异种细芯金属自动焊接机的PLC控制系统

摘要：根据异种细芯金属丝深熔池焊接工艺，研制了基于PLC控制的自动焊接机，实现发热电缆线芯自动化生产。详细介绍自动焊接机PLC控制系统的的组成、功能，重点阐述该控制系统中步进电机驱动控制和焊接时序控制的设计与实现过程。通过示范应用，PLC控制系统能稳定可靠运行，满足工业使用要求。

关键词：异种金属 PLC 控制系统

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）05-0005-02

发热电缆低温辐射供热技术已成为国际公认先进的供暖方式，其核心技术是发热电缆线芯制造。发热电缆线芯由不等长度的细直径铜电源引线（冷线）与镍铬合金发热丝（热线）连接而成，且冷线和热线高质量、高可靠连接决定了发热电缆安全性、寿命、发热质量。目前，利用异种金属钎焊技术实现高可靠、高寿命发热电缆隐式接头是国内外发热电缆制造商主要采用的核心技术手段。国内外大多发热电缆制造商依赖简单的焊接辅助装置，靠人工操作完成冷-热线焊接，缺乏现代化技术的自动生产设备，导致发热电缆线芯生产效率较低，且线芯接头质量取决于焊接操作人员。因此，在发热电缆线芯人工焊接工艺基础上，以三菱Q系列PLC作为控制器，研制了发热电缆线芯自动钎焊设备。经示范企业应用表明，基于PLC控制的自动焊接机能可靠、稳定满足工业生产要求。

1 控制系统硬件设计

1.1 深熔池焊接工艺

发热电缆线芯深熔池焊接工艺（见图1）是基于电阻钎焊的工作机理，利用电极夹具加持带孔的发热体，首先将焊接热线从发热体底部伸入发热体内，其次将钎料颗粒从发热体上端口送入孔内，最后将冷线端部沾上助焊剂从发热体上部伸入中心孔内，被对接的两个头与钎料紧密接触通电加热发热体，当发热体温度到达确定值时，断电即可完成对接。

1.2 硬件结构与组成

自动焊接机主要由控制柜、焊接装置组成，如图2所示。控制柜主要包含Q系列三菱PLC控制器（见图3）、直流步进电机的电源和驱动器以及控制焊接机执行机构的低压电器元件。PLC控制器由Q61P电源模块、Q01CPU模块、QD70P8高速定位模块、QX41输入模块、QY41P输出模块和QJ71C24N-R2串口通讯模块组成。各模块功能：Q61P电源模块负责为基板供电；Q01CPU模块负责应用程序的运算和编译；QD70P8高速定位模块为脉冲信号控制单元；外界模拟或数字信号通过QX41模块输入应用程序；QY41P输出模块将应用程序的信号输出控制执行终端；QJ71C24N-R2串口通讯模块主要用于连接Q01CPU和MT4403T触摸屏，实现对应用程序数据监控。

控制系统的人机界面由控制柜面板设置的MT4403T触摸屏、换挡开关、按钮及信号灯构成，提供手动/自动控制、焊接启动、焊接急停等功能，所有的功能的选择通过控制面板上触摸屏和转换开关来完成。控制系统需设置的焊接速度、加热时间、保温时间等工艺参数，可以通过MT4403T触摸屏输入，且可以实时显示焊接状态、故障信息。

2 控制程序设计与实现

2.1 步进电机控制

步进电机是工业自动化控制领域广泛应用的电气执行元件。步进电机由PLC的输出高速脉冲信号和方向信号输入驱动器控制电机的运行。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度，称为步距角。脉冲数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了旋转的速度，方向信号决定了旋转的方向。就一个传动速比确定的具体设备而言，无需距离、速度信号反馈环，只需控制脉冲的数量和频率即可控制设备移动部件的移动距离和速度；而方向信号可控制移动的方向。因此，对于异种线芯自动焊接设备的控制精度要求不高，采用简单、经济的步进电控开环控制方式，即可满足要求。

步进电机运行的精度和平稳性，可以通过驱动器细分技术实现。自动焊接机采用步距角1.8°的2S56Q两相混合式步进电机，驱动器细分数选择为4。因此，PLC每输出一个脉冲，电机旋转1.8°/4=0.45°，抑制电机运行过程的振动及噪音，且步进电机运行效率高。

根据自动焊接机所选步进电机数目，QD70P8高速定位模块为自动焊接机4个步进电机提供轴脉冲信号，设置定位控制方式、加/减速时间等性能参数，实现PLC对步进电机的脉冲控制。

2.2 焊接时序控制

自动焊接机左右两焊池采用对称结构，焊接动作一致。为此，本文以右焊池焊接为例，结合图4右焊池控制流程图（见图4）和右焊池执行机构各部件动作时序图（见图5），进行自动焊接机时序控制的阐述：Y8置高电平到X41置高电平时，夹头1右移至停止→夹头1下移后延时3S焊池电源通电，Y6E至高电平→当夹头1下移至焊池发热体中2S后，焊池电源断电，Y6E至高电平→夹头2松开后，夹头1下移上移至剪线处松开，收线装置开始工作，M38置高电平→夹头2的滑块装置提升，同时夹头1、2夹紧→剪切装置剪断冷线，Y7A、Y7B置高电平→Y9置高电平，夹头1上移至停止→线芯焊接结束。

3 结语

自动焊接机的控制系统，采用三菱高端的PLC控制器和触摸屏技术，功能强大、操作简便、扩展性强，能满足工业控制要求。通过企业示范应用，相比人工手工焊接，自动焊接机可保证线芯焊接质量、提高生产效率、减轻工人强度。

参考文献

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