鋼軌氣壓焊參數(shù)控制

崔向明

摘要:火車運行速度的不斷提高,對鋼軌接頭焊接質(zhì)量要求也越來越高,特別是在施工現(xiàn)場的焊接和焊后熱處理等。過去手工操作氣壓焊設(shè)備,憑施工人員經(jīng)驗和眼力判定,工步不連貫,嚴重影響再結(jié)晶效果,降底焊接質(zhì)量。針對上述問題,在現(xiàn)有小型氣壓焊設(shè)備基礎(chǔ)上進行改造,整套設(shè)備采用模塊化設(shè)計,推凸采用保壓方式,克服人為因素與環(huán)境溫度對焊接質(zhì)量的影響,減少操作人員及勞動強度,保證焊接質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞:系統(tǒng)組成;參數(shù)設(shè)置;工作過程;應(yīng)用軟件;歷史曲線和接口轉(zhuǎn)儲

1 系統(tǒng)基本組成

控制部分:人機介面型號選擇DOP-AE80THTD。配有2個串通訊接口UART和2個USB接口,其中COM2/RS458和可編程序控制器(PLC)相連;一個USB用于接U盤,作為整個畫面內(nèi)容轉(zhuǎn)儲?？删幊绦蚩刂破魇窍到y(tǒng)的核心,由含數(shù)字量的CPU單元和模擬量擴展單元組成。數(shù)字量完成各個閥門位置檢測和限位及氣體流量微調(diào)等功能;模擬量A/D部分對氣體質(zhì)量流量采樣、壓力采樣、頂鍛位移量的采樣等。D/A部分對氣體質(zhì)量流控制閥門開度的控制,由兩個獨立的具有PID調(diào)節(jié)功能的閉環(huán)系統(tǒng)完成。系統(tǒng)壓力傳感器采用擴散硅型,三線制24V供電,輸出4-20mA的標準電流信號對應(yīng)壓強0-60Mpa。

超高壓油泵與壓力焊接機部分:電動式超高壓截止閥門能使油路在高低壓力的條件下快速進行換向并有保持壓力功能等。壓機是在高壓油泵作用下能產(chǎn)生最大70噸力,能滿足鋼軌在焊接時頂鍛和推凸、保壓等工序所需要的力。并保證在焊接全部過程中兩段鋼軌中心在一條直線上,滿足機械強度要求。

加熱部分:由氣源、壓力表、控制器;氣體混合器;乙炔回火防止器,外燃型鋼軌加熱器;氣體過濾器及氣體快速接頭;冷卻水循環(huán)泵等組成。加熱器按照焊接工藝標準將鋼軌加熱到塑性狀態(tài)的溫度?？刂破鞅容^復(fù)雜:由PLC部分開關(guān)量、模擬單元、人機介面、兩個氣體質(zhì)量控制器(D07-9E)組成。具有氣體通道清洗、關(guān)閉、閥控功能。

磁性標尺:由電阻式位移傳感器和5.25V基準電源構(gòu)成,其測量精度達百分之一毫米。頂鍛量是由PLC程序自動檢測并運算出鋼軌位移量的相對差值,由人機介面直接顯示出來。鋼軌加熱時軸向膨漲,顯示出來的是負值,同時系統(tǒng)壓力有所上升,人機介面實時地動態(tài)地反映焊接過程各個參數(shù)的變化。

擺火機構(gòu):由直流可調(diào)速小型電動機和可變式曲柄連桿機構(gòu)及滑動小臺車組成,帶有點動按鈕,能使加熱器火孔正對準兩鋼軌間焊縫,并保證點火時焊縫間無積碳污染。擺火電動機轉(zhuǎn)動速度由程序改變,擺火位移線速度按余弦規(guī)律變化,這樣能使得鋼軌受熱效果達到最佳化。

2 參數(shù)設(shè)置

人機介面中的焊接參數(shù)設(shè)置畫面運用了畫面開啟宏和畫面關(guān)閉宏功能及畫面周期宏功能Cycle。在校對PLC內(nèi)部時鐘與人機介面時鐘時,要求同步,用GETSYSTEMTIME命令和資料搬移MOV命令,配合畫面上“系統(tǒng)時間日期按鈕”十分方便地將實時時間設(shè)置在PLC中,這樣PLC內(nèi)時鐘與人機時鐘和當?shù)貢r區(qū)時間三者統(tǒng)一。系統(tǒng)意外斷電后所設(shè)置的參數(shù)也不會丟失。

3工作過程

檢查氣體出口壓力是否在規(guī)定的范圍之內(nèi),在確認冷卻系統(tǒng)水管暢通的條件下,按動自動控箱操作面板上“啟動”按鈕之后,以下各個工步將按照所設(shè)置的參數(shù)自動地執(zhí)行下去;直到焊接結(jié)束包括打印報告數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲在內(nèi)一次性完成,最后自動將機械復(fù)位,并為下次焊接作好準備。

按一下“啟動”按鈕后,PLC中系統(tǒng)控制區(qū)畫面編號寄存器(SNIR)將人機切換到“工作狀態(tài)一覽表”畫面。油泵起動油壓升到預(yù)頂壓強,將兩段待焊鋼軌對嚴對齊,自動地開啟兩個氣體流量控制器,點燃加熱器,擺火機構(gòu)開始以每分鐘46次擺動。加熱器本身溫度上升使火孔縮小,為此在氣體流量的控制中應(yīng)用了PID調(diào)節(jié)程序,使其加熱功率大,火焰穩(wěn)定,熱力場分布合理,這方面手工操作方式的氣體控制箱是不能比擬的。磁性標尺的相對位置變化檢測到預(yù)頂鍛量達到設(shè)定值時,自動將系統(tǒng)壓力降到待頂壓力值,加熱器繼續(xù)加熱,待加熱時間到設(shè)定值后進入頂鍛工步,擺火速度每分鐘60次,磁性標尺檢測到頂鍛量等于設(shè)置的數(shù)值時,系統(tǒng)油壓上調(diào)的同時開始推凸操作,刀架前移趨動推凸刀除掉焊瘤部分。PLC通過壓力傳感器判別推凸狀態(tài),如果推凸壓力在增大趨勢時突然變小說明推凸結(jié)束。整個焊接周期五分鐘左右時間。推凸結(jié)束后推凸閥自動切換到推凸退刀位置,使其退刀到位后,高壓油泵壓力自動調(diào)節(jié)到0 Mpa,爾后油泵電動機停止工作。PLC中系統(tǒng)控制區(qū)畫面編號寄存器(SNIR)將人機切換到“工作報告”畫面并啟動打印程序,將其打印輸出。畫面轉(zhuǎn)儲,自動控制箱面板上安裝榮達微型熱敏漢字打印機(RD-158-8+),PLC的RS485接口只用一根數(shù)椐線和打字機TTL電平標準的串行口聯(lián)接,實現(xiàn)即時打印輸出。

4應(yīng)用軟件

PLC系統(tǒng)配置與梯形圖編程,人機介面用畫面編輯Screen Editor編程(Sersion 1.05.7),兩部分相互配合。

PLC程序采用模塊化方式,將控制程序根據(jù)功能分為不同邏輯塊即子程序,在主程序( OB1)中可以根據(jù)條件調(diào)用不同的邏輯塊,其特點是主程序簡單明了,調(diào)試方便,由于邏輯塊是有條件的調(diào)用,所以CPU利用率高,與人機介面通訊可靠。

人機編程

a.設(shè)定模組參數(shù):系統(tǒng)控制區(qū)8個字長。通迅設(shè)置:①人機站號 0 ; ②PLC預(yù)置站號2 ; ③通迅端口RS-485 ; ④停止位1Bits ;⑤波特率 9600 ; ⑥奇偶校驗 Even。

b.用畫面Gycle宏完成PLC內(nèi)時鐘與人機內(nèi)時鐘同步,創(chuàng)建一個所謂系統(tǒng)畫面,并放置<系統(tǒng)時間日期>按鈕,其畫面開啟宏和畫面關(guān)閉宏指令巨集如下:

SETB (2@V490.0)//系統(tǒng)畫面開啟宏V490.0=1END

CLRB (2@V490.0)//系統(tǒng)畫面關(guān)閉宏490.0=0 END

在系統(tǒng)畫面上可以隨時地調(diào)整人機內(nèi)時鐘(星期暫不用),配合PLC時鐘寫命令,完成時鐘同步。

$100=GETSYSTEMTIME

(2@V236)=$100//年(2@V238)=$101//月

(2@V240)=$102//日(2@V242)=$104//時

(2@V244)=$105//分(2@V246)=$106//秒

END

C.歷史趨勢曲線:系統(tǒng)壓力與標尺位移共用1號緩沖區(qū),讀取PLC地址2@1000;數(shù)值單位4(字);取樣周期1000 ms ;取樣點111 ;觸發(fā)源 PLC ;記錄時間日期 Yes ;氧氣流量與乙炔流量共用2號緩沖區(qū),讀取PLC地址2@1008;數(shù)值單位4(字);取樣周期1000 ms ;取樣點111 ;觸發(fā)源 PLC ;記錄時間日期 Yes ;

結(jié)論:經(jīng)國內(nèi)文獻檢索,“應(yīng)用觸摸式液晶屏即人機介面,直接輸入焊接參數(shù),顯示參數(shù)、歷史趨勢曲線,控制焊接,配有微型打印機,焊接完成后自動打印焊接摻數(shù),通過人機介面USB接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存,均未見過文獻報道”。DOP-AE80THTD型人機介面,在野外冬季工作溫度可以達零度;夏季在陽光陰影下圖形和文本顯示清晰。

應(yīng)用自動控制鋼軌氣壓焊接設(shè)備,一次性連續(xù)15個鋼軌焊接頭,進行破壞性落錘試驗格率為百分之百。在實際線路上經(jīng)過一年多千余次焊接施工,合格率為百分之百,用戶反映良好。

參考文獻

[1]臺達DOPA系列人機界面應(yīng)用----中直電通

[2]新榮達微型打字機使用說明書----沈陽新榮達電子公司

[3]鋼軌氣壓焊設(shè)備培訓(xùn)教材---沈陽鐵路科研所焊接研究室