采用PLC和變頻技術實現(xiàn)全自動焊接與安全性能

1、引言

焊接技術的發(fā)展水平是衡量一個國家機械制造和科學技術發(fā)展水平的標志之一。世界現(xiàn)代焊接技術以高效、節(jié)能、優(yōu)質及其工藝過程數(shù)字化、自動化、智能化控制為特征，在國內(nèi)，無論是從目前焊接設備和材料產(chǎn)量構成比的發(fā)展趨勢，還是從焊接設備和材料的制造技術和發(fā)展方向上看，我國現(xiàn)化焊接技術都已有很大發(fā)展，部分產(chǎn)品技術已達到或接近國外先進水平，特別是成套焊接設備以及規(guī)模生產(chǎn)技術。

近幾年來，隨著工業(yè)過程自動化程度的提高，人們對環(huán)保節(jié)能意識的增強，特別是隨著中國加入WTO以后，焊接行業(yè)的競爭更加日趨激烈，并對產(chǎn)品的質量提出更高的要求。促使我國成套、專用焊接設備整體制造能力與水平得以較大提高，為了全面提高產(chǎn)品的焊接質量，確保產(chǎn)品的質量，引進某公司生產(chǎn)的成套焊接設備，不但提高了產(chǎn)品的焊接質量，提高了工作效率，而且還節(jié)約大量的能源，保護工人的身體健康。該設備可廣泛應于鍋爐，壓力容器，石油化工，機械等制造行業(yè)中。該中心結構先進，功能齊全，控制靈活，操作方便。既可實現(xiàn)全自動焊接，又可實現(xiàn)全自動保護。對提高焊接質量有可靠的保證，是提高焊接質量和實現(xiàn)焊接自動化的理想設備。

2、系統(tǒng)的結構組成和主要技術參數(shù)

2.1系統(tǒng)的結構組成

ZGBM型自動焊接中心是由YM-350KR2型自動MAG焊機，立柱式操作機，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)結構簡圖

2.2系統(tǒng)的主要參數(shù)

2.2.1YM-350KR2型MAG焊機

YM-350型MAG自動焊機由電源YD350KR2、送絲裝置YW-35KB和焊槍構件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)的設定，能夠適應不同的焊接規(guī)范、焊接位置和焊絲種類的需求;焊機機頭由送絲機構、導電部分、焊機頭、焊絲盤等組成。該機構具有維護簡單、工作可靠、無躁聲、效率高、壽命長等特點。并配合焊架、滾輪架，選取最佳焊接規(guī)范，獲得最佳焊接質量?？刂蒲b置由電控箱和遙控盒兩部分組成。電控箱內(nèi)有兩個控制板，一個是接觸器控制板，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通斷，實現(xiàn)各部分動作;另一塊板，主要由變頻器及其控制元件組成。主要是對大臂電機、滾輪電機進行控制和保護。以上各部分既相互聯(lián)系，可實現(xiàn)自動焊接，又可相互獨立進行單獨操作。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

焊接電流調節(jié)范圍 60～350A

焊絲直徑 Φ1.0，1.2 mm ；額定負載持續(xù)率 50％

額定功率 18.1kVA

2.2.2立柱式焊接操作機

立柱式焊接操作機由升降機構，橫臂伸縮機構，回轉機構，行走機構及十字微調機構等部分組成。為了確保安全和焊接質量，當橫臂伸縮時，就是在進行行走焊縫焊接時，升降，回轉，行走均被鎖定。此外，升降，行走與回轉之間也是互相鎖定的。大臂升降機構用交流電機驅動，交流電機由變頻器供電，能在較寬的范圍內(nèi)實行無級調速，以滿足焊機獲得最佳焊接范圍的需要。

十字微調機構用來在焊接過程中，隨時調節(jié)焊機頭與焊縫間的相對位置。其ZGBM自動焊接中心的主要參數(shù)如表1所示。

表1ZGBM自動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式和自調式兩種，每套焊接滾輪架，主動、被動機座各一只。主動輪運轉的兩個蝸輪減速器為同步運轉。減速器由通過調速電機和減速裝置實現(xiàn)電機無調速。每只滾輪外包橡膠層，摩擦系數(shù)大，以確保工件不打滑，運轉平穩(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)的設計

電控箱面板上有大臂速度指示、滾輪速度指示、電源指示、電源開關按鈕、臺車進退按鈕、立柱回轉按鈕、橫臂升降按鈕及控制大臂的報警和報警消除等。遙控盒面板上有電源指示燈、橫臂升降開關、滾輪正反轉開關、橫臂伸縮開關、十字調節(jié)機構微調、焊啟、焊停按鈕等。

通過電控箱和遙控盒，可以對該中心的各個機構進行調試和操作。既可以近控，又可以遠控，操作靈活，使用方便。該焊接中心在保證自動焊接的同時，還設計了自動保護系統(tǒng)。正在焊接時，若焊機部分出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)停止工作。若焊架，滾輪架或控制電源出現(xiàn)故障，焊機立即自動停止焊接。能有效地實現(xiàn)自動保護。停止后，保護部分又自動復位，為下一次焊接作好準備，這樣可有效的避免起焊和收焊時產(chǎn)生的弧坑，確保焊縫在連接處的平滑過渡。

3.1PLC系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要完成橫臂伸縮和滾輪正、反向動作的控制，配合交流變頻器完成“段速/調速”的相關控制功能;若在“調速 ”狀態(tài)下，橫臂或滾輪可以實現(xiàn)無級調速，并且在焊接啟動后，自動啟動橫臂或滾輪的動作，在焊接過程中可根據(jù)焊接規(guī)范調節(jié)焊接速度;若需要段速焊接時，只要將開關切換到“段速”狀態(tài)，再在電氣控制柜面板上設定各種段速組合，在打開電源后，設定單元上顯示：該畫面為焊接時的正式畫面，“當前組合”可通過“+”，“-”鍵選擇，對每一種組合，對應兩個值：當前焊點的長度、焊點的間隔，二者均以時間為單位，以滿足不同的焊接速度;右上角的“設定”鍵，用于切換如下畫面：通過該畫面設定焊接所需要的焊縫種類，最大可設100種組合，設定完畢，可進行“長度設定”進入焊點參數(shù)設定畫面：在此畫面上設定各種數(shù)據(jù)，注意單位為0.1s，最后按動“顯示”畫面回到正常焊接顯示畫面。PLC系統(tǒng)簡圖見圖2所示。

圖2 PLC系統(tǒng)簡圖

3.2大臂變頻器參數(shù)設定

大臂變頻器參數(shù)設定如表3所示：

表3大臂變頻器參數(shù)設定

注：設定值帶#號的參數(shù)為數(shù)據(jù)保護參數(shù)，需在其它參數(shù)設定完畢后設置。設定值帶＊的參數(shù)要第一個設定。第17，18號參數(shù)現(xiàn)場設定，除上表所列參數(shù)外，其它參數(shù)與N2系列使用手冊所列出廠設定值一致。

3.3數(shù)顯表顯示值

數(shù)顯表顯示值如表4所示。

表4數(shù)顯表顯示值

3.3.1大臂數(shù)顯值的調節(jié)方法

調試時，旋動電控箱面板上的RP1多圈電位器旋鈕使變頻器輸出為50Hz，再調節(jié)電器箱內(nèi)RP2多圈電位器，使面板旋動電控箱面板上的數(shù)顯值與上表所列數(shù)顯值一致。

3.3.2滾輪數(shù)顯值的調節(jié)方法

調試時，旋動電控箱面板上的RP3至最大，然后調節(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、當前應用效果

該套自動成套焊接中心自02年投入運行以來，使用效果較好，和傳統(tǒng)焊接相比，優(yōu)勢較明顯，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）生產(chǎn)效率大大提高

直接通過電控箱或遙控箱進行操作，減少現(xiàn)場人為干預，通過統(tǒng)計，生產(chǎn)效率比以前提高近5倍，同時大大減少了現(xiàn)場的操作人員的數(shù)量。

（2）系統(tǒng)可靠性大大提高

由于系統(tǒng)PLC、變頻器等均采用進口器件，并經(jīng)過嚴格篩選，系統(tǒng)工作幾年來一直運行穩(wěn)定，大大減少設備維護的費用。

（3）綠色設計和人性化設計得到充分體現(xiàn)

進入二十一世紀后，隨著生活水平的提高，人們的環(huán)保意識明顯增強，綠色設計技術作為一門新興課題正在各行各業(yè)快速應用。正是由于該系統(tǒng)充分利用綠色設計這一先進思想，使得系統(tǒng)投入運行后取得許多事前人們意想不到的效果。

（4）產(chǎn)品質量和合格率明顯提高

應生產(chǎn)工藝需要，通過系統(tǒng)設定好參數(shù)后，生產(chǎn)過程嚴格采用自動控制，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，并對系統(tǒng)參數(shù)實行最優(yōu)計算，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)中電機功率為5.5kW，實際工作中，采用變頻調速功率只達到55～60%之間，平均每臺可節(jié)省功率2.0 kW，按300×24=7200h/年臺算，這樣該系統(tǒng)每年可節(jié)省7200×2.0×1=1.44萬元/年（按電費1元/ kW. H計算），同時還減少電機啟動對電網(wǎng)造成的沖擊。

5、結束語

通過現(xiàn)場多年的使用情況來看：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)品的焊接質量;其三，大大提高工作效率，減輕工人的勞動強度，維護了工人的身心健康;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)以來不但保證了產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量，同時又克服了環(huán)境污染問題，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。