基于閃光對焊的PLC研究

引言

閃光對焊作為一種先進的焊接技術，具有無需添加焊接材料、生產率高、成本低、易于操作等優點。隨著工業技術的不斷發展，焊接的零件截面越來越大，遇到了一些技術問題，如焊接加熱難、生產率低、產品合格率低等。為了解決閃光對焊中存在的這些問題，許多焊接工作者對閃光對焊工藝過程進行了一系列的研究，創建了高效率、低能耗的閃光對焊方法，如脈沖閃光對焊法、程序降低電壓閃光對焊法。控制閃光對焊工藝過程，使之在保證焊接質量的前提下盡可能提高生產率，是我們一直以來追求的目標。考慮到影響閃光對焊焊接質量的因素，本文利用PLC系統來控制閃光對焊工藝過程，實現了對焊接質量控制的目的，從而提高了閃光對焊的生產率。

1 機械機構及過程分析

1.1 閃光對焊的機械裝置及動作過程

閃光對焊焊接工藝前期準備工作，即機械機構的調整、焊接參數的選取等。閃光對焊的主要規范參數有：調伸長度、閃光速度、閃光電流密度、頂鍛速度、頂鍛壓力、夾緊力等。
調試完成后，將工件裝卡到工作臺上。

1.1.2 夾緊與定位

按下啟動按鈕，電磁閥PQ1、PQ2、PQ3線圈帶電，壓縮氣體經過三大件流入夾緊氣缸1、2上氣室，壓縮氣體推動活塞桿向下運動壓緊工件1、2，直到壓緊開關閉合為止。
同時從氣泵流出的氣體經三大件進入定位氣缸3的上氣室,推動定位桿向上運動，為工件對準準確定位。定位結束，電圖1 閃光對焊的機械裝置磁閥PQ3線圈去電，定位桿彈回。

1.1.3 焊接

接通焊接開關，保持電磁閥PQ1、PQ2 和PQ4線圈帶電，電磁閥PQ5線圈不帶電，壓力氣體經低壓三大件，進入推進氣缸4右氣室，推動活塞桿、動夾具帶動工件2向工件1運動，直到工件1、2接觸，達到預先設定的位置，推進開關閉合。工件1、2接觸的瞬間，即開始通電加熱。當閃光加熱達到預定溫度時，電磁閥PQ5線圈帶電，壓縮氣體經過高壓三大件推動推進氣缸、動夾具以很大的壓力進行快速頂鍛。隨即切斷焊接電流，并保持一段時間，使接頭冷卻、凝固。焊接時間到，斷開焊接開關，焊接過程結束。

1.1.4 復位

電磁閥PQ4、PQ5線圈去電，推進氣缸氣路換向，低壓氣體進入推進氣缸4左氣室推動推進氣缸帶動工作臺向右運動，推進氣缸4復位。電磁閥PQ1、PQ2線圈去電，氣路換向，壓緊觸頭彈回，氣缸1、2復位。此時，一次閃光對焊焊接過程已完成，所有裝置原位等待，準備進入下一焊接循環。

1.2 閃光對焊時序分析

由于執行機構部件較多且各部件動作存在時序性，故先做出工藝時序圖，便于時序分析。閃光對焊焊接過程可概括為：預調—定位—夾緊—推進—焊接—頂鍛—保持—復位等幾個階段。如圖2所示為閃光對焊工藝過程時序圖。

2 PLC控制過程的實現

2.1 PLC型號的選擇

PLC，即可編程控制器是以自動控制技術、微計算機技術和通信技術為基礎發展起來的新一代工業控制裝置，目前已廣泛應用于機械、冶金、化工、焊接等各個領域。根據閃光對焊焊接工藝要求及價格等諸多因素，在此選用了歐姆龍公司生產的CPM1A系列的PLC，該系列主機按I/O點數分為10點、20點、30點和40點四種。實驗中選擇了30點的PLC主機，電源類型為DC24，晶體管輸出。該種機型設有18個輸入點（00000～00011，00100～00105），12個輸出點（01000～01007，01100～01003）,其結構緊湊、功能性強，具有很高的性價比，適合于小規模控制。

2.2 PLC的I/O分配

根據閃光對焊工藝要求，占用了PLC的17個輸入點（00003～00009，00100～ 00107， 及00000和00001兩個高速計數輸入端） ，7個輸出點（01000～ 01006），具體I/O分配如下表所示。

用可編程控制器（PLC）代替時間繼電器，實際上是以“軟”繼電器（編程元件）代替“硬”繼電器（實際元件）。為實現此要求，首先應對原控制系統中的控制要求和動作過程進行分析，在明確劃分控制過程各個狀態及其動作特點的基礎上，設計PLC的外圍電路。
如圖3所示為根據PLCI/O分配表設計的PLC外圍電路圖，可以準確方便地控制閃光對焊動作過程，實現自動控制的目的。

3 結束語

3.1 機械裝置通過高壓三大件和低壓三大件兩條氣路來控制閃光對焊的推進和頂鍛過程， 既保證了工件推進的準確行程，又滿足了頂鍛階段的高壓要求，為控制閃光對焊焊接循環提供了便利條件。整個過程操作方便，機械化程度高。

3.2 控制系統不同于以往的繼電器控制，將PLC控制系統應用于閃光對焊的控制過程中，線路簡單、使用與維護方便、控制精度高，既實現了焊接過程的機械化、自動化，又保證了操作過程的靈活性和安全性，在焊接工業領域具有廣泛的應用前景。