淺析四工位點焊機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

周金城+邵帥輝

摘 要：點焊機作為一種重要的工業(yè)用具，在當今工業(yè)生產(chǎn)中占著舉足輕重的位置。點焊是一種重要的焊接工藝，具有生產(chǎn)效率高、成本低、節(jié)省材料和易于實現(xiàn)自動化等特點。如今，傳統(tǒng)的點焊機控制方式已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)的需求，本文對四工位點焊機電氣控制系統(tǒng)進行設(shè)計。為了保證四工位點焊機高效節(jié)能又能安全可靠的運作，可采用可編程控制器PLC來實現(xiàn)對四工位點焊機系統(tǒng)的控制，來完成四工位點焊機在高地項目柔性自動化生產(chǎn)流水線的物料裝配的控制。

關(guān)鍵詞：點焊機；PLC控制；控制系統(tǒng)；自動化

一、文獻綜述

隨著科技的發(fā)展，為了減少勞動力再生產(chǎn)線上的機械勞動，尋找創(chuàng)新的道路開發(fā)利用，節(jié)約不必要的人力支出和人員勞動，開發(fā)了自動化生產(chǎn)流水線。自動化生產(chǎn)線是產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進入生產(chǎn)現(xiàn)場開始，經(jīng)過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動所構(gòu)成的路線，然而這些自動化的操作大量的節(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，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從點焊機問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。點焊機可在不用人力的情況下焊接物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。本設(shè)計是為了實現(xiàn)點焊機的手動和自動化的轉(zhuǎn)化，改變以往點焊機的單純手動送料，減少了勞動力，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)！而且四工位點焊機的設(shè)計是由于工作環(huán)境惡劣，不允許人員長時間在旁邊工作的情況下孕育而成的。不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(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)線是把多臺可以調(diào)整的機床（多為專用機床）聯(lián)結(jié)起來，配以自動運送裝置組成的生產(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)動裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。流水線輸送能力大，運距長，還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作，所以應(yīng)用十分廣泛。在當今世界自動化生產(chǎn)流水線相對比較普遍，當然還有少部分落后國家還在運用人力的流水線生產(chǎn)物料。運用柔性自動化的生產(chǎn)流水線是我國目前乃至全世界的發(fā)展目標也是現(xiàn)在普遍的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。點焊機一般由控制器來控制時間、電流等參數(shù)，運用點焊機并開發(fā)出更多工位的點焊機在今后的工業(yè)生產(chǎn)中。

二、研究內(nèi)容

1.四工位點焊機的基本工作原理。點焊機系采用雙面雙點過流焊接的原理，工作時兩個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)另一電極時在兩接觸電阻點形成瞬間的熱熔接，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)。

四工位點焊機的四個工作臺不動，由一個點焊機控制。由兩個步進電機控制X軸Y軸的運行。

2.系統(tǒng)方案。此次研究的課題是來源于電氣工程及其自動化專業(yè)高地建設(shè)項目中柔性自動化生產(chǎn)流水線的物料裝配，所設(shè)計的是四工位點焊機電氣控制系統(tǒng)。利用PLC來控制，用步進電機來驅(qū)動點焊機，來實現(xiàn)點焊機的運行。

由于這次方案中涉及到不同方向的運動軌跡，需要通過設(shè)置脈寬來控制步進電動機的運行速度，可以把運行速度定位單位速度，通過控制步進電機運行時間來控制電機在X軸Y軸的位移。

3.點焊機PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。點焊機的工作原理十分簡單，采用S7—200對步進電機進行控制，從而達到點焊機多點運動焊接的目的。通過S7—200PLC對步進電機的正反轉(zhuǎn)的控制，可使點焊機的焊接觸頭運動到不同的工位。驅(qū)動步進電機使運動方向沿。X軸Y軸的方向來進行工作的。點焊機的控制系統(tǒng)中由PLC、傳感器、步進電機、驅(qū)動器、電磁閥、點焊槍等元器件組成。

點焊機啟動—停止按鈕負責(zé)整個系統(tǒng)的停止和啟動。傳感器主要負責(zé)檢測點焊機的位置。對于主要的輸出設(shè)備有以下幾方面：主要是點焊槍PLC控制點焊槍的位置及開關(guān)狀態(tài)。對于點焊槍的位置控制由兩臺步進電機來控制。由于步進電機需驅(qū)動器。故PLC得輸出信號是直接輸入到驅(qū)動器。對于點焊槍的開關(guān)狀態(tài)需要電磁閥來間接控制，所以PLC的另一部分輸出信號需要傳送給電磁閥。使電磁閥通電，來促使點焊槍工作。

4.硬件系統(tǒng)設(shè)計。四工位點焊機控制系統(tǒng)的輸入信號由各種開關(guān)、按鈕、傳感器、位置信號等組成，實時反映點焊機的當前工作狀態(tài)。輸出信號主要由各種電磁氣閥、步進電機、驅(qū)動器及各種狀態(tài)指示燈等組成。根據(jù)控制要求列出輸入輸出信號。下面簡單介紹各元器件在點焊機中的作用。

三、工作特色及其難點，擬采取的解決措施

1.工作特色及其難點。在此次的課題設(shè)計中，利用西門子s7 200系列的plc驅(qū)動步進電機的方法實現(xiàn)對點焊機的控制。點焊機的工作原理是運用X軸Y軸的運行方向來實現(xiàn)。而目前我所遇到的難點在于如何實現(xiàn)plc對于步進電機的驅(qū)動。而又如何利用兩臺步進電機來控制機械臂X軸Y軸的運行。

如何利用可編程控制器PLC來實現(xiàn)對四工位點焊機系統(tǒng)的控制，保證四工位點焊機高效節(jié)能又能安全可靠的運作，來完成四工位點焊機在高地項目柔性自動化生產(chǎn)流水線的物料裝配的控制。

2.擬采取的解決措施?？匆恍┫嚓P(guān)書籍，查找有關(guān)的資料，對照前人的成果和自己的計算，思考和分析其中的規(guī)律。并且歸納和總結(jié)，使得自己更好的掌握和理解相應(yīng)的知識。預(yù)期成果：通過查閱文獻和資料，了解多工位加工系統(tǒng)的工作流程，通過設(shè)計四工位點焊機的控制系統(tǒng)，達到預(yù)期的要求能夠正常運行，可進行模擬調(diào)試。可使點焊機在各個工位都能夠在所要求的時間內(nèi)正常的運行工作。

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