基于PLC的数控焊接机研制

　　现代社会对汽车的需求量很大，特别是我国现阶段汽车工业的飞速发展，使得我国汽车生产企业中的员王的劳动强度很大，特别在车身装配焊接这部分工序，员工的手动焊接往往不能很好的保证焊接质量，降低了汽车的整车性能。所以急需有一套数控焊接设备以代替传统的手动焊接方式。本数控系统的设计是基于中国汽车制造企业的要求，改善工人劳动强度，提高企业的生产率，同时对提高车身焊接质量，提高汽车的整车性能有着重大意义。为我国汽车产品在国际市场上参与汽车生产强国产品竞争打下了良好的基础。

1 设计的主要内容

　　1)首先对数控系统功能进行分析，确定总体技术方案，确定出系统框图。然后对各框图进行功能分析。对系统中3个模块进行详细的分析设计。

　　2)步进电机的选择，原理是利用力学公式，计算出步进电动机的最大静转矩、换算到电动机轴上的负载转矩、步进电动机转子的最大转动惯量、折算步进电动机转子上的等效转动惯量等，要求选择的步进电机中相应的各参数满足上述计算结果。

　　3)根据控制对象确定输入和输出接口点数，且与机床和CNC的信号交换的PLC地址类型，选择适合的PLC且设计出与CNC相配套的PLC程序，与CNC配合控制数控焊接机工作。

　　4)设计出一套步进电机驱动设备，对CNC发出的脉冲信号进行相序分配和功率放大，控制步迸电机各相绕组的通断电，实现步进电机的控制。

2 总体技术方案

　　本数控系统设计采用组装方法，CNC采用大板结构，根据需要选用各种功能模块，如PLC模块，MDI模块，手摇脉冲发生器模块，各轴速度位置控制模块等。步进电机驱动器可根据要求自行设计。根据机床中的控制对像，选用合适的PLC，然后结合选用的其它设备的规格，根据数控焊接机所应具有的功能，设计出PLC程序。

　　此数控系统是应三轴二联动数控焊接机要求而设计的。其应具备以下功能：根据工件上的焊接位置，设计出相应程序并由手动输入，经由位置速度控制器处理，产生出控制脉冲，CNC发出的信号脉冲经由自行设计的环型脉冲分配器分配，再进行功率放大，控制列曲方向和脚方向步进电动机转动，实现x方向和1，方向的联动，使得焊接头在x轴方向和y方向定位。之后再由CNC发出控制z轴方向的步进电动机运动信号，控制Z轴方向步进电机工作。利用上位机(IPC)控制焊接头与工件之间的压力，通过压力传感器实现反馈，实现对焊接机开始焊接的控制。此次设计方案为：最上层采用工业PC机，下层是PLC与三轴速度位置控制器。其中PLC主要用于开关量和少量连续量的信号处理及由CNC传到PLC的信息处理。速度位置控制器对3个步进电动机实行控制，实现x轴方向和y轴方向的联动，z轴方向独自运动。最终构成3坐标位置和速度的自动控制系统。其系统框图如图1。

图1 总体方案结构图 

　　此数控系统要求具有以下功能：

　　1)要求数控系统的有多种工作方式。如存储器编辑，自动运行方式，手轮／步进进给，手动连续进给，手动数据输入，手动返回参考点等功能。

　　2)要求有急停功能。在发生突发事件，如各轴向的行程越界，可立即停止程序运行；

　　3)对各种工作方式下应有相应的指示灯显示。如自动运行指示灯、报警指示灯等。

　　程序载体是用于记录数控程序的物理介质，通过输入接口将载体中的数控程序输入数控系统中。数控微机系统用来接受并处理由程序载体输入的加工程序，依次将其转换成使伺服驱动系统动作的脉冲信号。伺服驱动系统是整个数控系统的执行部分，由伺服放大器(包括伺服控制电路和功率放大电路)和伺服电动机等组成。为机床的进给运动提供动力。

　　反馈系统用于检测机床的各个运动参数。位置参数，环境参数(温度，振动，电源电压，导轨坐标，切削力等)，并将其变成控制计算机系统能接受的数字信号以构成闭环或半闭环控制。经济型数控机床一般采用开环控制。考虑到此数控系统控制对象为焊接机，故对其精度要求不高，在此采用半闭环控制方法。