点焊机自动控制系统的设计与实现(开题报告)

点焊机自动控制系统的设计与实现

学生：胡仁俊

指导教师：施保华

（三峡大学电气与新能源学院）

1.课题来源及行业背景

随着计算机控制技术的迅速发展，触摸屏和PLC在工业控制中的应用越来越广泛。在消音金刚石圆锯片的生产过程中,其基体的焊接水平是锯片质量保证的先决条件。而传统的手工焊接方式无法满足高精度的焊接要求。由此，研究新型自动化装置控制的焊接系统显得尤为重要。

本课题是指导老师在大规模生产的具体要求下，要求工作台按要求进行动作，在现代工业控制系统日益发达的时代背景下应运而生的，电焊机的自动控制为工业生产带来很大的方便，使自动化在生产中得到很好的利用。

2.研究的目的和意义

2.1解决人工无法完成的困难

随着科技的进步和发展，工业生产的方式正在发生巨大的变化，从传统的手工作坊式的劳动，逐渐演变成自动化、智能化的生产方式，本项目自主设计研发的焊接集散控制系统能使焊接部分与非焊接部分硬度均匀一致，提高了产品质量，从而提高产品的经济效益，也使得企业的技术和管理自动化水平提高。该产品突破传统锯片基体制造方法 ,采用2张相同金属基体中间夹一层阻尼材料(三明治复合锯片基体) ,有效地解决了环保消音降噪问题.自主设计研发基于人机界面的PLC控制焊接自动化系统可以将其三合一 ,而且能使焊接部分与非焊接部分硬度均匀一致 ,解决了焊后变形大的问题。而使用手工焊接方法工作量较大，而且难于保证焊接质量。现设计焊接自动化工作台，提高产品加工质量。

2.2提高生产效率

在当今社会的大规模生产过程中，人力的局限性无法跟上工业自动化时代的工作效率，所以企业为了提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，自动化生产线也逐渐被企业所认同并采用。点焊机自动控制系统是按照给定程序、轨迹和要求实现自动移动、焊接的操作的自动控制装置。实现了自动化的工作并减少了很多不必要的人工劳动，极大的提高了生产的效率。

2.3改善现有点焊机的工作性能

点焊机的工作原理是利用正负两极在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化电

焊条上的焊料和被焊材料，来达到使它们结合的目的。现设计焊接自动化工作台，提高产品加工质量和加工效率。自动化工作台主要完成旋转、进退和抬升动作。自动化焊接过程满足焊接工艺 (隔点焊接，内外圈焊点错位和工件压紧防变形)要求.项目研发的系统将从焊点分布、焊接顺序、时间、电流、温度、受力和平面度等方面保障基体质量 ,使焊接部分与非焊接部分硬度均匀一致，解决焊后变形问题，并提高生产效率，降低次品率，从而提高生产的经济效益，也使得整个技术和管理的自动化水平提高.

3.国内外的研究现状和发展趋势

3.1国内电焊机科技水平及发展趋势

(1)手工电弧焊机逆变式手工电弧焊机已大部分采用了IGBT等新型电子元器件，并在某些场合部分替代了弧焊整流器，但其可靠性与一般手工弧焊机相比尚有差距。今后应开发适宜于苛刻焊接环境条件的、可靠性高的、多用途的逆变式焊机。

(2)MIG/MAG焊机要继续开发推拉式送丝机构、脉冲MIG/MAG焊机使之在引弧、收弧、减少飞溅等方面有明显的改进，用微处理器控制的送丝机构亦是开发的方向。

(3)TIG焊机广泛应用于不锈钢焊接，因此发展较快的磁放大器式或晶闸管式，仅一小部分为逆变式。

交流TIG焊机大多已采用矩形波输出，大部分用电子及磁场混合控制以获得矩形波，最近国内亦出现了逆变式交流矩形波TIG焊机，但还有待于市场的考验。

国内宇航工业要求焊接较厚的长焊缝，需用电流在500A以上、负载持续率100%的大容量TIG焊机，此类产品国内尚属空白。

(4)埋弧焊机有必要进一步发展2000A以上的大容量埋弧焊机。埋弧焊机的操作部份大多为单一的中型小车结构，不够灵活。应发展轻型及重型小车结构，并可加装成双丝或多丝结构，以利于提高生产率。

(5)电阻焊机目前电阻焊机属中等容量，较大的如400kVA以上及适宜于小型、微型结构的1kVA以下的精密电阻焊机则较少。点、凸焊控制器虽有进步，但大多为合资企业产品，为保证质量，关键部份依赖进口。

因此，开发和研制出自行设计制造的控制器亦是方向之一。

3.2国外电焊机科技水平的现状和发展

(1)逆变焊机某些著名的电焊机生产厂对逆变焊机的不断改进，使它的可靠性已接近一般电焊机的故障率，即1%左右。利用逆变焊机的固有的特征，使电弧控制迈出了新的一步。

(2)非传统（非电弧、电阻）焊技术的应用和设备发展迅速，现已有：摩擦缝焊(FrictionSeamWelding）、摩擦搅拌焊(FrictionStirWelding）、摩擦堆焊(FrictionSurfacing)、摩擦插入焊(FrictionPlunge)、摩擦切割(FrictionCutting)等等。

(3)微处理器及计算机已普遍应用，但距完全的智能控制尚有距离。

(4)焊接机器人的应用更为广泛。

(5)小型、微型电阻焊机日趋成熟和普及。

3.3复合圆锯片的发展趋势

目前复合锯片的使用范围越来越广，在实际使用过程中对其各项性能的要求也越来越高，相应的检测方法也要能满足要求。随着复合锯片检测方法研究的不断深入，其发展有以下几个趋势:

(1)热稳定性。现在研究复合片的热稳定性不可避免地要涉及到热损伤的概念，它是指PDC由于受热引起的损伤。可以采用对热处理前后的复合片进行SEM 观察，以了解损伤的形貌、程度和特点，这种方法可以用来判断复合片的热稳定性，其优点是可以分析复合片产生损伤的原因，进而找到解决的办法，相应地可以提高复合片的热稳定性。76

(2)残余应力检测。金刚石复合片内部的残余应力影响复合片的热稳定性及抗冲击性能，而且主要以热残余应力为主，通过中子衍射法可以对复合片内部的残余应力进行表征，并得到具体数值。

(3)耐磨性。从复合片的微观结构方面进行其耐磨性的检测，用X射线衍射方法、Raman光谱法及电镜法等[11-12]对复合片进行综合测试。不仅可以准确测得复合片的耐磨性，更能找出影响其耐磨性的内在原因，提高复合片的耐磨性。

(4)冲击性能。由于复合片在实际使用中受冲击破坏一般有2种，一种是受到多次冲击而破坏，还有一种是突然受到巨大冲击力而破坏。因此一般在检测复合片冲击性能时，要同时检测其最大抗冲击性能及抗冲击韧性。

4.研究的主要内容

4.1点焊机的基本工作原理

点焊机系采用双面双点过流焊接的原理，工作时两个电极加压工件使两层金属在两电极的压力下形成一定的接触电阻，而焊接电流从一电极流经另一电极时在两接触电阻点形成瞬间的热熔接，且焊接电流瞬间从另一电极沿两工件流至此电极形成回路，不伤及圆锯片的内部结构。

点焊机自动控制系统的工作台旋转和进退运动采用步进电动机及驱动器控制，保证较高的定位精度。

4.2 系统方案

此次研究的课题是来源于自动化专业在企业生产实际过程中的圆锯片焊接实用流程，所设计的是点焊机自动控制系统。利用PLC来控制，用步进电机来驱动点焊机，来实现点焊机的运行。控制中心采用可编程控制器（PLC）和触摸式液晶显示屏进行操作，比传统的控制中心更具有直观性和可操作性。

点焊机的工作原理十分简单，采用S7—200对步进电机进行控制，从而达到点焊机多点运动和工作台的旋转和进退运动的目的。通过S7—200PLC对步进电机的正反转的控制，可使点焊机的焊接触头运动到不同的工位。驱动步进电机使运动方向沿X轴Y轴的方向来进行工作。点焊机的控制系统中由PLC、传感器、步进电机、驱动器、电磁阀、点焊枪等元器件组成。