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        基于PLC及觸摸屏的焊接平臺控制系統(tǒng)設計

        2016-12-31 00:00:00姚江云李統(tǒng)群薛良
        科技創(chuàng)新與應用 2016年11期

        摘 要:文章設計了一種焊接平臺自動控制系統(tǒng),進而徹底克服了原有控制系統(tǒng)定位精度低、生產(chǎn)效率低的缺點。主要對控制系統(tǒng)的硬件結構和軟件控制程序進行了設計。實驗結果表明,該系統(tǒng)定位進度高,運行平穩(wěn),也可以靈活改變焊接尺寸,適應不同的焊接工件,使用范圍廣,焊接效率高,具有很好的自動化和柔性化。該系統(tǒng)已投入生產(chǎn)使用,性能穩(wěn)定。

        關鍵詞:焊接平臺;PLC;觸摸屏;控制系統(tǒng)

        引言

        隨著汽車制造技術的發(fā)展,汽車零部件的生產(chǎn)全過程也逐步走向專業(yè)化,標準化,焊接生產(chǎn)線的自動化,柔性化與智能化已成為必然趨勢[1]。當前PLC和觸摸屏技術的應用已成為構建自動化生產(chǎn)線的主要工具,采用該項技術的焊接系統(tǒng)已成為焊接自動化技術現(xiàn)代化的主要標志[2-3]。PLC具有通用性強,接線簡單,工作可靠等優(yōu)點,已成為工業(yè)控制自動化系統(tǒng)的核心控制器;觸摸屏技術更是能夠加強人機交互,方便操作與監(jiān)控,已成為大型自動化生產(chǎn)線必不可少的部分,因此,PLC和觸摸屏技術受到工廠和企業(yè)越來越多的重視。作為汽車零部件生產(chǎn)行業(yè)的汽車座椅支架焊接系統(tǒng)也應該緊跟時代的步伐,實現(xiàn)高度的自動化,能夠高效、穩(wěn)定的生產(chǎn),以滿足汽車行業(yè)的快速發(fā)展。據(jù)了解該焊接系統(tǒng)目前大部分處于人工化或半自動化狀態(tài),PLC及觸摸屏的應用較少或應用功能較為單一,有待于進一步研究改造,向自動化、柔性化方向發(fā)展。在汽車座椅支架焊接系統(tǒng)中合理采用PLC、觸摸屏和伺服控制技術,能夠實現(xiàn)更加高效、穩(wěn)定、大批量多模式的自動化生產(chǎn)。

        本設計是針對廣西柳州某廠家一汽車座椅焊接系統(tǒng)的缺陷進行自動化改造與設計的。首先引入PLC作為本控制系統(tǒng)的核心控制器,其豐富的內(nèi)部資源便于控制程序的編寫,更容易實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化和柔性化。系統(tǒng)的執(zhí)行電機采用定位準確的伺服電機,更有利于焊接工件的精確化與標準化。系統(tǒng)還設有便于操作的觸摸屏,能夠方便的實現(xiàn)系統(tǒng)的基本操作、報禁顯示及焊接工件類型的選擇。

        1 自動焊接平臺結構設計

        系統(tǒng)由主控制器PLC、觸摸屏、機械運動設備及其他輔助器件如電流檢查器、行程開關等構成。PLC與機械運動設備連接在一起,操作人員通過觸摸屏及外部按鈕控制整臺設備的運行,控制系統(tǒng)結構如圖1所示。

        具體工作過程為:系統(tǒng)啟動,設定焊接工件的尺寸,然后進料、啟動焊槍、工作臺運行、焊接、等到所有接點焊接完成后自動出料。

        2 主要硬件配置

        本系統(tǒng)采用PLC作為控制核心,輸入信號主要有按鈕、原點接近開關和極限限位開關,電流檢測傳感器;輸出信號主要有伺服電機的脈沖控制信號和方向控制信號、指示燈、報警器、焊槍升降機構及開關繼電器,此外還有與觸摸屏的通信信號。由于需要進行定位控制,PLC需具備高速脈沖輸出口,且根據(jù)輸入輸出信號的數(shù)量、類型、控制要求,選用三菱PLC FX1S-30MT-001作為主控制器,該型號CPU采用晶體管輸出方式,具有16個數(shù)字量輸入點、14個數(shù)字量輸出點,集成三路高速脈沖輸出,頻率高達100KHz。

        伺服電動機作為執(zhí)行元件,與滾珠絲杠配合,通過控制脈沖個數(shù)實現(xiàn)定位。

        3 自動焊接平臺控制系統(tǒng)軟件設計

        本系統(tǒng)采用三菱PLC FX1S-30MT-001作為主控器,它具體積小、處理數(shù)度快、通信簡單及多種特殊功能等優(yōu)點。本設計主要應用其高速計數(shù)功能對伺服電機編碼器發(fā)出的高速脈沖進行計數(shù),進而實定位。通過實驗發(fā)現(xiàn),通過絲桿螺距計算出脈沖數(shù)量直接定位,會因伺服驅動器的脈沖丟失現(xiàn)象導致定位不準確,因此,本設計在原有開環(huán)控制的基礎上設計了閉環(huán)控制系統(tǒng),并在PLC中加入PID控制算法,使得控制誤差得到及時準確的修正,滿足了一些高進度焊接的場合。DDRVI指令是專用的高速脈沖定位指令,可以設置脈沖頻率、脈沖總數(shù)、脈沖方向和發(fā)出脈沖的出發(fā)點,它可以通過一個自己特有的寄存器記錄所發(fā)出的脈沖數(shù)和發(fā)出脈沖的方向,可以用于精確的定長控制。

        4 觸摸屏監(jiān)控畫面設計

        觸摸屏是一種主要的人機對話裝置,它具有通用性較好,功能全面,與人的親和力極強等特點,在各種工業(yè)控制領域中應用廣泛。在底層控制系統(tǒng)設計完成的基礎上,為了能夠達到一機多用、人機交互的目地,本設計采用觸摸屏技術設計其上位機監(jiān)控、操作畫面,實現(xiàn)人機交互。由于威綸通觸摸屏具有體積小、成本低、功能全面等優(yōu)勢,本項目采用威綸通觸摸屏MT8050Ii進行組態(tài)設計,通過畫面的組態(tài)與編寫不同的程序實現(xiàn)手自動模式切換、不同尺寸焊接模式的切換、焊機工作狀態(tài)顯示、故障報警等功能。整個上位機監(jiān)控系統(tǒng)主要包括主畫面和分畫面,分畫面包括手動操作畫面、產(chǎn)品尺寸選型畫面。在主畫面中可以顯示當前焊接平臺的手自動工作模式、焊接工件數(shù)量統(tǒng)計、報警等,也可以切換到其他分畫面進行操作,具體設計如圖2所示。

        5 結束語

        文章設計了一種基于PLC及觸摸屏的閉環(huán)焊接平臺柔性化控制系統(tǒng),具體包括焊接平臺控制系統(tǒng)的控制原理、硬件設計和軟件設計。該系統(tǒng)經(jīng)過實際生產(chǎn)驗證,運行性能良好、可靠性高。在進一步提高產(chǎn)品質量的前提下,還提高了生產(chǎn)效率,以及多用極大地節(jié)約了生產(chǎn)成本,為企業(yè)創(chuàng)造了更多的價值。

        參考文獻

        [1]楊艷,文超.汽車車橋的柔性自動化焊接控制系統(tǒng)研究[J].焊接技術,2014,43(10):51-53.

        [2]向平,張磊,鼓勵帥,等.基于PLC的自動焊接曲線平臺設計[J].機械設計,2014,52(6):74-76.

        [3]蔣無疾,金志剛,王娜.五角星自動焊接裝置的PLC控制[J].焊接技術,2013,42(2):37-40.

        作者簡介:姚江云(1987-),女,山西忻州人,講師,主要從事電氣自動控制系統(tǒng)研究與設計工作。

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