1目的和任務 側墻龍......



1　目的和任務
　　側墻龍門式雙頭自動點焊機是80年代初從東德引進，用于鐵路車輛冷藏車側墻板與側墻立柱的全自動點焊。由于該設備運行的時間長，元器件損耗嚴重且缺少備件，故障率不斷提高，直接影響正常的生產過程，因此決定在維修該設備機械系統的同時進行電器系統的重新設計，并采用先進的可編程控制器PLC控制整個系統的運行。
　　 圖1所示為側墻板與側墻立柱連接的焊點分布示意圖，設備的主要功能就是實現全部焊點的連續自動化焊接過程。圖中標出了全部焊點的連續自動化焊接的運行步進路線。
　　 該設備的機械裝置采用龍門架結構，整個龍門架可沿安裝在車間地坪上專設的鐵軌縱向運行，當龍門架按圖1所示方向縱向步進運行時，可實現逐個側墻立柱的順次焊接。龍門架上安裝有可橫向運行的小車，小車上載有兩臺電阻焊變壓器和焊接電極及其液壓升降裝置。兩臺阻焊變壓器可實現一次分時焊接兩個點，當小車按圖1所示方向（即沿側墻立柱方向）橫向步進運行時，可實現每個側墻立柱上所有焊點的順次焊接。小車由一臺1.5kW的減速制動電動機通過傳動軸帶動運行。
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2　控制系統組成
2．1　焊接裝置
　　 焊接控制裝置由焊接變壓器、焊接電極、主電力回路和點焊控制器等組成。焊接變壓器是原東德海林道夫提供的，型號為VPA2×160。采用單面點焊技術。每臺變壓器都安裝有兩個電極，一個焊接極，一個輔助電極（盲極），分別由液壓裝置驅動其升降。
　　 一臺變壓器的焊接回路原理如圖2所示，其中V1、V2為主電力開關。焊接循環和焊接規范的控制采用上海產的Medweld.200S電阻焊控制器，它是一種采用Z180微處理器控制的單相電阻焊控制器，它不僅控制性能優良，還提供有啟動焊接（300—01、300—02）、焊接結束（902）、故障/報警（903）等信號，且易與PLC輸入/輸出接口。
2．2　龍門架運行系統
　　 原東德的龍門架運行系統采用直流電動機調速，電路復雜，改造后的龍門架運行系統采用富士G9系列變頻器帶動一個四極三相異步電動機，再通過減速器、傘齒輪到龍門架兩側的傳動工作軸上，通過變頻器的輸出可進行無級調速。目前調定的速度有三種：即快速（50Hz）、慢速（30Hz）和減速（20Hz）。
　　 圖3為龍門架運行機構的電路原理圖。圖中FRENIC 5000G9S變頻器提供了易與PLC輸入輸出端的接口信號，有正轉（302）、反轉（303）、速度選擇1（304）、速度選擇2（305）、變頻器故障/報警和變頻器運行（J5）等信號。
2．3　其它輔助裝置
　　 包括液壓控制裝置、冷卻水、風機系統、故障檢測和保護系統等。液壓控制裝置由一個三位四通電磁閥、雙止回閥、壓力繼電器、減壓閥、壓力表組成，其任務是控制電極升降和調節電極壓力。
　　 冷卻水、風機系統用來冷卻焊接變壓器和主電力器件V1、V2，并利用流量傳感器檢測水量信號，只有這些信號正常時才允許自動焊接。
　　 故障檢測信號包括變頻器故障、PLC故障、焊接控制系統故障等，當其中任一故障出現時都將引起自動焊接程序的終止。
2．4　PLC控制系統
　　 根據設備原有的功能和改造后新加入的功能，該控制系統共有70個輸入點，42個輸出點，所以選擇日本OMRON（立石）公司的C200H模塊式可編程控制器，并匹配輸入、輸出模塊。一臺 C200H的CPU模塊可擴兩臺擴展裝置，母板單元分十槽、八槽和五槽，系統最多可提供480個輸入/輸出點。C200H系統內部有九類繼電器單元，內部輔助繼電器單元3536個，定時/記數器512個，采用梯形圖編程，指令系統豐富、編程方便，還具有數據處理和運算指令。
　　 根據要求，該PLC系統由一個10槽母板、一個CPU模塊、5個ID212輸入模塊（每塊16點）、2塊OC225繼電器輸出的輸出模塊（每塊16點）、1塊ID212晶體管OC門的輸出模塊（16點）和1塊OC224獨接點（不互相共地，共8點）的繼電器輸出的輸出模塊所組成，各模塊在母板的分布如圖4所示。各模塊的地址與安裝在母板插槽的位置有關，它們之間可以互換。各模塊的類型、地址安排（通道號+通道內順序號）、以及外接器件的類型和作用如表1和表2所示。
　　 表1中所有輸入模塊的型號均為ID212，其中005通道中，龍門架軌跡選擇開關根據側墻立柱的距離的不同有兩種選擇，實質上是選擇龍門架的其中一組步進距離的光電開關進行位置檢測。小車軌跡選擇和焊點數選擇相配合，以選擇每根側墻立柱所需的焊點數。小車步進距離的檢測是由兩組接近開關組成的。當選擇上軌跡時，實際是選擇其中一組接近開關進行位置檢測，此時可選焊點數為40和32；選擇下軌跡時可選焊點數為44、36和28點。
表1　輸入信號分配表
通道號輸入信號類型作　　用
005
（00～15）選擇開關墻板選擇、龍門架運行軌跡選擇、焊點數選擇、手動選擇、小車軌跡選擇等
006
（00～15）按鈕開關手動龍門架快、慢、啟停；手動油泵、水泵、風機啟停；手動小車啟停；自動啟停等
007
（00～15）行程開關、壓力和
熱繼電器觸點龍門架前后極限位置、小車左右極限位置、溫度、壓力、流量等信號
008
（00～15）光電開關
接近開關龍門架步進距離、步進軌跡的光電開關小車步進距離、步進軌跡的接近開關
009
（00～06）繼電器接點龍門架運行系統的變頻器的輸出及其運行狀態、故障信號、兩臺MED點焊控制器輸出的其運行狀態、故障報警信號

表2　輸出信號分配表
通道號模塊型號及
輸出點類型輸出器件類型作　　用
000
（00～15）OC225
繼電器接點指示燈、
發光二極管龍門架、小車、油泵、水泵、風機、水溫、變頻器、梅達控制器等系統運行狀態指示
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001
（00～15）OC225
繼電器接點繼電器線圈小車左右行、風機、油泵、水泵、電極上下運行等中間繼電器
002
（00～11）OD212
晶體管OC門數碼管每個工件的焊點數記數（共四位）
焊件數記數（共四位）<顯示屏>
003
（00～06）OD224
繼電器獨接點繼電器線圈兩臺梅達控制器的焊接啟動、變頻器速度選擇、正反轉控制信號


3　系統的控制軟件設計
　　根據該系統的要求，通過分析，可把側墻龍門式雙頭自動點焊機的PLC控制系統的運行狀態分為手動、自動和故障三種狀態。由于系統中相互連鎖關系較多，動作循環過程較復雜。通過對其原理、動作順序進行深入剖析可將整個系統的PLC控制軟件設計分為手動、自動、故障處理、顯示驅動和綜合輸出驅動五大模塊來解決。各模塊間的關系如圖5所示。