PLC在自动焊接设备中的应用

陈德领

摘 要：通过PLC和变频器等来实现点焊机自动控制，提高产品质量和加工效率，以保证设备运行的可靠性。

关键词：焊接；PLC；自动化

焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段，正常在汽车制造、建筑等行业中所涉及的焊接操作，其焊缝质量需要那些经过优质培训的焊工操作才能保证，一般人难以达到，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣，导致自动化焊接的需求越来越多。自动化焊接设备的意义主要由以下几个方面。

（1）稳定和提高焊接质量，保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度对焊接结果起决定作用。采用自动化焊接时对于每条焊缝的焊接参数是恒定的，焊缝质量受人的因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。

（2）改善工人的劳动条件，提高劳动者的生产效率。采用自动化焊接，工人只需要用来装卸工件并且远离焊接弧光、烟雾、飞溅等危害。另外随着高速高效焊接技术的应用，使用机器人式的焊接，效率提高的更加明显。

（3）产品周期明确，容易控制产品质量。自动化的生产节拍是固定的，因此安排生产计划也非常明确。

1 自动化焊接设备

1.1 焊接的工作原理

焊接利用正负两极在瞬时短路时产生的高温电弧来熔化焊条，从而达到与被焊物体结合的目的。现设计焊接自动化工作台，主要完成3600旋转动作，自动化焊接过程满足焊接工艺要求。项目研发的系统将从焊点分布、焊接顺序、时间、电流、 温度、受力和平面度等方面保障基体质量 ，使焊接部分与非焊接部分硬度均匀一致，解决焊后变形问题，并提高生产效率，降低次品率，从而提高生产的经济效益，也使得整个技术和管理的自动化水平的提高。

1.2 焊接设备的组成部分

现设计该自动化焊接设备的机械结构如图1所示。

该自动焊接设备主要由自动焊机、气源装置、焊枪伸出机构、工件旋转与压紧机构、电气控制柜、门装置、设备支架等几个部分组成。

1.3 自动化焊接设备的机械结构

该自动化设备主要用于焊接碳钢、不锈钢圆筒形工件，用两组法

兰夹具夹住两件被焊工件，将两组工件的两条环缝同时对接焊接，以达到整体工艺效果要求。

2 设计方案

2.1 动作控制分析

在设备中，工作台旋转3600是由电机正转/反转的控制应用，是在电机的接线电路中，利用变频器进行控制，当变频器的输出为正转时，电机从而正转；当变频器输出为反转时，电机从而反转。从而实现电机的正转以及反转的控制。

自动焊接设备在正常工作时采用自动操作方式，一个周期内焊接一个工件，完成作业。当工人在安装调试或设备出现故障停止运行时，可以采用手动方式操作，从而方便了检查故障的原因。自动焊接运行方框图如图2所示。

2.2 电气系统的硬件设计

（1）主电路设计

工件焊接时，工件的旋转是靠电动机带动的，旋转时需要无级调速，无级调速可选用变频器来实现。

根据设备需求选用容量为7.5KW的电动机，再根据电动机的容量选用变频器，前提考虑电动机三个方面的参数：

①电机的额定电流 ②电机的功率 ③电机的极数

最终可以决定选用三菱FR-E740-7.5KW变频器，该变频器的优点在于结构简单，调节容易，可用于通用鼠笼型异步电机。

（2）PLC机型的选择

控制根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，根据设备的要求使用了9个不同的按钮及使用信号输入点12个，所以要用到的输入数量预计有20个；使用了1台三相交流电动机，5个电磁换向阀，其输出数量预计需要有10个，以及各种指示灯和安全系数上的硬件，再预计需要10个输出点。在选择机型时还要考虑以后设备的调整和扩充，在实际统计I/O点数基础上，所以预留10%～20%的数量，可以选定三菱FX3U-64MR型号的PLC。

2.3 电气系统的软件设计

（1）系统自动状态流程图

在自动运行过程中，有异常报警发生时，必须要按下复位按钮来排除故障，直至报警蜂鸣器停止报警声响，报警红色指示灯灭，运行绿色指示灯亮，方可运行，否则，设备会一直处于有故障状态中。

（2）梯形图

三菱FX3U-64MR与变频器通讯程序（略）。

3 结束语

实际应用结果表明，自动焊接系统在实际生产中的运用，可以较好的解决焊接困难、生产节拍低下、劳动强度高等实际生产问题，在局部采用自动焊接系统代替机器人焊接，价格低廉，受到了很好的经济效益和社會效益。

参考文献

（1）周虹. 气动与PLC技术相结合在机械手设计中的应用.液压与气动.2004.3

（2）袁艳敏.PLC在机械手自动控制系统中的应用.西安航空技术高等专科学校学报.2004.9

（3）范国伟. 电气控制与PLC应用技术.机械工业出版社.2013.2