高压油管自动焊接机PLC控制系统设计

高压油管自动焊接机PLC控制系统设计
针对高压油管自动焊接机的使用需要，应用PLC进行控制系统设计。

分析了高压油管自动焊接机工作原理，确定了系统控制方案，提出一种以PLC为控制核心，结合气体保护焊、气动夹紧机构、旋转焊接机构等工艺为支撑的自动焊接机设计方案。

设计了PLC自动控制系统的软、硬件，给出端子分配，并设计出外部接线图及程序。

经现场安装调试表明，各项功能达到了设计要求。

标签：高压油管；焊接；PLC；自动控制
高压油管是高压油路的重要组成部分，对耐压性、抗疲劳强度，以及密封性都有较高的要求。

高压油管自动焊接机是通过设计合适的自动焊接装置、配套的焊接工装，在合理的焊接参数下，由控制系统控制操纵台，实现油管的自动焊接。

因此，控制系统的好坏对焊接品质、焊接效率、缩短操纵台的生产周期，保证焊接的稳定性和一致性等方面起关键性作用。

本文研究一种基于PLC的高压油管自动焊接机控制系统。

该系统采用立式环焊缝焊机结构，以PLC为控制核心，实现焊接丝和主机的自动控制，通过机械手及固定模具，进行工作的快速装夹与焊接，采用CO2气体保护焊接工艺、自动控制焊接速度等，以达到自动、精密、清洁、高效的焊接质量要求。

1 高压油管自动焊接机工作原理
高压油管自动焊接机主要包括CO2气体保护焊接设备、气缸、自动送焊接丝设备、旋转焊接机构及控制系统及机架等，通过操作面板对焊机的电流、电压的调控，进而实现对自动焊接参数设定，气缸部分控制机械手的伸缩以夹紧工件，使其固定在模具中，从而满足焊接零件之间的精确对接与焊接工艺要求。

旋转式焊接机构为焊接机械的关键部件，有立式和卧式结构之分，本设计采用立式结构，其旋转焊接机构示意图如图1所示。

图1 高压油管自动焊接机旋转焊接机构示意图
图1中的旋转焊接机构由工作台及与其相固联的立柱与卡盘等部件，通过卡盘固定模具，进而因定焊接件，工作台下端联接直流电机以驱动转台，进而带动焊枪绕卡盘中心旋转，实施匀速焊接，气缸用于控制进退枪动作。

在主轴的转台内侧装有一接近开关，可保自焊枪转动一圈后自动停止。

焊枪由CO2气体保护焊接机引出。

2 系统控制方案分析
本系统主要控制项目有焊接机的电流、电压控制、送丝速度控制、焊接速度控制即旋转台速度控制，工件夹紧气缸控制和进退枪控制等，还需具有手动与自动控制两种功能。

焊接机电源、电压的调整通过控制面板设定完成，操纵台采用直流电机驱动，电机速度控制通过控制PWM直流调速电源的输入量实现。

该三项功能由于手动十分困难设定，正常作业前，根据工件的情况进行调整，正常作业时无需调整。

PLC控制系统部分主要用于实现控制直流电动机的正、反转，气缸伸、缩以控制进、退枪，点焊控制，起停，实现手动与自动功能等。

3 基于PLC的控制系统设计
3.1 PLC电气控制原理图设计
由上述分析知，系统具有基于PLC的手动与自动控制性能。

因此，通过PLC 可实现系统焊接工作模式设置、控制系统的各种功能，从而实现对焊接机进行上述的控制。

结合集成部件中的设定电流电压及电机速度，可以得出，本设计中至少需要10输入点和7个输出点，如果将所有信号均通过PLC控制，这时不仅开关IO的端子数有所增加，还需增加三个通道的模拟输入输出模块，目前可采用最为适用的方法进行端子分配与设计。

结合现有情况，系统选用PLC的型号为：FX2N-32MR。

PLC电源电压为AC220V。

信号输入均为开关量，采用内部提供的DC24V电源。

系统中的输出端子直接控制继电器线圈，选用继电器线圈额定电压为DC24V，且由外电源对输出端供电。

I/O的端子及地址分配表如表1所示。

在控制电路的设计中，根据端子分配表中对应关系进行电路设计，对于正常工作时不动作的输入信号，输入端子尽量用常开触点接入，以实现编程时内部触点状态与外部保持一致，且可以达到减小输入端子通电时间的效果，本设计中，SB7分别指示手动和自动，使用拔钮开关或带自锁的按钮开关，由于焊接过程到
达挞接处时，还需要焊枪运行一适当的距离，从而使接头充分对接，这就需要在旋转支架到达传感器时还需要有一定的延时，且这一延时时间随加工工件的大小而异，需要便于调整，而使用PLC中的定时器不便调整，这里使用一个独立的时间继电器完成此项功能。

为了避免正反转，进退枪同时动作，除梯形图互锁外，还需要电气互锁，且体电路如图2所示。

图2 PLC控制电路的电气接线图
3.2 PLC程序设计
本系统中，由PLC控制部分的主要功能有进退枪、正反转，且可点动控制，点焊功能在点动正转基础上，增加焊机的控制；手动控制为手点情况下：在点动正转基础上，增加焊机与电机的控制；自动状态下：如果在起动工作过程中，只能由停止按钮或急停按钮使其停止，其他按钮不起作用，可调速和调电流电压如在停机状态，可以对任何按钮进行操作。

经过上述分析，可应用经验设计法完成PLC梯形图设计，并在脱机状态进行调试，合格后进行现场调试。

4 现场调试
在高压油管自动焊接机安装完成后，首先检查自动送丝机、气缸、电动机、面板、焊接旋转支架等是否连接正确。

具体调试步骤：（1）按下夹紧按钮，观察夹紧气缸能否夹按照给定的速度进行伸缩，夹紧机构可否灵活调节，如将工件一起夹紧，观察能否与卡盘上的模具中的接头工件紧密配合；（2）按下电机启动按钮，观察电机能否带动齿轮进行正传、反转以及停止；（3）观察能否通过PWM 调速电源来调节转动速度；（4）按下面板中的进枪按钮，进行焊接，观察电流、电压大小是否符合焊接的速度要求；（5）观察自动送丝机是否正常送丝且送丝速度正常；（6）在气体保护焊设备下观察焊接时是否存在焊丝飞溅的问题；（7）按下急停按钮，观察能否断电停止，焊接工件能否保持停电前的状态；（8）焊接完成后观察焊口是否平滑且无缺口。

在确认硬件安装连接无误后，检查PLC编程，严格按PLC端子分配表与接线原理图装接主电路与控制电路。

应用GX Developer8.34L-C三菱编程软件，打开工程，并在STOP状态接通PLC电源，将梯形图写入PLC中，如果计算机与PLC保持连接状态，此时将程序显示窗口置监控状态。

按照被控设备的动作要求利用按钮开关进行调试，修改程序直到达到设计要求。

5 结论
本文对基于PLC的高压油管自动焊接机的控制系统进行了分析与设计，具体分析了高压油管自动焊接机的工作要求，确定了以高压油管和接头、气体保护焊和自动焊接机的设计方案，着重设计了PLC自动控制系统的软、硬件，给出端子分配，并设计出外部接线图及程序。

经现场安装调试表明，本文提出的设计方案可以满足生产要求，并能提高生产效率，提高焊接质量，并有一定的灵活性和适应性。

参考文献
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