淺談四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、淺談四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要： 點(diǎn)焊機(jī)作為一種重要的工業(yè)用具，在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中占著舉足輕重的位置。點(diǎn)焊是一種重要的焊接工藝，具有生產(chǎn)效率高、成本低、節(jié)省材料和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)。如今，傳統(tǒng)的點(diǎn)焊機(jī)控制方式已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)的需求，本文對(duì)四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了保證四工位點(diǎn)焊機(jī)高效節(jié)能又能安全可靠的運(yùn)作，可采用可編程控制器plc來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)四工位點(diǎn)焊機(jī)系統(tǒng)的控制，來(lái)完成四工位點(diǎn)焊機(jī)在高地項(xiàng)目柔性自動(dòng)化生產(chǎn)流水線的物料裝配的控制。 關(guān)鍵字：點(diǎn)焊機(jī)、plc控制 、控制系統(tǒng)、自動(dòng)化1 文獻(xiàn)綜述隨著科技的發(fā)展，為了減少勞動(dòng)力再生產(chǎn)線上的機(jī)械勞動(dòng)，尋找創(chuàng)新的道路開(kāi)發(fā)利用，節(jié)約不必要的人力

2、支出和人員勞動(dòng)，開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化生產(chǎn)流水線。自動(dòng)化生產(chǎn)線是產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程所經(jīng)過(guò)的路線，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動(dòng)所構(gòu)成的路線1。然而這些自動(dòng)化的操作大量的節(jié)約了成本。在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從點(diǎn)焊機(jī)問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解2。點(diǎn)焊機(jī)可在不用人力的情況下焊接物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線3。本設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊機(jī)的手動(dòng)和自動(dòng)化的轉(zhuǎn)化，改變以往點(diǎn)焊機(jī)的單純手動(dòng)送料，減少了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率，

3、實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)！而且四工位點(diǎn)焊機(jī)的設(shè)計(jì)是由于工作環(huán)境惡劣，不允許人員長(zhǎng)時(shí)間在旁邊工作的情況下孕育而成的4。不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。柔性生產(chǎn)線是把多臺(tái)可以調(diào)整的機(jī)床(多為專用機(jī)床)聯(lián)結(jié)起來(lái)，配以自動(dòng)運(yùn)送裝置組成的生產(chǎn)線。按照輸送系列產(chǎn)品大體可以分為：皮帶流水線、板鏈線、倍數(shù)鏈線、插件線、網(wǎng)帶線、懸掛線及滾筒流水線這七類流水線。一般包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。流水線輸送能力大，運(yùn)距長(zhǎng)，還可在輸送過(guò)程中同時(shí)完成若干工藝操作，所以應(yīng)用十分廣泛。在

4、當(dāng)今世界自動(dòng)化生產(chǎn)流水線相對(duì)比較普遍，當(dāng)然還有少部分落后國(guó)家還在運(yùn)用人力的流水線生產(chǎn)物料。運(yùn)用柔性自動(dòng)化的生產(chǎn)流水線是我國(guó)目前乃至全世界的發(fā)展目標(biāo)也是現(xiàn)在普遍的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。點(diǎn)焊機(jī)一般由控制器來(lái)控制時(shí)間、電流等參數(shù)，運(yùn)用點(diǎn)焊機(jī)并開(kāi)發(fā)出更多工位的點(diǎn)焊機(jī)在今后的工業(yè)生產(chǎn)中。2 選題的背景及意義隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的操作方式也發(fā)生著革命性的變化，從手工作坊式的勞動(dòng)，逐漸演變成自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)方式，人類也逐漸無(wú)法完成某些生產(chǎn)過(guò)程，所以為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要出現(xiàn)了特殊的生產(chǎn)工具點(diǎn)焊機(jī)。與此同時(shí)也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)活動(dòng)，在這些生產(chǎn)活動(dòng)中，有些是屬于高危險(xiǎn)的，對(duì)人體傷害較大，有些領(lǐng)域不適宜人類

5、工作長(zhǎng)時(shí)間的工作，點(diǎn)焊機(jī)則正好適應(yīng)這類工作。防止了一些化學(xué)物品對(duì)人類的傷害5。在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。點(diǎn)焊機(jī)是按照給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng)、焊接的操作的自動(dòng)機(jī)械裝置6。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的工作并減少了很多不必要的人工勞動(dòng)。本文對(duì)多工位點(diǎn)焊機(jī)利用plc的控制進(jìn)行了詳細(xì)的研究。點(diǎn)焊機(jī)的工作原理是利用

6、正負(fù)兩極在瞬間短路時(shí)產(chǎn)生的高溫電弧來(lái)熔化電焊條上的焊料和被焊材料，來(lái)達(dá)到使它們結(jié)合的目的7。點(diǎn)焊機(jī)是由焊頭、點(diǎn)焊槍等組成。點(diǎn)焊槍是四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)的核心。利用電磁閥控制點(diǎn)焊槍的伸縮及溫度。3 研究?jī)?nèi)容3.1四工位點(diǎn)焊機(jī)的基本工作原理點(diǎn)焊機(jī)系采用雙面雙點(diǎn)過(guò)流焊接的原理，工作時(shí)兩個(gè)電極加壓工件使兩層金屬在兩電極的壓力下形成一定的接觸電阻，而焊接電流從一電極流經(jīng)另一電極時(shí)在兩接觸電阻點(diǎn)形成瞬間的熱熔接，且焊接電流瞬間從另一電極沿兩工件流至此電極形成回路，不傷及被焊工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。四工位點(diǎn)焊機(jī)的四個(gè)工作臺(tái)不動(dòng)，由一個(gè)點(diǎn)焊機(jī)控制。由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制x軸y軸的運(yùn)行。3.2 系統(tǒng)方案此次研究的課題是

7、來(lái)源于電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)高地建設(shè)項(xiàng)目中柔性自動(dòng)化生產(chǎn)流水線的物料裝配，所設(shè)計(jì)的是四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)。利用plc來(lái)控制，用步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊機(jī)的運(yùn)行。由于這次方案中涉及到不同方向的運(yùn)動(dòng)軌跡，需要通過(guò)設(shè)置脈寬來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度，可以把運(yùn)行速度定位單位速度，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間來(lái)控制電機(jī)在x軸y軸的位移。3.3點(diǎn)焊機(jī)plc控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖點(diǎn)焊機(jī)的工作原理十分簡(jiǎn)單，采用s7200對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，從而達(dá)到點(diǎn)焊機(jī)多點(diǎn)運(yùn)動(dòng)焊接的目的。通過(guò)s7200plc對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制，可使點(diǎn)焊機(jī)的焊接觸頭運(yùn)動(dòng)到不同的工位。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)使運(yùn)動(dòng)方向沿 x軸y軸的方向來(lái)進(jìn)行工作

8、的。點(diǎn)焊機(jī)的控制系統(tǒng)中由plc、傳感器、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、電磁閥、點(diǎn)焊槍等元器件組成。點(diǎn)焊機(jī)啟動(dòng)停止按鈕負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的停止和啟動(dòng)。傳感器主要負(fù)責(zé)檢測(cè)點(diǎn)焊機(jī)的位置。對(duì)于主要的輸出設(shè)備有以下幾方面：主要是點(diǎn)焊槍plc控制點(diǎn)焊槍的位置及開(kāi)關(guān)狀態(tài)。對(duì)于點(diǎn)焊槍的位置控制由兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制。由于步進(jìn)電機(jī)需驅(qū)動(dòng)器。故plc得輸出信號(hào)是直接輸入到驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于點(diǎn)焊槍的開(kāi)關(guān)狀態(tài)需要電磁閥來(lái)間接控制，所以plc的另一部分輸出信號(hào)需要傳送給電磁閥。使電磁閥通電，來(lái)促使點(diǎn)焊槍工作。點(diǎn)焊機(jī)信號(hào)控制系統(tǒng)框圖如圖1所示： 圖1 點(diǎn)焊機(jī)信號(hào)控制系統(tǒng)框圖3.4點(diǎn)焊機(jī)plc控制系統(tǒng)的工作流程根據(jù)點(diǎn)焊機(jī)的控制要求，四工位點(diǎn)焊機(jī)的工

9、作流程圖如圖2所示：圖2 點(diǎn)焊機(jī)的工作流程圖程序啟動(dòng)后選擇所要求的工作方式，此四工位點(diǎn)焊機(jī)的工作方式有三種，四個(gè)工位以圓周均勻分布，用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制工作。以順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行編號(hào)，每個(gè)工位點(diǎn)焊時(shí)間2、3、6秒不等。第一種工作方式是點(diǎn)焊槍開(kāi)始運(yùn)行，x軸反轉(zhuǎn)y軸正轉(zhuǎn)同時(shí)運(yùn)行一個(gè)單位時(shí)間到工位一工作2秒鐘后；y軸停止不動(dòng)，x軸向右正轉(zhuǎn)運(yùn)行2個(gè)單位時(shí)間到達(dá)工位二工作6秒后；x軸停止不動(dòng)，y軸反轉(zhuǎn)2個(gè)單位時(shí)間到達(dá)工位三工作2秒鐘后；y軸停止不動(dòng)，x軸反轉(zhuǎn)2個(gè)單位時(shí)間到達(dá)工位四工作3秒后x軸y軸都是正轉(zhuǎn)1個(gè)單位時(shí)間，回到初始位置。第二、三種的工作方式與一類似。3.5 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)四工位點(diǎn)焊機(jī)控制系統(tǒng)的輸入信

10、號(hào)由各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器、位置信號(hào)等組成，實(shí)時(shí)反映點(diǎn)焊機(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)。輸出信號(hào)主要由各種電磁氣閥、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器及各種狀態(tài)指示燈等組成。根據(jù)控制要求列出輸入輸出信號(hào)。下面簡(jiǎn)單介紹各元器件在點(diǎn)焊機(jī)中的作用。3.5.1 傳感器在點(diǎn)焊機(jī)中的作用隨著機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展，傳感器行業(yè)也得到了大提速，隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的日漸普及，傳感器市場(chǎng)再次迎來(lái)快速發(fā)展機(jī)遇。在機(jī)械制造測(cè)試系統(tǒng)中，被作為一次儀表 定位，其主要特征是能準(zhǔn)確傳遞和檢測(cè)出某一形態(tài)的信息，并將其轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的信息。在于機(jī)床的運(yùn)行中，傳感器也起到重要的作用，傳感器在機(jī)械制造中是不 可或缺的物件。在機(jī)械制造中，傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)。在各類傳感器中壓力傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩(wěn)定可靠、成本低、便于集成化的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于壓力、