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                   摘要 ：本文敘述一種變頻調(diào)速控制器和PLC在自動(dòng)成套焊接中心的應(yīng)用。介紹系統(tǒng)的概況、結(jié)構(gòu)組成、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的應(yīng)用效果。  
    英文摘要 ：The paper provides the application on the frequency conversion and PLC on auto-whole set jointing center and explains the general situation , the structure form , the design of control system, and the application effect. 
    關(guān)鍵詞： 變頻器　PLC　自動(dòng)成套焊接 
  
1、引言
　　
　　焊接技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。世界現(xiàn)代焊接技術(shù)以高效、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)及其工藝過(guò)程數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化控制為特征，在國(guó)內(nèi)，無(wú)論是從目前焊接設(shè)備和材料產(chǎn)量構(gòu)成比的發(fā)展趨勢(shì)，還是從焊接設(shè)備和材料的制造技術(shù)和發(fā)展方向上看，我國(guó)現(xiàn)化焊接技術(shù)都已有很大發(fā)展,部分產(chǎn)品技術(shù)已達(dá)到或接近國(guó)外先進(jìn)水平，特別是成套焊接設(shè)備以及規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)。
　　
　　近幾年來(lái)，隨著工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化程度的提高，人們對(duì)環(huán)保節(jié)能意識(shí)的增強(qiáng)，特別是隨著中國(guó)加入WTO以后，焊接行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)更加日趨激烈，并對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量提出更高的要求。促使我國(guó)成套、專用焊接設(shè)備整體制造能力與水平得以較大提高，為了全面提高產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，確保產(chǎn)品的質(zhì)量，引進(jìn)某公司生產(chǎn)的成套焊接設(shè)備，不但提高了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，提高了工作效率，而且還節(jié)約大量的能源，保護(hù)工人的身體健康。該設(shè)備可廣泛應(yīng)于鍋爐，壓力容器，石油化工，機(jī)械等制造行業(yè)中。該中心結(jié)構(gòu)先進(jìn)，功能齊全，控制靈活，操作方便。既可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)焊接，又可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)保護(hù)。對(duì)提高焊接質(zhì)量有可靠的保證，是提高焊接質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化的理想設(shè)備。 
2、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和主要技術(shù)參數(shù)
    2.1　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
　　ZGBM型自動(dòng)焊接中心是由YM-350KR2型自動(dòng)MAG焊機(jī)，立柱式操作機(jī)，焊接滾輪架和電氣控制裝置組合而成的，如圖1所示。




圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

    2.2　系統(tǒng)的主要參數(shù)
    2.2.1　YM-350KR2型MAG焊機(jī)
　　YM-350型MAG自動(dòng)焊機(jī)由電源YD350KR2、送絲裝置YW-35KB和焊槍構(gòu)件YT-35組成，具有優(yōu)良的工作性能。它的焊接電源具有收弧電壓電流參數(shù)的設(shè)定，能夠適應(yīng)不同的焊接規(guī)范、焊接位置和焊絲種類的需求;焊機(jī)機(jī)頭由送絲機(jī)構(gòu)、導(dǎo)電部分、焊機(jī)頭、焊絲盤等組成。該機(jī)構(gòu)具有維護(hù)簡(jiǎn)單、工作可靠、無(wú)躁聲、效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。并配合焊架、滾輪架，選取最佳焊接規(guī)范，獲得最佳焊接質(zhì)量。控制裝置由電控箱和遙控盒兩部分組成。電控箱內(nèi)有兩個(gè)控制板，一個(gè)是接觸器控制板，該板由熔斷器、控制變壓器、接觸器、PLC系統(tǒng)及接線端子等組成。該部分主要控制各電機(jī)通斷，實(shí)現(xiàn)各部分動(dòng)作;另一塊板，主要由變頻器及其控制元件組成。主要是對(duì)大臂電機(jī)、滾輪電機(jī)進(jìn)行控制和保護(hù)。以上各部分既相互聯(lián)系，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接，又可相互獨(dú)立進(jìn)行單獨(dú)操作。其主要參數(shù)有:
    額定焊接電流  350A
    電源電壓  ～380V，50Hz
    空載電壓  52V
    焊接電流調(diào)節(jié)范圍 60～350A
    焊絲直徑  Φ1.0，1.2 mm ；額定負(fù)載持續(xù)率 50％
    額定功率  18.1kVA
    2.2.2　立柱式焊接操作機(jī)
　　立柱式焊接操作機(jī)由升降機(jī)構(gòu)，橫臂伸縮機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)及十字微調(diào)機(jī)構(gòu)等部分組成。為了確保安全和焊接質(zhì)量，當(dāng)橫臂伸縮時(shí)，就是在進(jìn)行行走焊縫焊接時(shí)，升降，回轉(zhuǎn)，行走均被鎖定。此外，升降，行走與回轉(zhuǎn)之間也是互相鎖定的。大臂升降機(jī)構(gòu)用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，交流電機(jī)由變頻器供電，能在較寬的范圍內(nèi)實(shí)行無(wú)級(jí)調(diào)速，以滿足焊機(jī)獲得最佳焊接范圍的需要。
    
　　十字微調(diào)機(jī)構(gòu)用來(lái)在焊接過(guò)程中，隨時(shí)調(diào)節(jié)焊機(jī)頭與焊縫間的相對(duì)位置。其ZGBM自動(dòng)焊接中心的主要參數(shù)如表1所示。

表1　ZGBM自動(dòng)焊接中心的主要參數(shù)




    2.2.3　焊接滾輪架
　　焊接滾輪架分為可調(diào)式和自調(diào)式兩種，每套焊接滾輪架，主動(dòng)、被動(dòng)機(jī)座各一只。主動(dòng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)的兩個(gè)蝸輪減速器為同步運(yùn)轉(zhuǎn)。減速器由通過(guò)調(diào)速電機(jī)和減速裝置實(shí)現(xiàn)電機(jī)無(wú)調(diào)速。每只滾輪外包橡膠層，摩擦系數(shù)大，以確保工件不打滑，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。其主要參數(shù)如表2所示。

表2　焊接滾輪架主要參數(shù)



3、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　
　　電控箱面板上有大臂速度指示、滾輪速度指示、電源指示、電源開關(guān)按鈕、臺(tái)車進(jìn)退按鈕、立柱回轉(zhuǎn)按鈕、橫臂升降按鈕及控制大臂的報(bào)警和報(bào)警消除等。遙控盒面板上有電源指示燈、橫臂升降開關(guān)、滾輪正反轉(zhuǎn)開關(guān)、橫臂伸縮開關(guān)、十字調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)微調(diào)、焊啟、焊停按鈕等。
　　
　　通過(guò)電控箱和遙控盒，可以對(duì)該中心的各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)試和操作。既可以近控，又可以遠(yuǎn)控，操作靈活，使用方便。該焊接中心在保證自動(dòng)焊接的同時(shí)，還設(shè)計(jì)了自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。正在焊接時(shí)，若焊機(jī)部分出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)停止工作。若焊架，滾輪架或控制電源出現(xiàn)故障，焊機(jī)立即自動(dòng)停止焊接。能有效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。停止后，保護(hù)部分又自動(dòng)復(fù)位，為下一次焊接作好準(zhǔn)備，這樣可有效的避免起焊和收焊時(shí)產(chǎn)生的弧坑，確保焊縫在連接處的平滑過(guò)渡。
    3.1　PLC系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)主要完成橫臂伸縮和滾輪正、反向動(dòng)作的控制，配合交流變頻器完成“段速/調(diào)速”的相關(guān)控制功能;若在“調(diào)速 ”狀態(tài)下，橫臂或滾輪可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，并且在焊接啟動(dòng)后，自動(dòng)啟動(dòng)橫臂或滾輪的動(dòng)作，在焊接過(guò)程中可根據(jù)焊接規(guī)范調(diào)節(jié)焊接速度;若需要段速焊接時(shí)，只要將開關(guān)切換到“段速”狀態(tài)，再在電氣控制柜面板上設(shè)定各種段速組合，在打開電源后，設(shè)定單元上顯示:該畫面為焊接時(shí)的正式畫面，“當(dāng)前組合”可通過(guò)“+”，“-”鍵選擇，對(duì)每一種組合，對(duì)應(yīng)兩個(gè)值:當(dāng)前焊點(diǎn)的長(zhǎng)度、焊點(diǎn)的間隔，二者均以時(shí)間為單位，以滿足不同的焊接速度;右上角的“設(shè)定”鍵，用于切換如下畫面:通過(guò)該畫面設(shè)定焊接所需要的焊縫種類，最大可設(shè)100種組合，設(shè)定完畢，可進(jìn)行“長(zhǎng)度設(shè)定”進(jìn)入焊點(diǎn)參數(shù)設(shè)定畫面:在此畫面上設(shè)定各種數(shù)據(jù)，注意單位為0.1s，最后按動(dòng)“顯示”畫面回到正常焊接顯示畫面。PLC系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見圖2所示。




圖2 　PLC系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

    3.2　大臂變頻器參數(shù)設(shè)定
　　大臂變頻器參數(shù)設(shè)定如表3所示:

表3　大臂變頻器參數(shù)設(shè)定




　　注:設(shè)定值帶#號(hào)的參數(shù)為數(shù)據(jù)保護(hù)參數(shù)，需在其它參數(shù)設(shè)定完畢后設(shè)置。設(shè)定值帶＊的參數(shù)要第一個(gè)設(shè)定。第17，18號(hào)參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定，除上表所列參數(shù)外，其它參數(shù)與N2系列使用手冊(cè)所列出廠設(shè)定值一致。
    3.3　數(shù)顯表顯示值[大臂]
    數(shù)顯表顯示值[大臂]如表4所示。

表4　數(shù)顯表顯示值[大臂]




    3.3.1　大臂數(shù)顯值的調(diào)節(jié)方法
　　調(diào)試時(shí)，旋動(dòng)電控箱面板上的RP1多圈電位器旋鈕使變頻器輸出為50Hz，再調(diào)節(jié)電器箱內(nèi)RP2多圈電位器，使面板旋動(dòng)電控箱面板上的數(shù)顯值與上表所列數(shù)顯值一致。
    3.3.2　滾輪數(shù)顯值的調(diào)節(jié)方法
　　調(diào)試時(shí)，旋動(dòng)電控箱面板上的RP3至最大，然后調(diào)節(jié)電器箱內(nèi)的RP4多圈電位器，使面板滾輪數(shù)顯表的顯示值為1000。滾輪的數(shù)顯范圍100-1000[mm]。 
4、當(dāng)前應(yīng)用效果
　　
　　該套自動(dòng)成套焊接中心自02年投入運(yùn)行以來(lái)，使用效果較好，和傳統(tǒng)焊接相比，優(yōu)勢(shì)較明顯，具體表現(xiàn)在以下幾方面:
    （1）生產(chǎn)效率大大提高
　　直接通過(guò)電控箱或遙控箱進(jìn)行操作，減少現(xiàn)場(chǎng)人為干預(yù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)效率比以前提高近5倍，同時(shí)大大減少了現(xiàn)場(chǎng)的操作人員的數(shù)量。
    （2）系統(tǒng)可靠性大大提高
　　由于系統(tǒng)PLC、變頻器等均采用進(jìn)口器件，并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，系統(tǒng)工作幾年來(lái)一直運(yùn)行穩(wěn)定，大大減少設(shè)備維護(hù)的費(fèi)用。
    （3）綠色設(shè)計(jì)和人性化設(shè)計(jì)得到充分體現(xiàn)
　　進(jìn)入二十一世紀(jì)后，隨著生活水平的提高，人們的環(huán)保意識(shí)明顯增強(qiáng)，綠色設(shè)計(jì)技術(shù)作為一門新興課題正在各行各業(yè)快速應(yīng)用。正是由于該系統(tǒng)充分利用綠色設(shè)計(jì)這一先進(jìn)思想，使得系統(tǒng)投入運(yùn)行后取得許多事前人們意想不到的效果。
    （4）產(chǎn)品質(zhì)量和合格率明顯提高
　　應(yīng)生產(chǎn)工藝需要，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)定好參數(shù)后，生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格采用自動(dòng)控制，避免了人為因素的干擾，從而大大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和合格率。
    （5）工藝控制平穩(wěn)、穩(wěn)定
　　系統(tǒng)中采用變頻控制，并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)實(shí)行最優(yōu)計(jì)算，焊接誤差控制在±1%范圍內(nèi)，并能平穩(wěn)地工作。
    （6）節(jié)能效果顯著
　　節(jié)能效果顯著，經(jīng)核算，系統(tǒng)中電機(jī)功率為5.5kW，實(shí)際工作中，采用變頻調(diào)速功率只達(dá)到55～60%之間，平均每臺(tái)可節(jié)省功率2.0 kW，按300×24=7200h/年臺(tái)算，這樣該系統(tǒng)每年可節(jié)省7200×2.0×1=1.44萬(wàn)元/年（按電費(fèi)1元/ kW. H計(jì)算），同時(shí)還減少電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊。
5、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多年的使用情況來(lái)看:其一，系統(tǒng)的可靠性好，解決了以前立焊的難題;其二，系統(tǒng)的焊接精度高，有效地保證產(chǎn)品的焊接質(zhì)量;其三，大大提高工作效率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，維護(hù)了工人的身心健康;其四，節(jié)能效果顯著;其五，環(huán)境污染程度低。總之，該系統(tǒng)自投產(chǎn)以來(lái)不但保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)又克服了環(huán)境污染問題，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。