FX1S-3OMTPLC在自動焊接機中的應用(二)

(1)可編程控制器因需要將工件旋轉的角度通過PLC運算處理后，輸出信號控制步進電機，為此需要輸出高速脈沖等。故應選擇晶體管輸出型的PLC。本設備采用了三菱FX1S-3OMT型的PLC。
(2)步進電機及驅動器由于是通過了滾珠絲桿帶動焊槍動作，負載較輕，對力矩的要求不高，主要應考慮電機運行的穩(wěn)定性。本設備使用了型號為PK245-2A的步進電機，其步距角為1.8度，電流為0.8A，靜力矩為0.3N.ｍ。步進電機驅動器型號為XDL-15，電流為0.2-1.5A，可2-128細分。
(3)旋轉編碼器選用工作電壓12至24VDC，每圈脈沖數為1800的光電式旋轉編碼器，型號為CB一1800HC。該型編碼器輸出A相、B相和Z相3組信號，其A、B兩相相位差為90度。
3、系統(tǒng)組成及其功能
本設備由工件驅動機構（包括主軸及拖動電機）、焊槍驅動機構（包括步進電機、驅動器及編碼器）及PLC控制部分構成。
控制功能如下：主軸電機由變頻器控制，以拖動工件旋轉。通過旋轉編碼器對主軸的轉速及角位移進行測量，得到的數據再經PLC高速處理后，成為步進電機的驅動信號。
經過回原點操作后，按啟動按鈕SB1（X6）（I/O分配圖見圖1，以下同），主軸電機啟動，工件旋轉。Y7接通T1G開關至起弧結束時斷開。步進電機低速反轉，驅動焊槍接近相應特征點后，以高速正轉通過特征點。經過四次循環(huán)至360度時，Y7重新接通至收弧時間結束時斷開，焊接過程結束。為方便操作者針對不同規(guī)格的產品調整運行參數，特設計了具有自學習功能的調試程序。即當操作者需要對主軸轉速、起弧及收弧時間作調整時，只要將調試開關SAO（X11）閉合一個焊接周期即可，此時，各運行參數自動存入PLC中相應的數據寄存器中，以作為自動焊接時的運行參數。
1、編程關鍵點
(1)角度測量:將旋轉編碼器的Ａ、Ｂ相脈沖信號接入PLC的XO、X1輸入端，通過高速計數器計錄脈沖個數，從而可以測得工件在任意位置的角度。
(2)各特征點的取得：利用FNC224(觸點比較指令)將各特征點的角度值與高速計數器進行比較，從而驅動相應的輔助繼電器。
(3)步進電機驅動器程序：
1)轉向：由圖一知，步進驅動器的方向信號由PLC的輸出端Y2狀態(tài)確定，即Y2為ON時電機正轉，Y2為OFF時電機反轉。
2)轉速：步進電機在0度至40度時，以低速驅動焊槍改變角度，而在40度至50度（即工件轉角時），則以一個較快的速度使焊槍在較短的時間內改變一個較大的角度。本程序采用PLSY和PLSR分別輸出低頻和高頻脈沖信號，經試驗，低速時采用PLSY指令輸出，電機起停對機械造成的沖擊較小，不影響焊槍角度的改變。而高速時的沖擊不容忽視，所以采用PLSR指令，經反復調試，設定一個合適的加、減速時間，使之平穩(wěn)起停。
3)主軸轉速的測定：由焊接工藝知，同一種工件在不同的環(huán)境下，要求的線速度及起、收弧時間不同，所以主軸轉速需作相應調整，而改變主軸轉速的同時，也必須對焊槍改變角度的速度作相應的調整，(即改變步進電機的轉速)于是對主軸轉速的檢測就成為必須。筆者采用SPD指令，通過PLC的X2端口檢測旋轉編碼器Ｂ相信號在單位時間內的脈沖數來獲得主軸轉速。
4)步進電機驅動頻率的確定：主軸轉速改變的同時，驅動步進電機的脈沖頻率也應作相應的改變。筆者采用MOV指令，將SPD所測得的轉速值送入寄存器，然后與常數（即機械傳動裝置的固有關系）運算（MUL、DIV等指令）得出高速和低速時的頻率。
5)起弧時間與收弧時間的確定：T1G信號開關動作后，即Y7得電（見圖1）利用外接時間繼電器KT1、KT2調節(jié)起、收弧時間（筆者認為，若采用撥碼開關等輸入設備進行數據寫入，則會占大量的輸入端子，不利于壓縮成本）。KT1、KT2的延時閉合觸點分別接PLC的輸入囗X15、X16，通過PLC的內置定時器T11分別將起、收弧時間送入寄存器，以便控制步進電機及主軸電機的旋轉。
6)回原點程序：由焊接工藝知，焊接開始時需在工件0度，而焊接結束時的角度為360度加收弧所需的角度值，焊槍位置也是如此。故每個工件焊接之前，需要執(zhí)行回原點操作。本程序中X4（SQ2）為焊槍原點位置。X3（SQ1）為主軸原點（即工件原點），為了節(jié)省輸入點及位置開關，采用了一個光電開關（X5）和ＡＬＴ指令，用較低頻率使步進電機準確尋找焊槍原點。主軸原點是通過機械原點位置開關X3與程序”原點”MO（即主軸0度時驅動的輔助繼電器）控制變頻器以爬行狀態(tài)反轉尋找。
2、結語
實踐證明，用PLC、編碼器、步進電機等工控元件制成的自動焊接機，具有可靠性高、準確度高等特點，與市售的焊接機器人等數控焊接設備相比，更具有價格低廉、操作筒單、運行維護費用低等優(yōu)點，可節(jié)省投資，提高效率。