论文部分内容阅读
摘要：PLC技术具有提高系统可靠性和稳定性的功能，而机械转轴焊接具有较高的稳定性要求，属于高精度焊接工作，对公差控制和焊接强度要较高的要求，将数控PLC技术应用在机械转轴焊接中能够在一定程度上提升焊接精准性和稳定性。为此，本文通过介绍PLC技术和组态软件，并将其应用到机械转轴焊接中，实现以PLC为主控制程序的操作，通过介绍机械转轴焊接中应用数据PLC技术的实现过程，得出了数控PLC技术的参数稳定性以控制结果验证，有效降低了焊接产品的废品率。
关键词：PLC技术;组态软件;机械转轴;焊接
中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）16-0198-02
0 引言
数字控制技术在工业中具有广泛的应用，但是它需要依托计算机编程理论才能实现自动化操作，而一线操作人员又不具备这种编辑水平。PLC技术与组态软件的出现，能够从根本上解决企业应用自动化数控技术的问题。机械转轴焊接是一种要求精度极高的加工过程，传统的控制系统无法满足机械转轴焊接的高强度和高精度要求，而将PLC技术应用到机械转轴焊接中成为了当前重要的解决途径。
1 PLC技术与组态软件概述
PLC自动控制在工业领域得到了广泛的认可和应用，应用PLC控制技术不仅具有减少配置时间的功能，还具有性能高、价格低的优势，且在恶劣的环境中具有可靠的优越性。PLC即可编程控制器，是一种在数字计算机技术下专门应用于工业行业的电子控制装置，通过可编程序的存储器，对机电一体化设备及其生产过程实行控制。应用PLC技术的自动成型系统，不仅可以满足工业控制系统对快速性和开放性的要求，还能在很大程度上满足用户对可靠性和稳定性的需求。利用此技术可以提高企业生产效率，降低投入成本，提升经济效益。
组态软件是专门用来进行数据采集和过程控制的软件，它是一个能够快速的帮助用户建立属于自己的开发环境或hmi的软件工具。组态软件的出现使用户摆脱了手工或第三方编写hmi应用或购买专用的开放数据接口、工控系统的困境，可以通过组态软件建立最符合自身发展需求的应用系统。随着组态软件的发展，灵活的组态方式、开发环境、实施控制、实时数据库等为用户提供了快速建立通用层次、自动控制系统监控功能的软件工具，并能够提供分布式数据管理的功能，支持常见的通信协议和各种工控设备。
数控PLC技术通过采用梯形图语言的方式进行控制，具有易操作、形象、直觀的特征。PLC组态软件平台可以为用户提供多功能的组态功能，二者有效结合应用于机械转轴焊接中，可以通过可编程逻辑控制实现精密焊接，且能保证机械转轴加工的工作效率以及准确性和连续性。
2 机械转轴焊接中以PLC为主控制程序
数控PLC应用到机械转轴焊接中后，可以使操作人员通过人机交互窗口来执行程序，并在加工影像区输入焊接的子程序。数据PLC组态软件对于焊接程序的初始状态可以在端口程序中进行识别，并通过此软件对各种电子元件开关和外部的继电器开关实行控制功能，以此方式实现对机械转轴焊接的精准控制[1]。为了满足焊接程序的需求以及机械转轴的功能价值，操作人员需要将在操作台上放置需要加工的焊接零件，并将其固定牢固，然后通过PLC传感器对焊接机械的操作路径进行控制，如果焊接的路径超出预定范围，系统就会自动停止运行;如果都在预定可控范围内，该程序就会自动完成一系列的焊接过程。
数控PLC系统采用连接触点的方式实现虚拟控制的目标，基于逻辑电路采用的是并联电路，所以该程序可以无限循环使用，具有较强的复制功能。机械转轴焊接应用数控PLC技术具有数据处理、步进控制、计数控制和定时控制等功能。因为机械转轴焊接具有较高的复杂特性，利用PLC控制系统所具有的定时功能，能够帮助操作者进行输入和调取，同时便于对子加工程序进行修改，对于摆脱人为监控的操作弊端，实现远程监控的焊接操作具有巨大优势。对于应用数控PLC技术的焊接系统来说，在其内部装有计数器，可以对机械臂的运转状态进行实时监控，时刻观察其是否存在故障问题，保证它的正常运行功能。对于机械转轴焊接系统而言，在计数器的功能之上，还增加了自动步进功能，而PLC控制系统内有专门控制步进程序的系统，在执行完一个程序命令之后，系统会自动进入下一个程序中。随着科学技术的不断发展，也推动了数控PLC技术的快速发展，使其具有更加强大的功能，在机制转轴产品加工过程中，应用数控PLC技术，可以实现数制转换、移位传输等程序操作，加快焊接加工的工作速度，提升工作效率和工作质量，使其整个操作流程更加便捷化和智能化。数控加工过程中很可能会出现一些特殊情况和突然情况导致工作无法正常开展，而应用PLC技术后，在遇到突然停工的状态下，能够通过它的记忆功能对系统进行自动诊断，比使程序自动恢复的正常状态模式下。由于PLC程序的语言和逻辑程序可以根据需求进行改动和完善，因此焊接加工的操作人员可以应用数控PLC的编程器对焊接系统的运行状态进行实时监控，从而促进机械转轴焊接的稳定性、可靠性和精准性。
3 机械转轴焊接中应用数据PLC技术的实现过程
3.1 参数设置简述
在开展转轴焊接工作之间，应该对焊接零件进行防锈、清洗和去油的处理，同时还要结合PLC的控制程序以及焊接性能，对参数调整以及性能分析工作做好安排。机械转轴焊接加工过程中还要对碳迁移的过程、应力以及金属表面的焊接热裂纹等进行全面的考虑，使金属焊缝的稀释作用得到最大化的降低，而应用PLC技术以后这些基本要求都可以得以实现[2]。数控PLC焊接子程序将焊接预热的范围控制在焊道两侧45mm以内，而将机械转轴焊接的表面温度控制在210摄氏度以上，且采用数字预热方式来控制预热温度，从而降低金属应力为机械转轴焊接所造成的不良影响。为了不影响焊道的平整性，应该在焊接前就先分析并控制焊丝的基本状态，将其烘干温度控制在350摄氏度，且要保证此温度持续半个小时，当焊丝直径为2mm时，焊接电流不能太大，应设置为50-60A。焊接时要选择抗氧化性强的焊丝，焊接结束后还要使温度保持2小时。本文所采用的数控PLC程序为XDP-485软件，其具有程序导出导入机制以及离线编程功能，保证了操作的便捷性。且该软件还能借助PLC控制系统实现编程数据的上传和下载、设备的启动和停止以及程序的初始化设置，为操作人员的读取和使用提供了便捷的方式。 3.2 机械转轴实现精密焊接的过程
PLC系统在选择组态软件的时候选择了实用性和操作性较强的Touch Win编程工具，此工具具有模拟三维图库、三维立体模型编制功能以及多种语言的显示功能。在编制系统程序的时候选用XDP-485软件来完成整体设计，首先规划机械转轴的焊接流程，其次规划每个环节的操作步骤。系统程序在启用调取功能时，通过DP接口完成程序的写入环节，同时完成数据的导入和导出工作。机械转轴焊接在应用PLC组态软件进行调用时，可以实现CAE工程控制系统和CAD控制设计程序之间的自由转换。只要确定中断程序模块和主控制程序模块，PLC组态控制软件就能在数据冗余的状态下，增强焊接程序的稳定性。操作人员按照事先对机械转轴焊接设定好的标准和要求开始对程序执行操作。在应用PLC组态软件的时候系统具有自我保护功能，需要从登录界面输入用户名和密码才能登录系统，否则无法进入系统中，通过这种方式可以保证原先设定的程序不会被随便更改，同时还能对机械转轴焊接的质量起到保护作用。程序检修、子程序调用和初始化是主控制程序的主要组成模块，要对这些模块的参数提前设定好，才能有效的应用PLC技术。机械转轴焊接的子程序包括设置机器人行进路径、调整焊接参数、调整工装卡具位置等，属于重要的应用程序。在焊接过程中如果出现特殊情况，程序就会自动停止运行并发出警报[3]。如果主控制程序出现了问题，PLC系统就会自动切换到中断程序，同时出现问题的位置就会在人机交互界面中显现出来，系统数据库也会自动记录故障的类型，方便在后期的加工过程中进行分析比较。
4 數控PLC技术的参数稳定性以控制结果验证
为了对数控PLC技术在机械转轴焊接工作中的实际效果进行验证，可以选定一家生产机械转轴产品的厂家进行验证。以厂家A为例，目前该厂的机械转轴焊接生产线一共有12条，在2018年8月开始应用数控PLC技术，该厂的日生产量为4800台。从这12条机械转轴焊接生产线中选择一条应用了PLC技术的生产线作为研究对象，每半个小时记录一下PLC系统控制下焊接电流的变化情况，连续观察留个小时，其中工作电流越稳定，说明产品的焊接质量越好，稳定性越强，具体的分析结果如图1所示。
PLC控制系统下将电流控制在50A的输出状态能够提高机械转轴焊接的稳定性能，同时还能降低焊接产品的废品率。在机械转轴焊接中应用PLC控制技术后可以有效控制焊接废品的产生几率，且废品的等级也被控制在一到二级，具有可修复性，这在很大程度上减少了损失。而应用传统控制技术产生的焊接废品数量明显高于应用PLC控制技术之后，由此可见，如果依然采用传统控制技术将不利于该厂经济效益的提升，同时也为在机械转轴焊接中应用PLC控制技术奠定了理论基础。
5 结束语
综上所述，PLC控制技术早已得到了工业领域的认可和应用，将PLC控制技术应用在机械转轴焊接生产中也具有实际的应用效果，文章也通过实际论证证明了PLC控制技术的主控流程所发挥的重要功能，以及该技术在机械转轴焊接中提升系统电压和电流稳定性，降低焊接废品率的应用效果。
参考文献：
[1]孙林，樊川，廖建军.一种宽电压输入数字控制的功率因数校正器[J].微电子学，2018（03）.
[2]温暖，杨维明，彭菊红，王旭光.基于MCU的嵌入式系统的Bootloader设计[J].微电子学与计算机，2018（03）.
[3]罗卫红.数字化控制技术在逆变焊机中的应用[J].焊接，2017（09）.
关键词：PLC技术;组态软件;机械转轴;焊接
中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）16-0198-02
0 引言
数字控制技术在工业中具有广泛的应用，但是它需要依托计算机编程理论才能实现自动化操作，而一线操作人员又不具备这种编辑水平。PLC技术与组态软件的出现，能够从根本上解决企业应用自动化数控技术的问题。机械转轴焊接是一种要求精度极高的加工过程，传统的控制系统无法满足机械转轴焊接的高强度和高精度要求，而将PLC技术应用到机械转轴焊接中成为了当前重要的解决途径。
1 PLC技术与组态软件概述
PLC自动控制在工业领域得到了广泛的认可和应用，应用PLC控制技术不仅具有减少配置时间的功能，还具有性能高、价格低的优势，且在恶劣的环境中具有可靠的优越性。PLC即可编程控制器，是一种在数字计算机技术下专门应用于工业行业的电子控制装置，通过可编程序的存储器，对机电一体化设备及其生产过程实行控制。应用PLC技术的自动成型系统，不仅可以满足工业控制系统对快速性和开放性的要求，还能在很大程度上满足用户对可靠性和稳定性的需求。利用此技术可以提高企业生产效率，降低投入成本，提升经济效益。
组态软件是专门用来进行数据采集和过程控制的软件，它是一个能够快速的帮助用户建立属于自己的开发环境或hmi的软件工具。组态软件的出现使用户摆脱了手工或第三方编写hmi应用或购买专用的开放数据接口、工控系统的困境，可以通过组态软件建立最符合自身发展需求的应用系统。随着组态软件的发展，灵活的组态方式、开发环境、实施控制、实时数据库等为用户提供了快速建立通用层次、自动控制系统监控功能的软件工具，并能够提供分布式数据管理的功能，支持常见的通信协议和各种工控设备。
数控PLC技术通过采用梯形图语言的方式进行控制，具有易操作、形象、直觀的特征。PLC组态软件平台可以为用户提供多功能的组态功能，二者有效结合应用于机械转轴焊接中，可以通过可编程逻辑控制实现精密焊接，且能保证机械转轴加工的工作效率以及准确性和连续性。
2 机械转轴焊接中以PLC为主控制程序
数控PLC应用到机械转轴焊接中后，可以使操作人员通过人机交互窗口来执行程序，并在加工影像区输入焊接的子程序。数据PLC组态软件对于焊接程序的初始状态可以在端口程序中进行识别，并通过此软件对各种电子元件开关和外部的继电器开关实行控制功能，以此方式实现对机械转轴焊接的精准控制[1]。为了满足焊接程序的需求以及机械转轴的功能价值，操作人员需要将在操作台上放置需要加工的焊接零件，并将其固定牢固，然后通过PLC传感器对焊接机械的操作路径进行控制，如果焊接的路径超出预定范围，系统就会自动停止运行;如果都在预定可控范围内，该程序就会自动完成一系列的焊接过程。
数控PLC系统采用连接触点的方式实现虚拟控制的目标，基于逻辑电路采用的是并联电路，所以该程序可以无限循环使用，具有较强的复制功能。机械转轴焊接应用数控PLC技术具有数据处理、步进控制、计数控制和定时控制等功能。因为机械转轴焊接具有较高的复杂特性，利用PLC控制系统所具有的定时功能，能够帮助操作者进行输入和调取，同时便于对子加工程序进行修改，对于摆脱人为监控的操作弊端，实现远程监控的焊接操作具有巨大优势。对于应用数控PLC技术的焊接系统来说，在其内部装有计数器，可以对机械臂的运转状态进行实时监控，时刻观察其是否存在故障问题，保证它的正常运行功能。对于机械转轴焊接系统而言，在计数器的功能之上，还增加了自动步进功能，而PLC控制系统内有专门控制步进程序的系统，在执行完一个程序命令之后，系统会自动进入下一个程序中。随着科学技术的不断发展，也推动了数控PLC技术的快速发展，使其具有更加强大的功能，在机制转轴产品加工过程中，应用数控PLC技术，可以实现数制转换、移位传输等程序操作，加快焊接加工的工作速度，提升工作效率和工作质量，使其整个操作流程更加便捷化和智能化。数控加工过程中很可能会出现一些特殊情况和突然情况导致工作无法正常开展，而应用PLC技术后，在遇到突然停工的状态下，能够通过它的记忆功能对系统进行自动诊断，比使程序自动恢复的正常状态模式下。由于PLC程序的语言和逻辑程序可以根据需求进行改动和完善，因此焊接加工的操作人员可以应用数控PLC的编程器对焊接系统的运行状态进行实时监控，从而促进机械转轴焊接的稳定性、可靠性和精准性。
3 机械转轴焊接中应用数据PLC技术的实现过程
3.1 参数设置简述
在开展转轴焊接工作之间，应该对焊接零件进行防锈、清洗和去油的处理，同时还要结合PLC的控制程序以及焊接性能，对参数调整以及性能分析工作做好安排。机械转轴焊接加工过程中还要对碳迁移的过程、应力以及金属表面的焊接热裂纹等进行全面的考虑，使金属焊缝的稀释作用得到最大化的降低，而应用PLC技术以后这些基本要求都可以得以实现[2]。数控PLC焊接子程序将焊接预热的范围控制在焊道两侧45mm以内，而将机械转轴焊接的表面温度控制在210摄氏度以上，且采用数字预热方式来控制预热温度，从而降低金属应力为机械转轴焊接所造成的不良影响。为了不影响焊道的平整性，应该在焊接前就先分析并控制焊丝的基本状态，将其烘干温度控制在350摄氏度，且要保证此温度持续半个小时，当焊丝直径为2mm时，焊接电流不能太大，应设置为50-60A。焊接时要选择抗氧化性强的焊丝，焊接结束后还要使温度保持2小时。本文所采用的数控PLC程序为XDP-485软件，其具有程序导出导入机制以及离线编程功能，保证了操作的便捷性。且该软件还能借助PLC控制系统实现编程数据的上传和下载、设备的启动和停止以及程序的初始化设置，为操作人员的读取和使用提供了便捷的方式。 3.2 机械转轴实现精密焊接的过程
PLC系统在选择组态软件的时候选择了实用性和操作性较强的Touch Win编程工具，此工具具有模拟三维图库、三维立体模型编制功能以及多种语言的显示功能。在编制系统程序的时候选用XDP-485软件来完成整体设计，首先规划机械转轴的焊接流程，其次规划每个环节的操作步骤。系统程序在启用调取功能时，通过DP接口完成程序的写入环节，同时完成数据的导入和导出工作。机械转轴焊接在应用PLC组态软件进行调用时，可以实现CAE工程控制系统和CAD控制设计程序之间的自由转换。只要确定中断程序模块和主控制程序模块，PLC组态控制软件就能在数据冗余的状态下，增强焊接程序的稳定性。操作人员按照事先对机械转轴焊接设定好的标准和要求开始对程序执行操作。在应用PLC组态软件的时候系统具有自我保护功能，需要从登录界面输入用户名和密码才能登录系统，否则无法进入系统中，通过这种方式可以保证原先设定的程序不会被随便更改，同时还能对机械转轴焊接的质量起到保护作用。程序检修、子程序调用和初始化是主控制程序的主要组成模块，要对这些模块的参数提前设定好，才能有效的应用PLC技术。机械转轴焊接的子程序包括设置机器人行进路径、调整焊接参数、调整工装卡具位置等，属于重要的应用程序。在焊接过程中如果出现特殊情况，程序就会自动停止运行并发出警报[3]。如果主控制程序出现了问题，PLC系统就会自动切换到中断程序，同时出现问题的位置就会在人机交互界面中显现出来，系统数据库也会自动记录故障的类型，方便在后期的加工过程中进行分析比较。
4 數控PLC技术的参数稳定性以控制结果验证
为了对数控PLC技术在机械转轴焊接工作中的实际效果进行验证，可以选定一家生产机械转轴产品的厂家进行验证。以厂家A为例，目前该厂的机械转轴焊接生产线一共有12条，在2018年8月开始应用数控PLC技术，该厂的日生产量为4800台。从这12条机械转轴焊接生产线中选择一条应用了PLC技术的生产线作为研究对象，每半个小时记录一下PLC系统控制下焊接电流的变化情况，连续观察留个小时，其中工作电流越稳定，说明产品的焊接质量越好，稳定性越强，具体的分析结果如图1所示。
PLC控制系统下将电流控制在50A的输出状态能够提高机械转轴焊接的稳定性能，同时还能降低焊接产品的废品率。在机械转轴焊接中应用PLC控制技术后可以有效控制焊接废品的产生几率，且废品的等级也被控制在一到二级，具有可修复性，这在很大程度上减少了损失。而应用传统控制技术产生的焊接废品数量明显高于应用PLC控制技术之后，由此可见，如果依然采用传统控制技术将不利于该厂经济效益的提升，同时也为在机械转轴焊接中应用PLC控制技术奠定了理论基础。
5 结束语
综上所述，PLC控制技术早已得到了工业领域的认可和应用，将PLC控制技术应用在机械转轴焊接生产中也具有实际的应用效果，文章也通过实际论证证明了PLC控制技术的主控流程所发挥的重要功能，以及该技术在机械转轴焊接中提升系统电压和电流稳定性，降低焊接废品率的应用效果。
参考文献：
[1]孙林，樊川，廖建军.一种宽电压输入数字控制的功率因数校正器[J].微电子学，2018（03）.
[2]温暖，杨维明，彭菊红，王旭光.基于MCU的嵌入式系统的Bootloader设计[J].微电子学与计算机，2018（03）.
[3]罗卫红.数字化控制技术在逆变焊机中的应用[J].焊接，2017（09）.