0 引言

    板式換熱器是液—液、汽—液進行熱交換的理想設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、食品、制藥、船舶、紡織、造紙等行業(yè)，是加熱、冷卻、熱回收、快速滅菌等用途的優(yōu)良設(shè)備。板料是換熱器的基本組件，隨換熱器類型的不同，板料的形狀、大小、加工方式均不同。寬通道焊接式板式換熱器板料的加工是在兩個對疊的工件上實現(xiàn)多點分步式焊接。工業(yè)點焊機將兩板料接觸部分壓緊在兩電極間，通過電流流經(jīng)板料接觸面及臨近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，達到焊接的目的，從而使板料形成緊密的接觸。為了實現(xiàn)焊接過程的連續(xù)自動化，高性能的點焊機的選擇是基礎(chǔ)，控制電路的合理設(shè)計是保證而實現(xiàn)每個焊點的質(zhì)量監(jiān)控，可以使焊接生產(chǎn)信息化和規(guī)范化，有利于焊接質(zhì)量的保證和焊接失效原因的分析。本文以國內(nèi)某知名換熱企業(yè)工業(yè)焊機的控制過程為例闡述其系統(tǒng)設(shè)計。

1 控制系統(tǒng)設(shè)計

    1.1 點焊機的選用

    采用德國博世(BOSCH)力士樂公司的點焊機，點焊機由PSI6000中頻控制器和PSG6130變壓器組合。PSI6000中頻控制器集成了普通中頻控制器PSI6300、焊接監(jiān)測控制器SQ6000(恒功率控制技術(shù)和超聲波控制技術(shù))和伺服運動控制器(氣動)，可以對焊接電流、時間、熔核大小、位置位移、壓力等進行控制。同時配套的BOS6000焊接控制軟件結(jié)合強大的SQL數(shù)據(jù)庫，可以方便地把以上焊接數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和保存。SG6130變壓器內(nèi)部裝有次級電壓和電流傳感器以實現(xiàn)最高效的能量輸出和最多的監(jiān)測功能，滿足各種焊接產(chǎn)品的精度和質(zhì)量要求。全伺服氣動控制產(chǎn)品可以精確控制焊接的位移、壓力、位置，能夠達到0.05毫米的定位精度和編程控制。

    1.2 焊接過程的控制

    由PLC控制點焊機的啟停及焊接動作過程。選用三菱公司的FX2N可編程控制器，一臺PLC控制5臺點焊機。也即在板料上5臺點焊機同時動作，一次成型5個焊點，一組焊完，移動電極至下一組繼續(xù)焊接，焊點之間順次排列。

    點焊機的焊接控制工藝為：

    1)PLC啟動后，控制電磁閥動作；

    2)電磁閥到位后，啟動點焊機控制器PSI6000工作；

    3)焊接完成后，控制器PSI6000輸出完成信號至PLC；

    4)PLC接受到焊接完成信號后，給出伺服電機啟動信號，工件移動；

    5)工件移動到位，繼續(xù)下一次的焊接。PLC的I/O接線見圖1所示。

圖1 PLC的I/O圖

2 焊點信息化數(shù)據(jù)的形成

    為了在計算機上實時顯示或輸出板料上每個焊點的焊接參數(shù)，即電流、時間、壓力，應(yīng)用KingView組態(tài)軟件開發(fā)基于Windows操作平臺的可視化友好界面，實現(xiàn)焊接參數(shù)設(shè)置、工況顯示、運行控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和歷史記錄查詢等功能。它實時接受各PLC采集的焊點位置信息及SQL數(shù)據(jù)庫傳來焊接參數(shù)信息，監(jiān)控點焊機整體運行情況。要生成焊接數(shù)據(jù)報表，組態(tài)軟件需要采集兩組數(shù)據(jù)，一組為板料上每個焊點的位置信息，即焊點在板料上所處的排、列位置，另一組為焊接時焊點的電流、時間等參數(shù)。前一組數(shù)據(jù)通過PLC傳遞采集，后一組數(shù)據(jù)由電焊機的SQL數(shù)據(jù)庫傳來。數(shù)據(jù)傳輸框圖見圖2所示。

圖2 信息傳輸框圖

    2.1 焊點位置數(shù)據(jù)的采集

    為了得到每個焊點的位置信息(排、列等)，需要PLC實時向組態(tài)軟件傳遞信息。而組態(tài)王為PLC數(shù)據(jù)采集和控制提供的大量標(biāo)準的驅(qū)動程序，因此只需定義PLC與組態(tài)王之間的通訊格式、PLC通訊站號等數(shù)據(jù)即可。

    應(yīng)用計算機鏈接與無協(xié)議通訊(RS指令)格式，即D8120來定義數(shù)據(jù)長度，奇偶效驗和波特率等。梯形圖如圖3所示。

圖3 通訊數(shù)據(jù)的定義

    可編程控制器的站點號是通過特殊數(shù)據(jù)寄存器D8121來設(shè)定的。設(shè)定范圍從00H到0FH。若設(shè)定點焊機為0號站，其程序如圖4所示。

圖4 PLC通訊站號的定義

    將組態(tài)軟件中D3000定義為焊接點的壓力變量。如圖5所示。

圖5 壓力變量的定義

    通過上述定義后，應(yīng)用組態(tài)軟件將各可編程控制器上的運行變量(即排、列、壓力)插入到數(shù)據(jù)報表中，這樣數(shù)據(jù)報表中就會有焊接點排、列、壓力等一系列相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)。

    2.2 焊接點參數(shù)的采集

    博世(BOSCH)點焊機帶有網(wǎng)絡(luò)化的接口模塊，電焊機之間通過以太網(wǎng)連接。采用的TCMP協(xié)議，每臺電焊機可唯一設(shè)定一個IP地址和子網(wǎng)掩碼，從而在網(wǎng)絡(luò)中可唯一標(biāo)識該電焊機，以實現(xiàn)焊接過程的網(wǎng)絡(luò)化管理和監(jiān)控，使焊接生產(chǎn)實現(xiàn)信息化和規(guī)范化。

    點焊機焊接時的焊接電流、時間等參數(shù)直接影響焊點的大小與焊接的牢固程度。不同板料有不同的焊接電流、時間的要求，其參數(shù)調(diào)節(jié)是由點焊機的中頻控制器完成的。點焊機自帶的BOS6000焊接控制軟件結(jié)合強大的SQL數(shù)據(jù)庫對每一個焊接點的參數(shù)進行統(tǒng)計和保存，以利于焊接質(zhì)量保證和焊接失效分析。為了在計算機上實時顯示這些數(shù)據(jù)，就需要將點焊機的SQL server的數(shù)據(jù)庫(即焊接點流、焊接時間)的數(shù)據(jù)寫入到組態(tài)王的數(shù)據(jù)庫中。由于兩者之間沒有標(biāo)準的通訊程序，因此需要應(yīng)用VB編寫程序?qū)崿F(xiàn)SQL server的數(shù)據(jù)庫與組態(tài)王之間的數(shù)據(jù)交換。當(dāng)焊接點的電流、時間發(fā)生變化時，SQL數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，VB應(yīng)用程序使SQL數(shù)據(jù)庫無縫地與組態(tài)王進行數(shù)據(jù)交換。組態(tài)王將采集的數(shù)據(jù)寫入報表中。

3 結(jié)束語

    采用PLC控制工業(yè)點焊機焊接過程，結(jié)合點焊機自帶的SQL數(shù)據(jù)庫、組態(tài)軟件、VB編程等技術(shù)探討了焊接點參數(shù)的實時監(jiān)視的實現(xiàn)方法，建立了焊接網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。該方案的設(shè)計使電焊機成為企業(yè)焊接生產(chǎn)信息系統(tǒng)中的信息節(jié)點，使焊接生產(chǎn)過程的自動化和信息化及電焊機的遠程故障診斷成為可能。實際運行結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)設(shè)計合理，運行可靠，操作簡單(一次按鈕操作即可完成全部焊接過程)，生產(chǎn)效率顯著提高，有較高的推廣和實用價值。

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