基于PLC的钢管TIG焊机控制系统-.pdf

生产应用 r鳟搭 对氧化发 黑的钎料表面 的显微 观察 和分析发 现 ， 钎料粒子表面已经主要被三氧化二 铝 ， 以及三 氧化二 铬和二氧化钛 光 电子能谱 显示 等所覆盖 ， 钎 料粒子 依然呈球状 ， 部 分颗粒表面有剥 离的氧化皮。 由于表 面的铝 、 钛等活性元素 的氧化 ， 钎料 的表面张力 提高 ， 妨碍 了钎料的铺展和润湿 ， 仍然呈现球状形态存在 ， 钎 焊过程无法进行 。 3结 论 1 含铝 、 钛元素 的镍 基活性钎料在 不添加硼元 素的情况下 ， 在 1 2 2 0℃ ～1 2 4 0℃ 的较低温度下钎料 表面氧化反应十分强烈 ， 表面氧化 ， 不润湿 ； 提高钎焊 温度后 ， 在 1 2 6 0 o C～1 2 9 0℃的条件下 ， 钎料表面的氧 化反应减弱 ， 脱 氧反应加强 ， 钎 料熔化和润湿性 较好。 因此 ， 提高钎焊温度对活性钎料 的表面脱氧反应有利 。 2 在添加硼和碳元素 的情况下 ， 钎 料表面 的脱 氧反应很强 ， 钎料表现了 良好 的铺展和润湿性 ； 而在单 独添加碳元素而不加硼元素 的条件下 ， 钎 料表面的氧 化反应依然较强， 碳元素的脱氧效果不 明显。因此 ， 添 加硼元素可提高含铝、 钛活性元素的镍基高温钎料的 表面脱氧反应能力。 参考文献 [ 1 ] 陈国良． 高温合金学[ M] ． 北京 冶金工业出版社 ， 1 9 8 8 ． [ 2 ] 张启运， 庄鸿寿． 钎焊手册[ M] ． 北京 机械工业 出版社， 1 9 9 9． [ 3 ] 黄美松， 陈云志 ， 张耀斌， 等． 碳化硼还原法制备 L a B 的提 纯[ J ] ． 稀有金属与硬质合金， 2 0 1 1 ， 3 9 4 1 71 9 ． [ 4 ] 刘然， 薛向欣 ， 姜涛 ， 等． 硼铁矿碳热还原过程的挥发 [ J ] ． 过程工程学报， 2 0 0 6 ， 6 6 9 1 7 9 2 1 ． [ 5 ] 庄鸿寿， E罗格夏特． 高温钎焊[ M] ． 北京 国防工业出 版社 ， 1 9 8 9 ． 作者简 介 梁 海， 1 9 6 5年 出生 ， 硕 士， 高级 工程师 。主要从 事航 空材料 的焊接研 究工作 。 基 于 P L C 的钢 管 T I G 焊 机 控 制 系 统 郑 州旅游职业学院 机电工程 系 4 5 0 0 0 0 李丹丹张凯 摘要在介绍钢管 T I G对焊机结构的基础上， 对焊机控制系统进行了重点讨论。根据焊接工艺和焊机 自身特 点， 完成控制系统的硬件选型， 选用三菱 P L C C P U、 定位模块 、 A ／ D， D ／ A， I ／ O等模块 及伺服驱动系统作为控制系 统硬件。根据焊接工艺和控制时序要求 ， 运用 P I D调节算法对焊接过程中的焊接电流参数进行调节， 给出了程序 设 计的流程 图 ， 最后完成 了触摸 屏界面的设计 。 关键词 Tl G焊P L C P I D算法 中图分 类号 T G 4 3 4 ． 5 0前 言 T I G焊 钨极氩弧焊 常被用在钢管复杂管路接头 焊接中 ， 如锅炉、 大型热处理炉 的燃气管路等。钢管接 头焊接技术直接 影响着该设备 的整体质 量的可靠性 。 T I G焊机焊接过程 中的焊接 电流是保证钢管接头焊缝 成形 的关键性 因素 ， 而引起焊接 电流的变化 的主要原 因 就是焊接 电弧弧长 的变化 ， 因此实现T I G焊 自动控 收稿 日期 2 0 1 50 1 1 5 制的关键就是保证焊接弧长稳定。目前 ， 市面上的 T I G 焊机多采用将高频式脉冲电流与 自由电弧相结合的方 法 ， 但对薄臂钢管焊接 中的弧长控制性较差 ， 容易 出现 焊接后变形 、 焊瘤及烧穿等现象 ， 文中选用 可编程控制 P L C作为钢管 T I G 自动 焊机的控制核心 ， 通过对焊接 过程动态参数的闭环调节来实现钢管 T I G焊弧长 的 自 动 调整 1 钢管 T I G焊机组成 钢管对接钨 级氩弧 焊机 主要 由焊 机机 械主体 部 2 0 1 5年第 9期 61 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 分 、 T I G焊机以及气路系统和控制系统组成。机械 主体 部分和气路系统 主要完 成不 同直 径钢 管的定位 和夹 紧 ， 钢管 的定位 夹 紧采 用三 角卡盘 ， 并 可 以沿轴 向移 动。T I G焊机由逆变焊接电源 、 焊枪 、 送丝机 、 冷却装置 和导丝嘴调整机构组成 ， 焊枪架 固定在 主体后 部 的机 架上 ， 顶部设有两 台交 流伺服 电机驱 动的送 丝机用于 热丝 T I G焊 。由三位 四通 电磁换 向阀、 调压 阀、 空压 机 、 储气罐和多个气缸组成 的气路 系统 主要 完成三角 卡盘的夹紧和放松 ， 驱动床头箱 横向运动 以及冷丝焊 枪的到位 、 回位等。控制 系统控制保护气 、 送丝 、 引弧 、 焊枪移动等动作有序进行 ， 通过 焊接电流的闭环控制 精确调节焊接过程中的电弧电压 ， 实现稳定 ； 通过触摸 屏实现人机交互 ， 设定焊接工艺参数 ， 显示 当前焊接参 数 、 运动状态等 。控制系统是文 中研究 的重点。钢管 T I G焊 机组 成 如 图 1所示 。 图 1 钢管 T I G焊机组成框 图 2控 制 系统硬 件设 计 钢管 T I G焊机 控 制 系 统 由 P L C、 人 机 界 面 、 A ／ D、 D ／ A模块 、 变频器 、 交 流伺服 驱动器 、 通 讯接 口等 组成 。P L C负责完成焊接 过程控制 J 。人机 界面触 摸屏实现各 种工 艺参数 的输 入 、 显 示 、 异 常报 警 、 故 障处理等 。交 流伺 服驱动器是整个控 制系统 的执行 机构 ， 接收 从 P L C输 人 的控 制 信 号 ， 精确 控 制 焊机 回转 、 焊枪摆 动 、 送丝机送丝 、 电弧 电压 AV C闭环控 制 ， 以获得所 需两 侧熔 合 良好 的焊缝 宽 度 。在 焊接 过程 中 ， 焊机 回转 、 焊枪摆 动 、 A V C 电弧控制 以及送 丝机动作均协 同进行 ， 为 了避免信号传输 的干扰 ， 减 少控制偏差 ， 四个 独立 的执行 机构 的信 号 传输 采 用 光 电藕合 器 。 在掌握钢管 T I G对焊机结构组成 、 焊接过程参数 控制 、 执行机构动作要求等基 础上 ， 设计 出了基于 P L C 控制的电机伺服驱动系统作 为 T I G对焊机电气控制系 统方案 ， 如图 2所示 。 6 2 2 0 1 5年第 9期 触 摸 屏 伺服放大器 1 伺服放大器 2 伺服放大器 3 伺服放大器 4 图 2 钢 管 T I G对焊 P L C控制方案 经过对焊机具体参数计算 ， 该系统选用 日本 三菱 Q o o 2系列 c P u，Q o o 2 c P u系列的 P L C具有在多轴系 统中集电极系统脉冲输 出 Q D 7 5 P系列定位模块 ， 能很 好满足该系统四轴模块 的控制 j 。A y D转换器负责将 采集 到的模拟量转换成数字量 ， A ／ D数模转换模块选 用三菱公 司 Q系列 的全新模块 Q 6 4 A D， D ／ A转换器选 用 Q系列 的全新数模产 品 Q 6 8 D A V， 触摸屏选用三菱 G T 1 1 7 5人机界面， 伺服电机选用三菱 MRJ S系列 ， 与 之配套的高性能伺服电机编码器采用分辨率为 2 6 2 1 4 4 脉冲／ 转 的绝对位置编码器 ， 很好地满足 了系统控制精 度 。此外还有 Q X系列输入模块和 Q Y系列输 出模块 ， 共 同组成了钢管 T I G对焊的 P L C硬件 系统 ， 如 图 3所 示 3 T 1 1 7 5 10 6 1 P IO 0 2 HI O X 4 2 1 0 X 4 Q O Y1 d 0 Y1 0 1Q X 4 Q OD 7 5 P 4 6 4 AD D6 8 D A 触摸屏 l 电源 l C P U l 输 入l 输入 l输出 l 输出 l 输入窿位模劂A ／ D l D ／ A 回 转 H 壅 里坚 矍 提 升 ④ 亟 摆 动 ⑨ 匝亟 送丝 而丽丽 图 3 T I G对焊 的 P L C硬件系统框 图 3系统软件设计 压 控制系统不仅要完成焊机启停 、 送丝机构启停等 数字量输入输 出动作 ， 更重要的是要实现 电弧 电压 和 焊接 电流的精确闭环调节 、 控制送丝速度输 出等模 拟 量的采集和调节。对模拟量的精确控制才能保证焊接 过程 中的弧长稳定 。文中采用 P I D闭环控制算法 ， P L C 的 C P U按照指定周期定 时中断并调 用 P I D调节运算 子程序 ， 将模拟量的采集输入与设定值相 比较 ， 快速调 整偏差并输出控制值 ， 实现焊接 电流 电压 的闭环精确 一 一 一 一 一一 一 一 一一 一 一 一一 ～ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m