基于PLC摩擦焊压力闭环控制系统的设计_黄崇莉

收稿日期： 20112010］ 49 号文件） 基金项目： 汉中市科技攻关项目（ 汉市科发［ 作者简介： 黄崇莉（ 1965 —） ， 女， 陕西西安人， 副教授， 硕士， 主要从事机电设备控制与检测方面的科研和教学工作 。
由摩擦焊的力学特性可知， 工件在摩擦过程中受 到扭转和压缩的作用， 发生扭变和轴向的缩短。 工件 轴向缩短的能量是由摩擦焊机的液压泵提供的 ， 即液
2012 年第 3 期
49 液压与气动
基于 PLC 摩擦焊压力闭环控制系统的设计
黄崇莉
Design of Pressure Closed-loop Control System for Friction Welding Machine Based on PLC
虽然成本低， 维修方便， 但所需的控制阀数量多， 故 制， 压力波动大， 不能满足高精度、 高质量摩擦焊 障率高， 产品的要求。国外摩擦焊机加压系统普遍应用电液伺 服技术来实现压力闭环控制， 尽管其动态响应速度快， 可控性好， 但对流体介质清洁度要求苛刻， 维修费用高 昂。电液比例阀是介于开关型液压阀与伺服阀之间的 一种液压组件， 电液比例阀在滞环、 重复精度等主要稳 对流体介质过滤要求、 阀内压力损 态上与伺服阀相当， 失和价格方面又接近开关阀。 因此， 本系统采用电液 比例溢流阀构成摩擦焊机液压加压系统。见图 2 所示。 根据液压系统的压力和流量范围， 并考虑到节能 ， EFBG03125C 和降低油温影响 选择某公司生产的 型号的电液比例溢流调速阀。这种溢流调速阀是一种
参考文献：
图5
焊接规范参数设置和焊接时的工作界面
［ 1］ 曹明． 电液比例技术在摩擦焊压力控制系统中的应用 ［ J］ ． 液压与气动， 2008 ， （ 1 ） ： 43 － 45． ［ 2］ 武华． 基于电液比例技术的摩擦焊压力控制系统［ J］ ．机 2006 ， （ 6 ） ： 127 － 128． 床与液压， ［ 3］ 路甬祥， M］ ． 北京： 机械工业出 胡大． 电液比例控制技术［ 1988． 版社， ［ 4］ 杜随更， 等． 计算机闭环控制系统在摩擦焊接中的应用 ［ J］ ． 机械科学与技术， 2004 ， （ 3 ） ： 300 － 302． ［ 5］ 许振保， ． 机械制 赵春娥． 电液比例控制技术的研究［J］ 2010 ， （ 1 ） ： 52 － 54． 造与自动化，
图4 控制流程图
该闭环控制系统采用 PLC 的 PID 功能指令来实 D/ 现 PID 控制， 就是用于 PID 控制的子程序， 与 A / D、 A 模块一起使用， 可以获得类似于使用 PID 过程控制 先使用 PLC 指令 模块的效果。在 PID 运算开始之前， 将参数设定值预先写入对应的数据寄存器中 ， 然后将 A / D 模块反馈回来的压力数据传送到 PID 控制子程 序中进行 PID 运算。 PID 指令采用增量式 PID 算法， 控制算法中还综合使用了反馈量一阶惯性滤波 、 不完 全微分和反馈量微分等措施， 使该指令比普通的 PID 。 算法具更好的控制效果 摩擦焊机工作于一个强干扰环境中， 外界信号对 控制信号的干扰在所难免。系统除在硬件配置方面注 意抗干扰设计外， 在 PID 指令中设置合理的滤波参数， 可以减小焊机工作时外界信号对压力信号的干扰 ， 使
HUANG Chongli
（ 陕西理工学院 机械工程学院，陕西 汉中 723003 ）
要： 设计连续驱动摩擦焊机液压加压控制系统 ， 采用电液比例控制技术， 用 PLC 实现加压系统压力 PID 闭环控制。该系统具有较强的抗干扰性和良好的可靠性 ， 是一种适合实际生产的摩擦焊压力控制系统 。 摘 关键词： 可编程控制器； 摩擦焊； 电液比例阀； 压力闭环控制 中图分类号： TH137 0 序言 文献标识码： B 4858 （ 2012 ） 03004903 文章编号： 1000称之为摩擦压力； 而主 压系统提供摩擦焊接的轴向力， 轴电机提供的机械能在摩擦压力的作用下 ， 产生摩擦 扭矩， 使工件相互摩擦。 所以主轴系统带动被焊接工 件旋转， 为其提供摩擦扭矩， 液压滑台系统在摩擦焊接 过程为其提供轴向压力（ 摩擦压力及顶锻压力 ） 、 摩擦 变形量（ 滑台位移） 、 摩擦加热功率、 焊接温度、 变形层 的厚度和摩擦变形速度等， 因此， 对液压加压系统实现 准确控制是保证焊接接头质量的关键 。 2 液压加压系统 目前， 国内摩擦焊机加压系统普遍采用开关阀控
压力曲线平稳。 4 人机界面设计 为使摩擦焊接的工作过程更加直观， 方便操作人 员修改焊接参数， 开发了人机界面。 采用三菱液晶触 F940GOT 有两个连接口， 摸屏 F940GOT， 一个与计算 用于传送用户画面， 一个与 PLC 机连接的 RS232 接口， 等设备连接的 RS422 接口， 用于与 PLC 进行通信。采 用 GT Designer 人机界面编辑软件开发了欢迎界面 、 设 置菜单界面、 规范参数设置界面、焊接方式设置界面、
PID 参数设置界面、 工作界面等具体人机界面。 实现 了对工作过程中各项数据的修改 、 保存， 节约了调试时 间， 减少了操作人员的工作量， 提高了工作效率。焊接 规范参数设置和焊接时的工作界面如图 5 所示。
（ 2 ） 摩擦焊接过程轴向压力 （ 摩擦压力及顶锻压 力） 、 液压缸流量、 摩擦变形量（ 滑台位移等参数的控制） ； （ 3 ） 控制电液比例阀， 可以实现对轴向压力开环 或闭环控制； （ 4 ） 焊接参数设置及存储； 该系统压力控制精度高， 参数调节方便， 对介质过 ， ， 滤精度要求低 可靠性好 是一种适合于实际生产现场 摩擦焊接过程闭环控制的液压系统 。
WANG Wenrui1 ，YAN Xiaoqiang1 ，CHEN Bing1 ，GU Liang2
（ 1． 北京科技大学 机械工程学院，北京 100083 ； 2． 北京理工大学 机械与车辆工程学院，北京 100081 ）
要： 该文结合叶片式液压减振器动密封的受力 、 变形， 受热等因素， 利用有理论、 仿真分析的手段研 究减振器唇形密封圈的密封性能的影响因素及其由于油液温升引起的密封圈温升机理特性 ， 为提高叶片式 摘 液压减振器密封性能， 延长其寿命， 及动密封设计、 优化与性能研究提供理论与工程应用的依据。 根据叶片 油液温度以及环境温度等， 对唇形密封唇口烧损极限温度进行了研究， 并取 式液压减振器的实际工作压力、 得了实验的验证， 结果准确可信， 并通过实际应用的可靠性考核， 证明了研究方法的正确性。 关键词： 动密封； 唇型密封； 叶片式减振器； 密封性能； 温升机理 中图分类号： TB42 ； U463． 3 1 引言
0925 收稿日期： 2011基金项目： 国家部委基金资助项目 （ 51404040104BQ01 ） ； 中 央高校基本科研业务费资助项目（ 06104042 ）
文献标识码： B
4858 （ 2012 ） 03005104 文章编号： 1000-
叶片式液压减振器具有阻尼容量大 、 布置方便、 散 防护性能强等优点， 在重型履带车辆悬挂系 热性能好、
图2
摩擦焊液压加压系统原理图
节省能源型阀， 这种阀具有温度补偿功能， 能使控制流 量稳定而不受油液温度的影响。并配该公司的比例阀 4010 ， 功率放大器 JY实现压力和流量的控制。 50 。压力传 液压泵选用 YB1 型叶片泵， 型号 YB1124 压力传 感器选用某公司 HYDAC 贺德克 HDA3800感器。 3 液压控制系统 为了获得焊接质量较高、 飞边均匀一致和工件缩 短量相同的焊接工件， 摩擦焊接过程中的摩擦力和顶 锻压力是关键的焊接参数。 在摩擦加热过中， 摩擦压 力的波动会引起焊接界面热量及温度的变化 ， 加热区 宽度改变以及轴向缩短率不稳定； 在顶锻保压过程中， 压力波动会造成动态再结过程、 变形程度和变形速度的 变化， 焊接质量不定。基于上述分析， 建立了一个摩擦 焊机压力 PLC 闭环控制系统， 其控制原理如图 3 所示。
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叶片式减振器动密封性能影响因素与温升机理研究
1 1 王文瑞 ，闫晓强 ，陈 1 兵 ，顾
亮
2
The Research of Dynamic Seal Performance Factors and Temperature Characteristics for Vane Damp
［1 ］ 统中得到了非常广泛应用 。 由于叶片式液压减振 作者简介： 王文瑞（ 1979 —） ， 男， 山西大同人， 讲师， 博士， 主 器结构复杂， 内部工作液压力大， 工作温度范围大，工 要从事车辆液压减振器研究工作 。 櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘
进入主开发界面后就可进行文本设置 、 注释显示、 触摸键、 数值输入和数值显示、 新画面的建立和画面的 切换了。 5 总结 本文设计的液压控制系统采用电液比例阀完成液 压滑台压力闭环控制， 是一个机、 电、 液一体化的闭环控 制系统。该系统采用 PLC 控制系统， 该系统可完成： （ 1 ） 焊接过程顺序控制， 以时间为控制方式；
图3
摩擦焊机压力闭环控制原理图
PLC 选用 FX2N48MR， 3A 模拟量模块选用 FX0NA / D、 D / A 转换一体化模块。 采用压力传感器将轴向施力油缸的压力值换成模 拟信号， 通过 A / D 模块转换成数字信号送到 PLC 控制 顶锻压力 ） 比较， 对误 器中与压力设定值 （ 摩擦压力、 差值进行 PID 运算， 然后将输出的数字值通过 D / A 模 块转换成电压， 经功率放大板调节电液比例溢流阀的 开口大小控制轴向施力液压缸的压力 。若检测出的压
摩擦焊接是利用摩擦发热的原理， 通过对焊接的 工件施加载荷， 并使其产生机械摩擦运动， 焊接材料接 触表面之间产生热量， 利用此热量使材料达到热塑性 然后迅速顶锻形成焊接接头。 摩擦焊具有焊缝 状态， 小、 无助焊剂和保护气体、 高效、 节能、 加工一致性强的 特点。摩擦焊机可以焊接一般被认为是不可组合的金 属材料， 如铜和铝、 铝和钢、 钛和铜、 合金钢和钽等焊 接， 不产生气孔和焊渣。 该工艺在航天、 切削具、 油田 钻头特殊管对管、 军工产品的焊接等领都有着不可替 。 摩擦时 代的作用 焊接接头质量与摩擦焊机的转速、 间、 摩擦压力、 顶锻压力和工件顶锻变形量有关 。 本文以连续驱动摩擦焊机为例， 设计以电液比例 阀的液压施力系统， 实现压力闭环控制， 能对液压滑台 的速度、 位移和压力实施控制， 以满足高速、 高精度的 控制要求。 1 摩擦焊接原理 连续驱动摩擦焊机主要包括主轴系统、 液压滑台 和控制系统。其结构如图 1 所示。