【正文】 控制是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化的保證，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)安全，準(zhǔn)確，可靠運(yùn)行的前提條件?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)必須以滿足生產(chǎn)工藝要求，保證系統(tǒng)安全，準(zhǔn)確，可靠運(yùn)行為準(zhǔn)則，并通過科學(xué)的方法與現(xiàn)代化的手段進(jìn)行合理的規(guī)劃與認(rèn)真的設(shè)計(jì)。PLC控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)一般可以分為系統(tǒng)規(guī)劃(總體設(shè)計(jì))，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循如下基本設(shè)計(jì)原則：1) 實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)工藝的全部動作2) 滿足設(shè)備對產(chǎn)品加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率的要求3) 盡可能簡化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)根據(jù)控制要求與功能，確定系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)措施，由此確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與組成。包括：選擇PLC的型號，規(guī)格；確定I/O模塊的數(shù)量與規(guī)格。根據(jù)本設(shè)備的焊接工藝和流程，在整個(gè)生產(chǎn)過程中，需檢測的開關(guān)輸入量有18個(gè)，開關(guān)量輸出12個(gè)，考慮到選用的PLC點(diǎn)數(shù)應(yīng)有10%的冗余[16]，所以在本系統(tǒng)中選用三菱公司生產(chǎn)的FX1N40MT的PLC，其部分性能指標(biāo)如表 。表 FX1N PLC 部分性能參數(shù)項(xiàng)目性能指令處理速度~輸入輸出點(diǎn)數(shù)最大輸入/輸出點(diǎn)數(shù)：128點(diǎn)編程語言指令表，梯形圖，步進(jìn)梯形圖輔助繼電器一般用M0M383，共384點(diǎn)保持型M384M1535，共1152點(diǎn)特殊型M8000M8255，共256點(diǎn)數(shù)據(jù)寄存器16位通用D0D127，共128點(diǎn)16位保持D128D7999，共7872點(diǎn)文件寄存器D1000D7999區(qū)域參數(shù)設(shè)定，最大7000點(diǎn)FX1N系列PLC在FX系列中屬于性能中等，可以適用于大多數(shù)簡單機(jī)械控制的小型PLC系列產(chǎn)品。用戶程序的最大存儲容量為2000步，可以在輸出端Y0/Y1上輸出100KHz的定位脈沖信號與方向信號，通過帶位置控制功能的伺服驅(qū)動器進(jìn)行定位控制。通過選用FX1N5DM或FX1N10DM顯示擴(kuò)展模塊，可增加PLC顯示和外部顯示，同時(shí)FX1N還可以使用FX2N系列的I/O擴(kuò)展單元與擴(kuò)展模塊。綜上所述，F(xiàn)X1N系列PLC從輸入輸出點(diǎn)數(shù)，程序的容量，數(shù)據(jù)的后備能力等都很實(shí)用，以其緊湊的結(jié)構(gòu)及其適用生產(chǎn)現(xiàn)場的安裝使用，完全能滿足焊接流程的要求。I./O點(diǎn)數(shù)分配如表 。表 I/O點(diǎn)數(shù)分配24+FX1N40MTLCOMNCOM系統(tǒng)啟動X0COM手動正傳X1Y0脈沖信號緊急停止X2Y3氣源開啟壓緊原位X21Y7脈沖清除壓緊到位X22Y11伺服開啟焊槍到位X23Y12異常復(fù)位焊接起點(diǎn)X6Y13正/反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)到位X7Y14引弧指示焊槍進(jìn)/退X10Y15系統(tǒng)報(bào)警自動/手動X11Y16原點(diǎn)指示手動起弧X12Y17旋入定位上下X13Y04壓緊工件原點(diǎn)回歸X14Y05左右移動旋轉(zhuǎn)啟動X15Y06焊槍進(jìn)退壓緊/松開X16手動反轉(zhuǎn)X17氣動開關(guān)X20伺服報(bào)警X24X25圖 電氣原理圖從圖 ，焊機(jī)焊接電源以及送絲機(jī)構(gòu)采用三相380V交流電，通過交流變壓器將三相380V電壓變?yōu)槿?00V，供給電機(jī)，PLC電源則是24V直流電?？刂葡到y(tǒng)采用三菱FX1N40MT系列PLC配合安川伺服系統(tǒng)進(jìn)行自動控制，整體的電氣布局如圖 ，PLC輸出端信號輸入伺服放大器CN1端，伺服放大器CN2端連接伺服電機(jī)編碼器，控制電機(jī)運(yùn)動。光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成[17]。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90186。的兩路脈沖信號，脈沖信號與反饋信號比較就可以反映當(dāng)前的位置。本設(shè)備伺服放大器參數(shù)設(shè)定如表 。表 伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定參數(shù)對應(yīng)號出廠設(shè)定設(shè)定數(shù)值對應(yīng)功能00000010放大器處于位置模式Pn10240120位置回路增益Pn2040()3570位置指令加減速參數(shù)Pn202420480電子齒輪分子Pn20313750電子齒輪分母Pn20000000001位置控制指令選擇開關(guān)Pn401100300扭矩指令濾波器Pn408N0000N0001絲桿共振消除用 梯形圖編程語言是從繼電器接點(diǎn)控制線路圖上發(fā)展起來的一種編程語言，是PLC設(shè)計(jì)最常用的設(shè)計(jì)方法。本設(shè)備的工作流程為：在手動裝夾好以后，首先由機(jī)器上的裝料完成按鈕(系統(tǒng)啟動)，向控制器發(fā)出啟動信號，大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)入到位的同時(shí)依次輸出定位，壓緊，焊槍氣閥動作信號以及工件原點(diǎn)信號，當(dāng)其不在原點(diǎn)時(shí)快速反轉(zhuǎn)到焊接原點(diǎn)，焊接時(shí)，機(jī)器會自動引弧，按照設(shè)定的長度完成一次焊接循環(huán)。焊接完成后機(jī)器會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直到原點(diǎn)位置，為下次焊接做好準(zhǔn)備。焊機(jī)動作流程如 圖 。 圖 焊機(jī)動作流程圖 結(jié)論本文針對EVI fitting焊接設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中存在的焊接效率和焊接質(zhì)量方面的不足進(jìn)行分析，主要研究工作如下：(1)根據(jù)生產(chǎn)要求對EVI fitting焊接設(shè)備進(jìn)行總體規(guī)劃與分析，使其在保證焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)上滿足生產(chǎn)率的要求，提出雙工位回轉(zhuǎn)工作臺的概念。(2)分別從焊接工藝，機(jī)械結(jié)構(gòu)，電氣控制方面詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)方案。在焊接工藝上，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外的最新研究成果，分析雙絲焊接的可行性，同時(shí)對產(chǎn)生飛濺的主要原因進(jìn)行分析，使用逆變焊接電源控制瞬時(shí)電流波形，對引弧過程的熔滴過渡進(jìn)行控制，優(yōu)化引弧過程。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，針對雙工位工作臺的概念，設(shè)計(jì)出回轉(zhuǎn)工作臺的形式，重點(diǎn)是伺服電機(jī)的選取，轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度的校核以及上定位件的設(shè)計(jì)。電氣控制方面，主要對控制系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃，按照工藝生產(chǎn)流程對I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行分配，選擇PLC的型號，并熟悉梯形圖的編程。在某些方面的設(shè)計(jì)上還需要進(jìn)一步研究，具體如下：(1)小工作臺安置在大工作臺之上，同時(shí)大小工作臺都需要回轉(zhuǎn)運(yùn)動，必然會導(dǎo)致小工作臺的驅(qū)動機(jī)構(gòu)跟隨大工作臺整體進(jìn)行回轉(zhuǎn)，造成晃動，對伺服電機(jī)的精度以及穩(wěn)定性造成影響，在整體的布局和結(jié)構(gòu)方面顯然存在不足，由于時(shí)間的倉促加上能力有限，暫時(shí)未找到更好的解決方法，有待進(jìn)一步的研究。(2)上下料的機(jī)械夾具采用手控氣動夾鉗，操作員勞動強(qiáng)度較大，最優(yōu)的結(jié)果是能設(shè)計(jì)成自動上下料機(jī)械手，并配合整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備，用PLC控制實(shí)現(xiàn)聯(lián)動。對焊接參數(shù)可以進(jìn)行閉環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)全自動的焊接生產(chǎn)。(3)在焊接參數(shù)的設(shè)計(jì)方面，由于缺乏實(shí)驗(yàn)的佐證，只能進(jìn)行理論上的優(yōu)化，真正的參數(shù)配合需要在實(shí)際的生產(chǎn)中不斷的修改，不斷的完善。(4)整體的設(shè)計(jì)采用由頂及下的設(shè)計(jì)方法，針對設(shè)備的需求粗略的設(shè)計(jì)出旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，定位機(jī)構(gòu)，夾緊機(jī)構(gòu)的原理圖，對于細(xì)節(jié)部分強(qiáng)度的校核，尤其是尺寸的合理性方面還有待優(yōu)化。參考文獻(xiàn)[1] 龔仲華，史建成，[M].北京：人民郵電出版社，2006[2] 王華坤，[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 [3] [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000[4] 張春林，曲繼方，張美麟. 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2001[5] 王元良，屈金山，胡久富. 高效節(jié)能的細(xì)絲自動焊接研究[J].焊接技術(shù)，2000[6] [J]. 甘肅：甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999[7] 李鶴岐，田坤，王睿. 波形控制二氧化碳弧焊電源設(shè)計(jì)[D]. 甘肅：蘭州理工大學(xué)，2004[8] [J]. 上海：現(xiàn)代焊接，2007[9] 張建民. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2001[10] 魯遠(yuǎn)棟. 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