基于PLC的旋转焊接试验台设计与实现.pdf

第 36 卷第 4 期2023 年 10 月镇江高专学报Journal of Zhenjiang CollegeVol.36 No.4Oct.,2023基于 PLC 的旋转焊接试验台设计与实现杨真理1,凌雷鸣2(1.镇江高等专科学校 电气与信息(交通)学院,江苏 镇江 212028;2.镇江领智机器人科技有限公司 研发部,江苏 镇江 212016)摘 要:基于 PLC 的旋转焊接试验平台设计与实现,利用伺服电机转速、定位角度可调可控实现客户不同工艺条件下的焊接要求。采用模拟量调节器,通过触摸屏设定可更改焊机的发射功率。关键词:旋转焊接试验台;PLC;伺服电机;模拟量中图分类号:TM571.6文献标志码:A文章编号:1008-8148(2023)04-0081-03收稿日期:2022-06-11作者简介:杨真理(1981),女,江苏扬州人,讲师,主要从事电力电子技术研究;凌雷鸣(1991),男,江苏丹阳人,工程师,硕士,主要从事控制工程研究。车载传感器制造业常根据不同需求设计传感器的安装支架,其中大部分核心部件材质为不锈钢,这意味着生产工艺中若存在两个相邻部件则需依靠激光焊接固定。但处于设计、试验阶段的产品,无法投入大量资金单独设计一套焊接自动化设备,因此大部分传感器部件生产厂家的设计试验室需配置 1 台半自动旋转焊接试验台,以实现试验样品的小规模生产,并指导未来投入全自动设备技术方向。旋转焊接试验台是一套半自动试验设备,仅需人工进行上、下料处理,但自动焊接、速度及角度设置、功率自动化调整应与全自动化设备一致。1 工作原理及硬件架构基于 PLC(Programmable Logic Controller)的旋转焊接试验台,上电启动后,通过程序按钮进行设备初始化,气缸回缩至初始位置,伺服开始旋转寻找原点,初始化结束后,继续上行程序进入生产状态1,由人工将原材料放入定制好的置具,关闭门板后按下启动按钮,压紧气缸下行,将上、下 2 个待焊接的零件压实,伺服电机带动置具旋转,旋转中控制激光焊机的出光功率,同时按设定的定位角度完成焊接定位。焊接完成后下压气缸自动缩回2,触摸屏提示焊接完成。人工拿出工件,完成1 次焊接过程3。控制器选用西门子 SMART200 系列 PLC,同时增加 SB 板卡为模拟量输出口以调节激光焊机的输出功率。本例中主要的 IO 点位较小,主要是气缸的执行和位置点位、控制器与激光焊机的对接点位、伺服控制器占用的点位,故控制器选用 ST40PLC,西门子 IEV3 触摸屏用于焊接参数设计、运行状态显示。旋转焊接试验台的硬件架构如图 1 所示4。图 1 旋转焊接试验台的硬件架构2 软件设计2.1 调试程序本例中核心部件是旋转伺服携带的中空旋转台,对中空旋转台的控制就是对旋转伺服的控制。同时,区别于常规伺服定位系统中的往复运行,旋转伺服是一种无限长轴运行状态,而无限长轴运行的伺服系统在工程中存在不可避免的机械误差,故在应用中需要根据定位次数进行寻找原点操作。自动生产过程是一种触发式动作运行,故本例单独在手动程序中编写 1 套用于测试重复定位精度、周期寻找原点的程序段。旋转伺服调试程序流程图如图 2所示5。18图 2 旋转伺服调试程序流程图旋转伺服调试程序的核心程序段如下:LD Always_On:SM0.0 LPS LDN h_周期测试打开:V9008.5 A h_确定执行动作:V9008.2 AW=h_动作指令编号:VW9062,+201 A SV1_寻找原点完成:V5501.5 LD t_手动周期启动:T58 AWc_周期寻找原点计数:C50,+10 A SV1_位移完成:V5501.4 A SV1_寻找原点完成:V5501.5 AD=SV1_当前速度:VD5508,+0 OLD ALD=HJ_SV1 定位一次:V3502.1 LPP A h_周期测试打开:V9008.5 AN t_手动周期启动:T58 AWc_周期寻找原点计数:C50,+10 A SV1_寻找原点完成:V5501.5 A SV1_位移完成:V5501.4 TON t_手动周期启动:T58,+102.2 自动运行程序本例中的旋转焊接试验台要兼容多种样品,切换时需熟悉生产工艺要求,普通样品,仅需将样品放置在置物架上,直接操作试验台运行即可;注塑底座的弹簧样品,焊接前需将下压气缸压下并人工检查效果。因此在程序中添加 1 个用于切换弹簧焊接的软触点,需要切换弹簧样品焊接时,通过触摸屏按下该触点,选通焊接工艺流程。与调试流程一致的是,伺服运行 10 次后旋转伺服自动执行 1 次寻源操作。旋转焊接试验台自动运行流程图如图 3 所示6。图 3 旋转焊接试验台自动运行流程图旋转焊接试验台自动运行核心程序段如下:LD s_生产条件:V3002.1/选通弹簧焊接程序段 AN s_暂停:V3000.2 LPS A h_弹簧焊接切换:V9006.0 A i_SB1 启动按钮信号:V2001.5 EU S s3_簧片顶压动作:M11.3,1 LPP A s3_簧片顶压动作:M11.3 LPS A i_顶压气缸 CY1 动点:V2000.6 TON t_簧片顶压延时:T63,+1 LPP A t_簧片顶压延时:T63 R s3_簧片顶压动作:M11.3,1 LD s_生产条件:V3002.1/自动焊接程序段 AN s_暂停:V3000.2 LPS A s3_顶压气缸动作:M10.3 A i_顶压气缸 CY1 动点:V2000.6 TON t_物料压紧延时:T59,+5 LRD A t_物料压紧延时:T59 S s3_焊接运行:M10.4,1 R s3_顶压气缸动作:M10.3,1 LPP LDW c_周期寻找原点计数:C50,+10 OW=c_周期寻找原点计数:C50,+10 ALD28 A SV1_位移完成:V5501.4 EU R s3_焊接运行:M10.4,12.3 功率调节程序对旋转焊接而言,为确保焊接接头的闭口性,需要在首尾接头处进行焊接覆盖,而对焊接工艺而言,重复焊接,虽能达到焊接的密闭性要求,但美观度会受损(交汇处焊接程度更明显),为兼顾密闭性和美观性,需在首尾一段位置相应降低焊接功率,本例使用的是伺服传动机构,可依靠当前伺服位置调整功率。激光焊接触发功率时序图如图 4 所示。图 4 激光焊接触发功率时序图激光焊接触发功率的核心程序段如下:LD Always_On:SM0.0/位置坐标输入LPSMOVRSV1_相对定位距离:VD5590,SV1_第一次定位位置:VD6004AENOR 1.0,SV1_第一次定位位置:VD6004AENOAENOMOVRSV1_相对定位距离:VD5590,SV1_第十次定位位置:VD6040R 10.0,SV1_第十次定位位置:VD6040LD Always_On:SM0.0/前置坐标LPSMOVR0.0,SV1_第一段前置:VD6044AENO+R SV1_降功率前置距离:VD5594,SV1_第一段前置:VD6044LD Always_On:SM0.0/后置坐标LPSMOVRSV1_第一次定位位置:VD6004,SV1_第一段后置:VD6048AENO3 结束语 旋转焊接试验台适用于传感器等小部件样品的实验室焊接,结构简单,易上手操作,配合友好人机交互界面,操作人员能够实时观测其工作状态,同时,可根据具体工艺要求更改焊机的出光功率、每次旋转焊接的角度。旋转焊接试验台对需要进行样件焊接的实验室而言是实用的半自动试验工具,同时也可以为后期投入全自动生产线提供工艺借鉴。参考文献:1 冯振杰.汽车组合开关综合测试台的设计与验证D.上海:上海交通大学,2015:19-23.2 武漫漫,孙雷明.电池极片激光焊接半自动化生产线设计J.焊接,2016(9):62-65.3 徐帅.压力传感器密封焊夹具设计J.焊接,2016(4):69-71.4 卢志椿.基于 ARM 的多功能综合焊台的研究与开发J.企业科技与发展,2019(3):111-112,114.5 李禹萱,李云红.基于 ATmega16L 的电液伺服控制系统设计J.现代电子技术,2012,35(19):141-144.6 王东兴.基于 PLC 控制的区域联动自动排水装置研究D.杭州:浙江工业大学,2020:30-35.责任编辑:卢 蕊Design and implementation of rotating welding test bed based on PLCYANG Zhenli1,LING Leiming2(1.School of Electrical and Information(Transportation),Zhenjiang College,Zhenjiang 212028,China;2.Department of R&D,Jiangsu Hongran Intelligent Technology Co.,Ltd,Zhenjiang 212016,China)Abstract:This thesis explores the design and implementation of the rotating welding test bed based on PLC,whichuses the servo motor speed and positioning angle to realize the welding requirements of customers under differentprocess conditions.With analog quantity adjuster,the emission power of the welding machine can be changedthrough the setting of the touch screen.Key words:rotating welding test bed;PLC;servo motor;analog38