PLC在汽车车桥环缝自动焊接设备中的应用

　　可编程控制器(PLC)作为一种新型的控制元件，具有结构简单、通用性好、功能较完备等特点，尤其抗干扰能力强，可以提高系统的可靠性和稳定性，提高焊接效率，所以特别适用于工业控制，已被广泛应用于各种自动控制系统中。

　　车桥是汽车的关键部件之一，受力复杂。它不但承重和传力，还承受巨大的动载荷和静载荷所形成的弯矩和扭矩，为此要求车桥有足够的强度、刚度和韧性。在车桥众多焊缝中，桥壳与半轴套管的环缝焊接是关键。目前国内接头形式是将半轴套管一端车一个台阶。压配到已精加工后的桥壳内，然后在C02气体保护专用设备上进行自动焊接[33。基于以上特点，本文以德国西门子公司生产的S7—200型PLC为核心对车桥环缝自动焊接设备进行控制系统设计。

一 PLC控制系统

　　1、控制原理

　　车桥环焊缝的焊接设备主要由焊机、送丝机构、控制柜和焊枪运动行走机构组成。焊机是KNZ一500型C02气体保护自动焊机。整个系统为典型的开关量时序控制系统，通过对各控制按钮和焊接状态的现场输入，按照预定的逻辑程序进行运算，输出完成对执行元件控制。综合考虑控制功能和I／0点数，控制系统选用德国西门子公司生产的s7—200型可编程控制器(PLC)为核心的电气控制系统。

　　2、自动焊接过程

　　根据车桥的焊接工艺要求，为实现焊接自动化过程的采用了如图1所示焊接方式，主要由气缸、电机、调速装置和PLC等元器件组成的系统完成。开始焊接生产时，工件经人工放置在工作台上，启动自动焊接按钮，升降气缸带动工作台上升，定位夹紧，工件固定。气缸驱动焊枪下降，两把焊枪同时自动施焊，与此同时焊枪在摆动电机凸轮作用下沿焊缝宽度方向作周期性横向摆动，以保证焊缝质量；焊好后，熄弧、焊枪退回，夹紧气缸放松，工作台下降，放下工件，一个焊接循环完成。焊接操作过程中，指示灯可指示出正在施行的操作(PLC机模拟指示灯)。工件如图2所示，当两端同时进行环缝焊接时，若有一端出现故障时，另一端可继续焊接。由于PLC具有丰富的软元件(如内部计时器、计数器，辅助继电器等)，设计了一部分程序设计来屏蔽输入元件的误信号，防止一些人为造成的输出元件的误动作。从而保证了每一环节动作的可靠性。

图1焊接示意图

图2工件示意图

　　3、控制系统设计

　　控制系统分为自动和手动两部分，自动叉分单、敢枪自动，以上环节可咀通过钥匙开关控制。并且在系统设计中设置了急停开关、行程保护、互锁保护等环节，确保工作的安全性。本系统选用CPll224型PLC(见图3)为控制核心，有【4个输入点和10个输出点，应用中扩展了个7输入、输出点的扩展模块。PLC各输八输出点分配见表1。

图3 PLC及扩展模块示意图

　　通过编制PLC的控制程序流程罔(见图4)．从而实现自动焊接，焊接工艺流程如下：托盘上升一夹紧到位一焊枪落下，自动引弧焊接同时焊枪摆动，工件按设定转速旋转自动填弧坑收弧停止焊接一焊枪上井夹紧松开一托盘下降卸下工件， 整个焊接过程焊枪相对工件位置不变，同时利用各个不同状态的互锁性，控制不同状态的运行。手动调整即通过人工操作控制而扳完成焊枪的上下移动、工件的定位和焊接的起停，其工作效率低，工作强度大，可用于特殊情况的加工和设备检修。

图4自动程序流程图

　　桥壳与半轴套管有对称的两个环缝．双枪同时焊接，但宵时需单枪焊接．所以设霞了左、右及双枪三种模式。单双枪自动焊接的过程是相同的，在程序设计中．将它们都归为子程序，主程序执行到时将其调入。其中双枪自动程序，两枪互不干扰，一枪程序出现故障停止焊接，另一枪不会退出程序，仍将继续完成余下动作。

二、焊接结果

　　在C02气体保护焊过程中，有大量电、磁、弧光和金属飞溅．这些都有可能对PLC的正常运行造成影响．但经实践表明PLC运行良好，系统适合在这样的工况条件下运行。系统运行表明焊接过程只需45s左右，而原来需1min左右，生产效率明显提高，同时焊机的稳定性有根太提高，搭接现象

　　可通过PLC内部的计数器有效控制，焊缝质量很好。图5是焊机改进后，焊缝示意图，经检验此焊缝减少了焊接应力及变形，焊接件的技术台理，焊接接头形式、位置和尺寸都能满足焊接质量要求。

图5 焊缝示意图 

结论

　　1、PLC的编程方便、直观，容易掌握， 掌握后其编程方法也是灵话、可变、多种多样的．可以使控制系统功能更强，更具“智能”特色。从而进一步提高整套焊接设备的整体性能

　　2、采用PLC控制，其功能强、抗干扰性强、运行可靠性高、操作调试简便．可以适用于不同系列产品自动捍需求；

　　3、该焊机自动化程度高，从装夹工件、双端自动焊到工件翻转、息弧等一系列工序自动实现，降低了工人劳动强度、提高工件质量和生产效率。