/Z3=3∶7，Z3/Z4=7∶1）已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1445r/min，編碼器360P/R，焊接完成角度為198°，時(shí)間為11.5s，焊接工藝要求,起弧焊接角度為10°，時(shí)間1s，溶接角度為164°，時(shí)間9s，收弧角度24°，時(shí)間2.5s。通過計(jì)算，起弧轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度=（焊接角度10°÷360°÷1s）×60=1.66r/min 即1.66×7÷ 3×80=222.2r/min，通過60f/P×（1-S）即=10Hz。溶接焊接轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度=（焊接角度164°÷360°÷9s）×60=3.04r/min 即3.04×7÷3×80=566.9r/min，通過60f/P×（1-S）即=18.2Hz。收弧焊接轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度=（焊接角度 24°÷ 360°÷2.5s）×60=1.6r/min 即31.6×7÷3×80=298.67r/min，通過60f/P×（1-S）即=9.6Hz。根據(jù)上述的分析得到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)角度與旋轉(zhuǎn)速度的關(guān)系，見表2。

（1）首先將表2中的轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)值在畫面內(nèi)進(jìn)行設(shè)置。

表2 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)角度與旋轉(zhuǎn)速度關(guān)系表

（2）手動(dòng)：手動(dòng)操作旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，首先將壓縮機(jī)調(diào)試筒體放入旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)，并通過工件夾緊裝置將工件夾緊，然后在畫面上操作轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)起動(dòng)后一直按住正轉(zhuǎn)按鍵，觀察轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)狀況，確認(rèn)轉(zhuǎn)臺(tái)剎車，停止位置及轉(zhuǎn)臺(tái)角度顯示與實(shí)踐是否吻合。經(jīng)確認(rèn)無其他問題后，調(diào)試轉(zhuǎn)臺(tái)返回原點(diǎn)狀況。確認(rèn)是否按照返回起動(dòng)時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)角度大于等于30°時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)以30Hz 的頻率返回，K15s 后轉(zhuǎn)臺(tái)以80Hz的頻率運(yùn)行，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)角度小于81°時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)以5Hz 的頻率運(yùn)行（目的避免返回原點(diǎn)時(shí)速度過快）。

（3）自動(dòng)：手動(dòng)無異常后，再進(jìn)行無焊接轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，確認(rèn)轉(zhuǎn)臺(tái)是否按照表2的設(shè)定參數(shù)運(yùn)行。并協(xié)同現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)起弧，溶接，收弧焊接角度及旋轉(zhuǎn)CT 時(shí)間是否在生產(chǎn)工藝要求內(nèi)。并將焊接成品給現(xiàn)場(chǎng)品質(zhì)管理人員確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)焊接成品后起弧，收弧位置沒有滿足生產(chǎn)工藝要求，重新將起弧，收弧速度設(shè)置為：W0A0=9.5Hz，W0A4=9.8Hz。再次測(cè)試，成品確認(rèn)已達(dá)到加工工藝要求后，進(jìn)行試產(chǎn)100PC，無異常進(jìn)行相關(guān)設(shè)備參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化作成。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)自改造投入使用至今，軟、硬件方面都運(yùn)行正常，且直觀、操作方便。同時(shí)也大大提高了生產(chǎn)效率，減少了產(chǎn)品的不良率。實(shí)踐證明，利用PLC 結(jié)合變頻器控制電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)是一種可以取代高性能伺服控制轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制方法。

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