PLC和變頻調(diào)速技術(shù)在成套焊接中心的應(yīng)用

焊接技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個國家機械制造和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的標志之一。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(shè)備和材料產(chǎn)量構(gòu)成比的發(fā)展趨勢，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)已達到或接近國外先進水平，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，隨著產(chǎn)業(yè)過程自動化程度的進步，人們對環(huán)保節(jié)能意識的增強，特別是隨著中國加進WTO以后，焊接行業(yè)的競爭更加日趨激烈，并對產(chǎn)品的質(zhì)量提出更高的要求。促使我國成套、專用焊接設(shè)備整體制造能力與水平得以較大進步，為了全面進步產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，確保產(chǎn)品的質(zhì)量，引進某公司生產(chǎn)的成套焊接設(shè)備，不但進步了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，進步了工作效率，而且還節(jié)約大量的能源，保護工人的身體健康。該設(shè)備可廣泛應(yīng)于鍋爐，壓力容器，石油化工，機械等制造行業(yè)中。該中心結(jié)構(gòu)先進，功能齊全，控制靈活，操縱方便。既可實現(xiàn)全自動焊接，又可實現(xiàn)全自動保護。對進步焊接質(zhì)量有可靠的保證，是進步焊接質(zhì)量和實現(xiàn)焊接自動化的理想設(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型自動焊接中心是由YM-350KR2型自動MAG焊機，立柱式操縱機，焊接滾輪架和電氣控制裝置組合而成的，如圖1所示。

2.2　系統(tǒng)的主要參數(shù)

　　2.2.1　YM-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(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;焊機機頭由送絲機構(gòu)、導(dǎo)電部分、焊機頭、焊絲盤等組成。該機構(gòu)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(zhì)量?？刂蒲b置由電控箱和遠控盒兩部分組成。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縱。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 ；額定負載持續(xù)率 50％
額定功率 18.1kVA

　2.2.2　立柱式焊接操縱機


　　立柱式焊接操縱機由升降機構(gòu)，橫臂伸縮機構(gòu)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)，行走機構(gòu)及十字微調(diào)機構(gòu)等部分組成。為了確保安全和焊接質(zhì)量，當橫臂伸縮時，就是在進行行走焊縫焊接時，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。大臂升降機構(gòu)用交流電機驅(qū)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(diào)速，以滿足焊機獲得最佳焊接范圍的需要。

　　十字微調(diào)機構(gòu)用來在焊接過程中，隨時調(diào)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1　ZGBM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(diào)式和自調(diào)式兩種，每套焊接滾輪架，主動、被動機座各一只。主動輪運轉(zhuǎn)的兩個蝸輪減速器為同步運轉(zhuǎn)。減速器由通過調(diào)速電機和減速裝置實現(xiàn)電機無調(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
　　
　　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、臺車進退按鈕、立柱回轉(zhuǎn)按鈕、橫臂升降按鈕及控制大臂的報警和報警消除等。遠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)機構(gòu)微調(diào)、焊啟、焊停按鈕等。
　　
　　通過電控箱和遠控盒，可以對該中心的各個機構(gòu)進行調(diào)試和操縱。既可以近控，又可以遠控，操縱靈活，使用方便。該焊接中心在保證自動焊接的同時，還設(shè)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(fù)位，為下一次焊接作好預(yù)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。

3.1　PLC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(diào)速”的相關(guān)控制功能;若在“調(diào)速 ”狀態(tài)下，橫臂或滾輪可以實現(xiàn)無級調(diào)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(diào)節(jié)焊接速度;若需要段速焊接時，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:該畫面為焊接時的正式畫面，“當前組合”可通過“+”，“-”鍵選擇，對每一種組合，對應(yīng)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(shè)定”鍵，用于切換如下畫面:通過該畫面設(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，可進行“長度設(shè)定”進進焊點參數(shù)設(shè)定畫面:在此畫面上設(shè)定各種數(shù)據(jù)，留意單位為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(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

3.3.1　大臂數(shù)顯值的調(diào)節(jié)方法

調(diào)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(diào)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(diào)節(jié)方法

　　調(diào)試時，旋動電控箱面板上的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、當前應(yīng)用效果
　　
　　該套自動成套焊接中心自02年投進運行以來，使用效果較好，和傳統(tǒng)焊接相比，上風(fēng)較明顯，具體表現(xiàn)在以下幾方面:

　?。?）生產(chǎn)效率大大進步

　　直接通過電控箱或遠控箱進行操縱，減少現(xiàn)場人為干預(yù)，通過統(tǒng)計，生產(chǎn)效率比以前進步近5倍，同時大大減少了現(xiàn)場的操縱職員的數(shù)目。

　?。?）系統(tǒng)可靠性大大進步

　　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(shè)備維護的用度。

　?。?）綠色設(shè)計和人性化設(shè)計得到充分體現(xiàn)

　　進進二十一世紀后，隨著生活水平的進步，人們的環(huán)保意識明顯增強，綠色設(shè)計技術(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)計這一先進思想，使得系統(tǒng)投進運行后取得很多事前人們意想不到的效果。

　　（4）產(chǎn)品質(zhì)量和合格率明顯進步

　　應(yīng)生產(chǎn)工藝需要，通過系統(tǒng)設(shè)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，從而大大地進步了產(chǎn)品的質(zhì)量和合格率。

　?。?）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。

　?。?）節(jié)能效果明顯

　　節(jié)能效果明顯，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(diào)速功率只達到55～60%之間，均勻每臺可節(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(jié)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，解決了以前立焊的困難;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，大大進步工作效率，減輕工人的勞動強度，維護了工人的身心健康;其四，節(jié)能效果明顯;其五，環(huán)境污染程度低?？傊?，該系統(tǒng)自投產(chǎn)以來不但保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時又克服了環(huán)境污染題目，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。