【正文】 movement of the spindle motor control position. The main processing ponents rotating seat of a pany, a total of three stations need to be processed, these three stations precise motion control is done by the servo positioning control system. 3 sets of servo control the X, Y, Z axis for accurate positioning, PLC is to control the servo motor drives, servo drives are responsible for driving the servo motor. Keywords: XinJie PLC。如今，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的點(diǎn)焊機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度低，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。 ，脈沖 MIG/MAG焊機(jī)的改進(jìn)方向?yàn)椋簻p少飛濺、引弧、收弧等。 20xxA 以上的很少，有必要進(jìn)一步發(fā)展。點(diǎn)、凸焊控制器雖有進(jìn)步，但大多為合資企業(yè)產(chǎn)品，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，關(guān)鍵部份基本依賴進(jìn)口。 2 （非電弧、電阻）焊技術(shù)的應(yīng)用和設(shè)備發(fā)展迅速，現(xiàn)已有：摩擦縫焊(FrictionSeamWelding ）、 摩 擦 攪 拌 焊 (FrictionStirWelding ）、 摩 擦 堆 焊(FrictionSurfacing)、摩擦插入焊 (FrictionPlunge)、摩擦切割 (FrictionCutting)等等。 ． 課題內(nèi)容 ，主要介紹點(diǎn)焊機(jī)控制系統(tǒng)的背景及現(xiàn)狀； ； ，主要比較繼電接觸器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)和 PLC 控制系統(tǒng)； ，主要包括控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖、硬件的選型、 PLC 外部接線圖及I/O 分配表； ，主要包括各伺服單元之間的連接 ,伺服驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)接線 ； ，主要包括確定軟件設(shè)計(jì)思想，軟件設(shè)計(jì)流程圖，主要程序及相應(yīng)的解釋； ，包括觸摸屏的制作，離線模擬調(diào)試 ，用觸摸屏來監(jiān)控； ，以及調(diào)試中遇到的問題； 3 第 2 章 點(diǎn)焊機(jī)工藝的介紹 點(diǎn)焊機(jī)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)原理 點(diǎn)焊的工藝過程為 ：① 將焊件表面清理干凈 。⑤ 去除壓力，取出工件。其 利用電感的 原理 將 220V 交流電 （ 可以是直流的也可以是交流的 ） 變?yōu)榈碗妷?，大電流的電源。?shí)物圖 如下： 圖 21 點(diǎn)焊機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物圖 系統(tǒng)控制框圖 本系統(tǒng)由可編程控制器，上位機(jī)（觸摸屏），伺服電機(jī)及其伺服驅(qū)動(dòng)器等組成，經(jīng)觸摸屏設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，可編程控制器發(fā)出運(yùn)算控制信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器，通過伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)， 系統(tǒng)框圖如下： 4 伺服電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器P L C三 相 電 源 2 2 0 V觸 摸 屏D C 2 4 V編 碼 器 反 饋 信 號(hào)電 機(jī) 三 相 信 號(hào)控 制 信 號(hào)參 數(shù) 設(shè) 定單 相 電 源 2 2 0 V 圖 22 系統(tǒng)控制框圖 點(diǎn)焊機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)介紹 本次設(shè)計(jì)的點(diǎn)焊機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖 23，主要由觸摸屏、可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形工作臺(tái)、帶動(dòng)電機(jī)左右移動(dòng)的橫梁以及控制電機(jī)上下運(yùn)動(dòng)的主軸構(gòu)成。觸摸屏則負(fù)責(zé) 人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易化操作。在被焊接的焊件 3 的接觸面上形成真實(shí)的物理觸點(diǎn)，物理觸點(diǎn)隨著通電加熱的進(jìn)行而不斷擴(kuò)大。工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，第二次焊接，回等待位。當(dāng)按下一次啟動(dòng)按鈕， PLC 發(fā)送脈沖給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器控制 X、 Y 軸的伺服電機(jī)，橫梁和主軸開始運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的一次焊接的位置時(shí)，焊槍開始工作，焊接 2S 后，焊槍停止工作，回到設(shè)定的等待位置。其次介紹了工藝流程，形象鮮明的把點(diǎn)焊機(jī)系統(tǒng)的工作過程在圖上反應(yīng)出來，便于理解，為下面的設(shè)計(jì)做好鋪墊。缺點(diǎn)：①體積龐大，線路復(fù)雜，故障檢查維修困難，觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)容易產(chǎn)生電?。虎诳刂乒δ芟鄬?duì)單一，當(dāng)邏輯控制發(fā)生改變時(shí)，必須要修改整體線路，重新分配；③并且只能控制一些相對(duì)比較簡(jiǎn)單的開關(guān)量設(shè)備，不能控制有模擬量輸入輸出的設(shè)備。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：①控制功能較多，可以實(shí)現(xiàn) 計(jì)數(shù)、定時(shí)、算術(shù)運(yùn)算以及邏輯運(yùn)算等功能，通過編程可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能；②采用觸摸屏或上機(jī)位的控制，控制界面簡(jiǎn)潔易懂，當(dāng)需要改變控制時(shí)，只需要改變程序即可，接線簡(jiǎn)單，通用性好，對(duì)各種控制系統(tǒng)都用很強(qiáng)的適應(yīng)性；③沒有機(jī)械觸點(diǎn)，可靠性高，能有效避免電弧損害、接觸不良等現(xiàn)象；④定時(shí)范圍廣并且精確；⑤耗電量小，體積較小，安裝簡(jiǎn)單，接線和編程可以同步進(jìn)行，擴(kuò)展靈活多樣。所以，綜合比較用 PLC 控制系統(tǒng)比繼電接觸器控制系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)要合理?？刂品较蛑饕菍?duì)真空壓力浸漆控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究后，確定只研究操作過程，不深入研究各個(gè)系統(tǒng)。為了確保程序不跑丟，我們需要設(shè)置在伺服驅(qū)動(dòng)就緒的情況下，可編程控制器才能夠運(yùn)行，盡可能的降低次品率。我們所選的控制方案為： PLC 控制伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)精確定位。按鈕和接近開關(guān)都是開關(guān)量輸入，伺服反饋是信號(hào)輸入，判斷焊槍是否到達(dá)指定位置。除了以上的輸入輸出點(diǎn) 以 外， PLC 與計(jì)算機(jī)、 觸摸屏 等設(shè)備連接， 需要用專用接口，也應(yīng)計(jì)算在內(nèi)。 ③ 優(yōu)越的運(yùn)動(dòng)控制性能 ； 可實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)，支持普通 運(yùn)動(dòng)控制指令如圓弧，直線插補(bǔ)等。本體支持運(yùn)動(dòng)控制指令，無需另加任何模塊、 RS23 485 兩種串口，方便各種上位機(jī)監(jiān)控、強(qiáng)大的高速計(jì)數(shù)中斷功能為客戶大大節(jié)省了電氣成本。 ④相對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)的運(yùn)行速度范圍較大，有利于速度差異較大的運(yùn)行。 選用伺服電機(jī)時(shí)，依下列步驟進(jìn)行： ①查明負(fù)載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件要求，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)速度等。 ⑤根據(jù)摩擦系數(shù)、負(fù)載慣量、運(yùn)行效率等計(jì)算出負(fù)載轉(zhuǎn)矩。減速齒輪慣量可忽略不計(jì)，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈絲杠移動(dòng) 20mm，橫梁重量為 200KG。） （ ） 絲杠減速后的慣量為： 178。且考慮到現(xiàn)有因素，選用信捷公司的 MS110STM0503021P5 系列專用伺服電機(jī)，電機(jī)額定功率 ，額定轉(zhuǎn)速 3000 轉(zhuǎn)， ，額定轉(zhuǎn)矩 5N 伺服驅(qū)動(dòng)器的選型 伺服 驅(qū)動(dòng)器是一 種控制器，主要 用來控制伺服電機(jī)， 是 屬于伺服系統(tǒng)的一部分 ，其作用類似于變頻器 控制 普通交流 電機(jī)。 最大適用電機(jī)容量 ，連續(xù)輸出電流 6A rms，最大輸出電流 18A rms，采用三 13 相全波整流 TGBT PWM 控制。另外，在伺服驅(qū)動(dòng)器的上部安裝冷卻用風(fēng)扇。 觸摸屏的選型 觸摸屏主要的功能是實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的交互，當(dāng)按下了屏幕上的按鈕時(shí)，屏幕上的反饋系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置編程的程式驅(qū)動(dòng)各種連接裝置，可以取代傳統(tǒng)的機(jī)械式按鈕面板。常用的熔斷器有 RL 和 RT 這兩個(gè)系列，其中 RL 系列的額定電壓要高于 RT 系列。 則有： AC O SU PI N NN 1 0 0 0 03 ????? ? （ ） AAII NfN ???? （ ） 查表可知選用 RT161250 系列熔斷器。常閉按鈕的原理是當(dāng)用手指按下按鈕帽時(shí)，按鈕的常閉觸點(diǎn)閉合；當(dāng)手指松開時(shí)，按鈕的常閉觸點(diǎn)復(fù)位。 XB2 系列按鈕是施耐德公司的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于交流 50HZ、額定交流電壓 0～ 380V或額定直流電壓 0～ 220V 的電路中。行程開關(guān)的分類方式有很多，按照其結(jié)構(gòu)可分為微動(dòng)式、滾輪式、直動(dòng)式以及組合式；按照其外殼的防護(hù)類型又可分為開啟式、防護(hù)式以及防塵式； JLXK1 系列行程開關(guān)適用于頻率為 50HZ，直流電壓小于 220V 或者交流電壓為 380V的控制電路中。 其中： JLX— 代表行程開關(guān) K— 代表快速 1— 為設(shè)計(jì)序號(hào) 1— 為單輪轉(zhuǎn)動(dòng)式 1— 說明有 1個(gè)常開觸點(diǎn) 1— 說明有 1個(gè)常閉觸點(diǎn) 圖 410 JLXK1 系列行程開關(guān) 17 焊槍的選擇 焊槍 工作原理是利用 焊機(jī)的高電流，高電壓產(chǎn)生的熱量聚集在焊槍終端，融化焊絲，融化的焊絲滲透到需焊接的部位，冷卻后，被焊接的物體牢固的連接成一體。在自動(dòng)控制系統(tǒng)和電力拖動(dòng)中，主要用來控制電機(jī)，能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，也可以控制其他負(fù)載，比如電焊機(jī)、電熱設(shè)備以及電容器組等，這里我們需要控制焊槍的吸合和斷開。其效果為常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合。 其中： CJ— 為交流接觸器代號(hào) 20— 為交流接觸器設(shè)計(jì)序號(hào) 16— 說明額定電流大小為 16A 圖 412 CJ2016 型交流接觸器 18 PLC 的 I/O 地址表 表 43 輸入地址表 名稱 符號(hào) 輸入地址 X 軸原點(diǎn)接近開關(guān) SQ1 X002 Y 軸原點(diǎn)接近開關(guān) SQ2 X003 一次啟動(dòng)按鈕 SB1 X004 二次啟動(dòng)按鈕 SB2 X005 X 軸信號(hào)輸入 數(shù)字信號(hào) X000 急停按鈕 SB3 X010 Y 軸信號(hào)輸入 數(shù)字信號(hào) X006 Z 軸信號(hào)輸入 數(shù)字信號(hào) X007 在分配輸入點(diǎn)時(shí)，我們要依據(jù)信捷 XCM 系列 PLC 的使用手冊(cè)確定輸入點(diǎn)的分配。 表 44 輸出地址表 名稱 符號(hào) 輸出地址 X 軸脈沖 PUL1 Y000 Y 軸脈沖 PUL2 Y001 Z 軸脈沖 PUL3 Y002 X 軸方向 DIR1 Y004 Y 軸方向 DIR2 Y005 Z 軸方向 DIR3 Y006 焊槍 KM Y010 在分配輸出點(diǎn)時(shí)，我們要依據(jù)信捷 XCM 系列 PLC 的使用手冊(cè)確定輸出點(diǎn)的分配。 19 PLC 外部接線圖 圖 413 PLC 外部接線圖 本章小結(jié) 本章 節(jié)介紹了硬件設(shè)計(jì)需要達(dá)到的要求， 節(jié)提出了控制方案， 節(jié)主要介紹了硬件系統(tǒng)框圖， 整個(gè)硬件設(shè)計(jì)所涉及到的硬件輸入輸出進(jìn)行歸類，最后以框圖的形式展現(xiàn)出來。由于點(diǎn)焊機(jī)控制系統(tǒng)主要用到伺服電機(jī)編碼器的反饋來確定位置，因此我 們選用半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 ②當(dāng)前一次的位置定位完成之后，絲桿先要返回到原點(diǎn)位置（原點(diǎn)位置的接近開關(guān)），等到下次位置命令發(fā)出時(shí) ， PLC 再根據(jù)所要達(dá)到的位置，發(fā)出與之對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，控制 伺服電機(jī) ，前進(jìn)到所設(shè)定的位置。 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 控 制 器 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 器 伺 服 電 動(dòng) 機(jī)位 置 檢 測(cè) 及反 饋 圖 51 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 半閉環(huán) 伺服 控制 系統(tǒng)的位置檢測(cè)點(diǎn) 主要 是從 伺服 電 動(dòng) 機(jī) （電機(jī)內(nèi)部編碼器） 引出，通過檢測(cè)電機(jī) 旋轉(zhuǎn)的 角度來間接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而不是 通過外部的檢測(cè)單元來 21 直接 檢測(cè)工作臺(tái)的位置。但可對(duì)這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。 ② 一條 CN0 口通訊線用來脈沖和方向的輸入 ③ 一條 CN1（ RS485） 口通訊線，用來編碼器反饋 ,高速脈沖計(jì)數(shù)。 伺服單元 CN1接口 CN1 口用于伺服驅(qū)動(dòng)器與 PLC 之間的連接，主要是提供編碼器的信號(hào) 輸出，用作伺服電機(jī)的反饋。 表 53 CN2 端子說明 圖 55 CN2 口端子 位置控制設(shè)定 操作模式選擇 信捷 DS221P5AS 驅(qū)動(dòng)器提供位置、速度、扭矩三種基本操作模式，位置模式包括外部位置控制與內(nèi)部位置控制兩種，外部位置控制的命令是利用外部脈沖列指令來進(jìn)行位置控制，內(nèi)部位置控制則是利用伺服單元內(nèi)部寄存器的預(yù)設(shè)值進(jìn)行位置控制。脈沖指令詳細(xì)說明如下表： 表 54 外部脈沖指令說明表 指令脈沖信號(hào)形態(tài) 電氣規(guī)格 備注 符號(hào) +脈沖列 （ DIR+PUL 信號(hào)） 最大指令頻率： 總線驅(qū)動(dòng)為 500kbps 晶體管開路為 200kbps t1,t2 ≤ t3,t7 ≤ t4,t5,t6 ＞ 3μs τ≥ (τ/T) 100 ＝ 40%～ 60% 符號(hào) (DIR) 1=正傳指令 0=反轉(zhuǎn)指令 序號(hào) 定義 序號(hào) 定義 1 A+ 9 U 2 B+ 10 W 3 Z+ 11 屏蔽線 4 U+ 12 GND 5 W+ 13 5V 6 A 14 V+ 7 B 15 V 8 Z 24 電子齒輪比的設(shè)定 在設(shè)定電子齒輪時(shí)，我們需要對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置，具體設(shè)置參考下表 ： 表 55 電子齒輪設(shè)置 參數(shù)代號(hào) 含義 設(shè)定范圍 設(shè)定 值 P202 電子齒輪分子 1～ 65535 10 P203 電子齒輪分母 1～ 65535 1 為了保證控制精度，我們從開始到結(jié)束都使用電子齒輪比，并且設(shè)定值為 10/1。 尋找參考原點(diǎn) 此舉是為了找出工作臺(tái)的物理零點(diǎn)，用作點(diǎn)位控制時(shí)的坐標(biāo)零點(diǎn)，