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PLC與變頻技術(shù)在滾焊機(jī)中的應(yīng)用

日期:2021-07-15 16:11:22     瀏覽:480    來源:廣州特種行業(yè)培訓(xùn)網(wǎng)
水泥涵管因強(qiáng)度高、抗壓性好,又耐腐蝕、不易滲漏、生產(chǎn)成本低而被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和市政建設(shè)。影響水泥管道制品的性能和質(zhì)量的因素,除水泥本身外,很大程度取決于內(nèi)襯鋼筋骨架的質(zhì)量。
1問題的提出

滾焊機(jī)是砼制品行業(yè)的專用機(jī)械設(shè)備。目前我國(guó)在生產(chǎn)實(shí)際使用的滾焊機(jī),一部分完全靠手工操作,生產(chǎn)效率低,產(chǎn)品質(zhì)量沒有穩(wěn)定保證;一部分采用單片機(jī)控制,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變徑生產(chǎn),提高了生產(chǎn)效率,滿足多品種、多規(guī)格的產(chǎn)品需求,但是在保證螺距精度中仍然靠手工或機(jī)械傳動(dòng)調(diào)節(jié)。電機(jī)調(diào)速采用電磁調(diào)速,存在螺距誤差大、滾焊速度和螺距無法隨意調(diào)節(jié)、焊點(diǎn)無法跟蹤等問題,仍然未從根本上保障產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。
滾焊機(jī)螺距自動(dòng)調(diào)節(jié)代替手工操作是水泥制品行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的必然要求,本文介紹采用可編程序控制器(PLC)和交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù),實(shí)現(xiàn)了螺距自動(dòng)調(diào)節(jié),提高了滾焊機(jī)的自動(dòng)化控制水平。
2自動(dòng)加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理

采用PLC和交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的自動(dòng)加工系統(tǒng)主要由主機(jī)控制和變頻器行走控制及焊接控制電路兩部分組成,圖1所示為滾焊機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的邏輯功能框圖。

圖1自動(dòng)控制系統(tǒng)功能邏輯框圖
2.1系統(tǒng)的組成
滾焊機(jī)計(jì)算機(jī)及變頻自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由以下5個(gè)部分組成。
1)人機(jī)界面
它是控制系統(tǒng)運(yùn)行的操作平臺(tái),主要顯示工藝參數(shù)、操作指令、程序運(yùn)行監(jiān)控和報(bào)警等信息。
2)可編程序控制器
PLC作為系統(tǒng)的控制機(jī)用來完成加工中的螺距自動(dòng)計(jì)算和大、小車電機(jī)轉(zhuǎn)速匹配的計(jì)算以及各種工藝參數(shù)的輸入、修改、故障診斷處理、異常報(bào)警等,完成在加工中焊點(diǎn)的檢測(cè)和追蹤。其特點(diǎn)是操作方便、通信監(jiān)控容易,保證了產(chǎn)品的精度、質(zhì)量和系統(tǒng)運(yùn)行安全。
3)變頻器
選用專用磁通矢量控制、恒轉(zhuǎn)矩輸出型變頻器(INV)作為花盤與小車電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。
4)焊接控制電路
主要完成焊接信號(hào)的檢測(cè)與傳輸、執(zhí)行PLC發(fā)出的工作指令。
5)通訊接口
采用MODBUS總線通訊方式,用RS485、RS232通訊接口來獲取所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和告警信息。
2.2系統(tǒng)工作原理
1)主機(jī)控制和變頻器行走控制
系統(tǒng)根據(jù)工藝要求輸入螺距寬度和主車花盤的給定轉(zhuǎn)速,通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算控制螺距小車所行走的距離,并同設(shè)定的螺距值進(jìn)行比較,產(chǎn)生糾偏控制量,經(jīng)D/F數(shù)頻變換后輸出給小車變頻器,自動(dòng)保證螺距的尺寸不變。當(dāng)主車花盤轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí),控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào),控制小車的速度隨之變化,使設(shè)定的螺距值保持不變;當(dāng)加工工件接近預(yù)設(shè)的長(zhǎng)度時(shí),控制變頻器輸出減小,電機(jī)開始減速,達(dá)到要求尺寸時(shí)發(fā)出停機(jī)信號(hào)并報(bào)警,通知加工結(jié)束。
2)焊接控制
焊接電路通過安裝在大盤后的焊接傳感器對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)、跟蹤,PLC根據(jù)接收數(shù)據(jù)(脈沖計(jì)數(shù)、轉(zhuǎn)速變化等)信息準(zhǔn)確計(jì)算,采用脈寬調(diào)制控制觸發(fā)雙向可控硅,對(duì)焊接電路進(jìn)行自動(dòng)控制,實(shí)現(xiàn)間斷通電,保證各焊點(diǎn)精確焊接,并通過控制軟件對(duì)設(shè)定的過載參數(shù)進(jìn)行過載保護(hù),確保焊接質(zhì)量。
3加工狀態(tài)控制方式

為滿足不同產(chǎn)品生產(chǎn)的需要,系統(tǒng)設(shè)有4種加工狀態(tài)控制方式。
1)自動(dòng)加工狀態(tài)選擇自動(dòng)加工狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)設(shè)定的螺距長(zhǎng)度自動(dòng)完成加工運(yùn)算和焊接控制,花盤與小車的運(yùn)行由PLC控制軟件自動(dòng)識(shí)別計(jì)算而相互匹配。
花盤轉(zhuǎn)速人為變化時(shí),小車行走的速度將跟隨變化,保證加工的螺距長(zhǎng)度不變。為防止誤操作,在運(yùn)行過程中工藝參數(shù)的改變無效,只有在停機(jī)狀態(tài)下修改有效。該狀態(tài)在大批量生產(chǎn)單一產(chǎn)品情況時(shí)十分有效。
2)調(diào)整加工狀態(tài)選擇調(diào)整加工狀態(tài)時(shí),花盤與小車的運(yùn)行由各自的外部按鍵控制,運(yùn)行頻率由外部端子給定。該狀態(tài)使用戶可根據(jù)實(shí)際需要隨意控制花盤與小車的位置,完成上、下料,主車正、反轉(zhuǎn),手動(dòng)點(diǎn)焊及檢修操作等。該狀態(tài)適用于多品種、多規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)。
3)手動(dòng)加工狀態(tài)選擇該狀態(tài)時(shí),花盤與小車的運(yùn)行相互獨(dú)立,運(yùn)行頻率由各自的外部端子調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)花盤與小車的運(yùn)行頻率可改變加工螺距的寬度。該狀態(tài)可滿足用戶對(duì)特殊加工的需要。
4)特殊加工狀態(tài)本系統(tǒng)還提供了兩種焊接方式以及特型加工方式可供選擇:①連續(xù)焊接方式,即對(duì)每一個(gè)焊接點(diǎn)都進(jìn)行檢測(cè)并焊接;②間隔焊接方式,對(duì)每一個(gè)焊接點(diǎn)都進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)需要按設(shè)定的焊接間隔點(diǎn)數(shù)對(duì)所需要焊接的焊點(diǎn)進(jìn)行焊接;③特型加工,除了正常的直線加工之外,系統(tǒng)還可以對(duì)工件進(jìn)行各種角度的錐度加工,以滿足特型加工要求。
4系統(tǒng)軟件

滾焊機(jī)計(jì)算機(jī)自動(dòng)加工系統(tǒng)軟件體系分為PWS圖形界面、PLC運(yùn)算控制程序、INV運(yùn)行參數(shù)和故障診斷及自我保護(hù)四部分。軟件運(yùn)行于系統(tǒng)的各個(gè)硬件平臺(tái)上,并通過系統(tǒng)通訊軟件和通訊接口,彼此互為配合、互為協(xié)調(diào),交換各種數(shù)據(jù)及管理、控制信息,來完成整個(gè)系統(tǒng)的各種功能。軟件系統(tǒng)的基本流程見圖2。

圖2軟件系統(tǒng)的基本流程
4.1圖形界面
PWS圖形界面采用了Windows風(fēng)格的畫面,具有簡(jiǎn)潔、清晰且完全漢化的特點(diǎn),具有顯示、設(shè)置、控制、告警和幫助等功能。
4.2PLC運(yùn)算控制程序
PLC運(yùn)算控制程序是本系統(tǒng)軟件的主體,也是系統(tǒng)運(yùn)行的核心部分,主要由以下幾部分組成。
1)自動(dòng)運(yùn)算程序自動(dòng)采集運(yùn)行參數(shù)(螺距寬度、工件長(zhǎng)度、大車轉(zhuǎn)速、錐度角等),自動(dòng)進(jìn)行螺距加工、大小車轉(zhuǎn)速匹配、錐度加工的運(yùn)算,并將運(yùn)算結(jié)果送至運(yùn)行程序。
2)運(yùn)行程序包括自動(dòng)運(yùn)行、手動(dòng)運(yùn)行和調(diào)整運(yùn)行程序,采集系統(tǒng)參數(shù)及加工參數(shù),根據(jù)實(shí)際工藝要求發(fā)出控制指令,控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn),此部分程序是整個(gè)軟件體系的重點(diǎn)部分。
3)焊接控制程序檢測(cè)傳感信號(hào),焊點(diǎn)自動(dòng)追蹤,控制焊接電路的動(dòng)作(手動(dòng)點(diǎn)焊、連續(xù)焊接),調(diào)節(jié)焊接電流大小,滿足生產(chǎn)工藝要求。
4)報(bào)警程序采集各個(gè)設(shè)備的故障檢測(cè)信號(hào),發(fā)出告警信息,將故障信息在人機(jī)界面中顯示出來,同時(shí)自動(dòng)保護(hù)。
5)通訊程序?qū)崿F(xiàn)各設(shè)備、器件之間的數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)傳遞等。
4.3INV參數(shù)
變頻器INV的功能參數(shù)包括用戶參數(shù),基本參數(shù),操作方式參數(shù)和輸入、輸出功能參數(shù)等多個(gè)參數(shù)群,用戶可根據(jù)實(shí)際工藝要求設(shè)定參數(shù)值。
4.4故障診斷及保護(hù)
本系統(tǒng)有較完善的自我診斷和保護(hù)功能,在系統(tǒng)的各個(gè)階層(PLC及INV)進(jìn)行實(shí)時(shí)故障診斷,將告警信息及故障信息通過通訊方式在人機(jī)界面中顯示,并提示相應(yīng)的故障處理方法。
報(bào)警形式可分為告警性報(bào)警和故障性報(bào)警,必要時(shí)輔以聲光報(bào)警,操作者可根據(jù)情況處理。系統(tǒng)可檢測(cè)到的報(bào)警包括有系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間逾時(shí)、不合法指令、過電壓、過電流、低電壓和外部異常中斷等。
5結(jié)論
采用上述系統(tǒng)對(duì)HG型排水管滾焊機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造,經(jīng)實(shí)際使用證明其具有以下優(yōu)點(diǎn)。
1)可靠性高系統(tǒng)采用人機(jī)界面(PWS)、可編程控制器和恒轉(zhuǎn)矩變頻器等比較先進(jìn)的控制設(shè)備作為系統(tǒng)的主體,采用了模塊化的焊接控制電路及焊接自動(dòng)檢測(cè)、追蹤程序,并用通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,保證了系統(tǒng)極高的可靠性。
2)自動(dòng)化程度高采用PLC作為系統(tǒng)運(yùn)算、控制的中心,實(shí)現(xiàn)螺距加工自動(dòng)運(yùn)算和全自動(dòng)控制加工過程,通過選擇不同加工狀態(tài)控制方式,可加工多種規(guī)格及特殊規(guī)格的產(chǎn)品,加工中只需重新設(shè)置相應(yīng)的加工參數(shù)即可,且加工精度高、產(chǎn)品一致性好。
3)操作安全簡(jiǎn)便采用液晶屏全漢化人機(jī)界面,以人機(jī)對(duì)話的方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行控制,對(duì)發(fā)生的故障進(jìn)行監(jiān)視、報(bào)警、分析、顯示故障代碼、分析故障原因、提示處理方法,操作安全、直觀、簡(jiǎn)便,徹底改變以往手動(dòng)加工中眼觀手調(diào)的控制方式,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。
4)維修方便以往用交流接觸器和中間繼電器等傳統(tǒng)的執(zhí)行電器,控制電路復(fù)雜、故障率較高、維修保養(yǎng)難度大,本系統(tǒng)運(yùn)用PLC,采用通訊方式實(shí)現(xiàn)電氣控制,線路簡(jiǎn)單、故障率低,易維修保養(yǎng)。
5)節(jié)能效果好通過焊點(diǎn)跟蹤、脈寬調(diào)制觸發(fā)焊接方式,變頻調(diào)速優(yōu)化電機(jī)功率輸出,節(jié)能達(dá)35%以上。
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