PLC控制侧墙龙门式双头点焊机

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1目的和任务 侧墙龙......



1　目的和任务
　　侧墙龙门式双头自动点焊机是80年代初从东德引进，用于铁路车辆冷藏车侧墙板与侧墙立柱的全自动点焊。由于该设备运行的时间长，元器件损耗严重且缺少备件，故障率不断提高，直接影响正常的生产过程，因此决定在维修该设备机械系统的同时进行电器系统的重新设计，并采用先进的可编程控制器PLC控制整个系统的运行。
　　 图1所示为侧墙板与侧墙立柱连接的焊点分布示意图，设备的主要功能就是实现全部焊点的连续自动化焊接过程。图中标出了全部焊点的连续自动化焊接的运行步进路线。
　　 该设备的机械装置采用龙门架结构，整个龙门架可沿安装在车间地坪上专设的铁轨纵向运行，当龙门架按图1所示方向纵向步进运行时，可实现逐个侧墙立柱的顺次焊接。龙门架上安装有可横向运行的小车，小车上载有两台电阻焊变压器和焊接电极及其液压升降装置。两台阻焊变压器可实现一次分时焊接两个点，当小车按图1所示方向（即沿侧墙立柱方向）横向步进运行时，可实现每个侧墙立柱上所有焊点的顺次焊接。小车由一台1.5kW的减速制动电动机通过传动轴带动运行。
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2　控制系统组成
2．1　焊接装置
　　 焊接控制装置由焊接变压器、焊接电极、主电力回路和点焊控制器等组成。焊接变压器是原东德海林道夫提供的，型号为VPA2×160。采用单面点焊技术。每台变压器都安装有两个电极，一个焊接极，一个辅助电极（盲极），分别由液压装置驱动其升降。
　　 一台变压器的焊接回路原理如图2所示，其中V1、V2为主电力开关。焊接循环和焊接规范的控制采用上海产的Medweld.200S电阻焊控制器，它是一种采用Z180微处理器控制的单相电阻焊控制器，它不仅控制性能优良，还提供有启动焊接（300—01、300—02）、焊接结束（902）、故障/报警（903）等信号，且易与PLC输入/输出接口。
2．2　龙门架运行系统
　　 原东德的龙门架运行系统采用直流电动机调速，电路复杂，改造后的龙门架运行系统采用富士G9系列变频器带动一个四极三相异步电动机，再通过减速器、伞齿轮到龙门架两侧的传动工作轴上，通过变频器的输出可进行无级调速。目前调定的速度有三种：即快速（50Hz）、慢速（30Hz）和减速（20Hz）。
　　 图3为龙门架运行机构的电路原理图。图中FRENIC 5000G9S变频器提供了易与PLC输入输出端的接口信号，有正转（302）、反转（303）、速度选择1（304）、速度选择2（305）、变频器故障/报警和变频器运行（J5）等信号。
2．3　其它辅助装置
　　 包括液压控制装置、冷却水、风机系统、故障检测和保护系统等。液压控制装置由一个三位四通电磁阀、双止回阀、压力继电器、减压阀、压力表组成，其任务是控制电极升降和调节电极压力。
　　 冷却水、风机系统用来冷却焊接变压器和主电力器件V1、V2，并利用流量传感器检测水量信号，只有这些信号正常时才允许自动焊接。
　　 故障检测信号包括变频器故障、PLC故障、焊接控制系统故障等，当其中任一故障出现时都将引起自动焊接程序的终止。
2．4　PLC控制系统
　　 根据设备原有的功能和改造后新加入的功能，该控制系统共有70个输入点，42个输出点，所以选择日本OMRON（立石）公司的C200H模块式可编程控制器，并匹配输入、输出模块。一台 C200H的CPU模块可扩两台扩展装置，母板单元分十槽、八槽和五槽，系统最多可提供480个输入/输出点。C200H系统内部有九类继电器单元，内部辅助继电器单元3536个，定时/记数器512个，采用梯形图编程，指令系统丰富、编程方便，还具有数据处理和运算指令。
　　 根据要求，该PLC系统由一个10槽母板、一个CPU模块、5个ID212输入模块（每块16点）、2块OC225继电器输出的输出模块（每块16点）、1块ID212晶体管OC门的输出模块（16点）和1块OC224独接点（不互相共地，共8点）的继电器输出的输出模块所组成，各模块在母板的分布如图4所示。各模块的地址与安装在母板插槽的位置有关，它们之间可以互换。各模块的类型、地址安排（通道号+通道内顺序号）、以及外接器件的类型和作用如表1和表2所示。
　　 表1中所有输入模块的型号均为ID212，其中005通道中，龙门架轨迹选择开关根据侧墙立柱的距离的不同有两种选择，实质上是选择龙门架的其中一组步进距离的光电开关进行位置检测。小车轨迹选择和焊点数选择相配合，以选择每根侧墙立柱所需的焊点数。小车步进距离的检测是由两组接近开关组成的。当选择上轨迹时，实际是选择其中一组接近开关进行位置检测，此时可选焊点数为40和32；选择下轨迹时可选焊点数为44、36和28点。
表1　输入信号分配表
通道号输入信号类型作　　用
005
（00～15）选择开关墙板选择、龙门架运行轨迹选择、焊点数选择、手动选择、小车轨迹选择等
006
（00～15）按钮开关手动龙门架快、慢、启停；手动油泵、水泵、风机启停；手动小车启停；自动启停等
007
（00～15）行程开关、压力和
热继电器触点龙门架前后极限位置、小车左右极限位置、温度、压力、流量等信号
008
（00～15）光电开关
接近开关龙门架步进距离、步进轨迹的光电开关小车步进距离、步进轨迹的接近开关
009
（00～06）继电器接点龙门架运行系统的变频器的输出及其运行状态、故障信号、两台MED点焊控制器输出的其运行状态、故障报警信号

表2　输出信号分配表
通道号模块型号及
输出点类型输出器件类型作　　用
000
（00～15）OC225
继电器接点指示灯、
发光二极管龙门架、小车、油泵、水泵、风机、水温、变频器、梅达控制器等系统运行状态指示
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001
（00～15）OC225
继电器接点继电器线圈小车左右行、风机、油泵、水泵、电极上下运行等中间继电器
002
（00～11）OD212
晶体管OC门数码管每个工件的焊点数记数（共四位）
焊件数记数（共四位）<显示屏>
003
（00～06）OD224
继电器独接点继电器线圈两台梅达控制器的焊接启动、变频器速度选择、正反转控制信号


3　系统的控制软件设计
　　根据该系统的要求，通过分析，可把侧墙龙门式双头自动点焊机的PLC控制系统的运行状态分为手动、自动和故障三种状态。由于系统中相互连锁关系较多，动作循环过程较复杂。通过对其原理、动作顺序进行深入剖析可将整个系统的PLC控制软件设计分为手动、自动、故障处理、显示驱动和综合输出驱动五大模块来解决。各模块间的关系如图5所示。