DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統(tǒng)研究

王興剛中核建中核燃料元件有限公司，四川宜賓 644000

DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統(tǒng)研究

王興剛
中核建中核燃料元件有限公司，四川宜賓 644000

DZ-30n-A自動點焊機是我單位為滿足格架生產(chǎn)的需求與合作單位聯(lián)合研制的用于核燃料元件定位格架條帶彈簧的組裝點焊設(shè)備。本論文對該設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)的組成，工作原理，電氣特點，設(shè)備的優(yōu)缺點進行了研究，分析了電氣控制系統(tǒng)的核心部件：三菱PLC的邏輯工作流程，以及其與三菱GOT人機界面、運動控制模塊FX2N-10PG、伺服模塊MR-J2S的工作原理和使用方法。研究了其與SPATZ高頻逆變式焊接電源的電氣接口與連接。

自動點焊機；三菱PLC；GOT人機界面；運動控制模塊；SPATZ高頻逆變焊接；電源

隨著我公司產(chǎn)品的市場需求的逐年擴大，人力成本的不斷增加，以及對產(chǎn)品質(zhì)量精益求精的追求，生產(chǎn)線現(xiàn)有的設(shè)備產(chǎn)能已不能滿足實際需求，迫切需要研制效率更高、性能穩(wěn)定的新一代設(shè)備。DZ-30n-A自動點焊機和上一代DZ-30n自動點焊機相比，主要有以下電氣特點：1）電控系統(tǒng)硬件升級。新焊機采用日本三菱PLC、三菱伺服定位模塊、三菱GOT人機界面，產(chǎn)品的穩(wěn)定性和各項電氣性能指標(biāo)都優(yōu)于第一代焊機；2）電氣控制的集成度有較大的提高，縮小了設(shè)備的體積和占地面積，美觀程度優(yōu)于第一代；3）由于使用了三菱GOT1000系列的人機界面，使得可以顯示的信息量和可以操作的軟元件種類都要優(yōu)于第一代的產(chǎn)品，使得人機界面可以設(shè)計得非常友好和便于操作；4）三菱FX2N系列定位模塊的使用使得焊機速度有了極大的提升，提高了生產(chǎn)效率。

1 DZ-30n-A自動點焊機的結(jié)構(gòu)組成及工作原理概述

自動點焊機為臺式結(jié)構(gòu)，主要由焊接電源、工作臺、氣動系統(tǒng)、二維滑臺、上下機頭、夾具和控制器等組成。該焊機在焊接過程中，由人工安放工件后，啟動焊機自動完成焊接過程。每次焊接循環(huán)完成一個條帶的焊接。

2 DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統(tǒng)組成

DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統(tǒng)主要由三菱FX2N-80MR型PLC、FX2N-10PG脈 沖 輸 出 模 塊、MRJ2S-40A伺服驅(qū)動模塊、HC-KFS43伺服電機、GT1175-VNBA-C人機界面、SPATZ6000H逆變電源單元和SPATZ BG-02焊接編程單元，以及隔離變壓器、直流電源模塊等外圍元件組成。

2.2 DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統(tǒng)工作原理

DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統(tǒng)的核心是PLC，它接收來自外圍開關(guān)和GOT人機界面的開關(guān)信號和控制數(shù)據(jù)，并對它們進行運算。將運算的結(jié)果送到GOT人機界面和輸出模塊，實時顯示狀態(tài)信息和控制外圍開關(guān)量來控制各個氣閥的開閉以及焊接動作控制，達到控制機器動作的目的。

PLC對于X軸的位置控制是通過FX2N-10PG脈沖輸出模塊、MR-J2S-40A伺服驅(qū)動模塊、HC-KFS43伺服電機來實現(xiàn)的。PLC接收來自GOT人機界面的運動控制命令并進行運算，將運算結(jié)果傳遞給FX2N-10PG脈沖輸出模塊，MR-J2S-40A伺服驅(qū)動模塊接收來自FX2N-10PG脈沖輸出模塊的控制信息，進行運算放大來推動HCKFS43伺服電機，再由HC-KFS43伺服電機帶動X軸絲杠進行旋轉(zhuǎn)，再由工作臺上的絲杠螺母將絲杠的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為X軸的直線運動，從而達到控制X軸精確定位的目的。

DZ-30n-A半自動點焊機電氣控制系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示。

3 伺服定位系統(tǒng)在DZ-30n-A自動點焊機中的應(yīng)用

3.1 自動點焊機伺服定位系統(tǒng)組成及工作原理

DZ-30n-A自動點焊機伺服定位系統(tǒng)是由三菱FX2N-80MR型PLC、FX2N-10PG脈沖輸出模塊、MR-J2S-40A伺服驅(qū)動模塊、HC-KFS43伺服電機組成的。

PLC將控制運動所需的零點地址、進給速率、原點數(shù)量、脈沖率、最大速度、偏置速度、加速時間、減速時間、目標(biāo)地址等參數(shù)通過“TO”或者“DTO”指令送到FX2N-10PG脈沖輸出模塊的BFM（數(shù)據(jù)緩沖寄存器）中，并通過“FROM”或者“DFROM”指令讀取FX2N-10PG內(nèi)BFM（數(shù)據(jù)緩沖寄存器）的實時信息。PLC的輸出觸點控制FX2N-10PG的啟動和中斷。FX2N-10PG根據(jù)PLC輸入的參數(shù)信息產(chǎn)生1Hz-1MHz的脈沖序列并輸出到MR-J2S-40A伺服驅(qū)動模塊，MR-J2S-40A伺服驅(qū)動模塊對脈沖序列進行運算放大驅(qū)動HC-KFS43伺服電機，伺服電機帶動X軸絲杠進行旋轉(zhuǎn)，再由工作臺上的絲杠螺母將絲杠的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為X軸的直線運動，從而達到控制X軸精確定位的目的。

3.2 MR-J2S伺服驅(qū)動模塊的使用分析

三菱MR-J2S伺服驅(qū)動模塊是在MR-J2伺服基礎(chǔ)上開發(fā)的具有更高性能的更多功能的伺服系統(tǒng)?？刂颇Ｊ接形恢每刂?、速度控制、扭矩控制3種。還有位置/速度控制、速度/轉(zhuǎn)矩控制、轉(zhuǎn)矩/位置控制這些切換控制方式可供選擇，使用靈活。該模塊在DZ-30n-A自動點焊機中使用的是位置控制方式。三菱MR-J2S系列的伺服電機編碼器采用了分辨率為131072脈沖/轉(zhuǎn)的高分辨率的編碼器，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的位置控制。它可以使用高達500kpps的高速脈沖串控制電機的速度和方向，故能夠?qū)崿F(xiàn)較高的運動速度。

MR-J2S伺服驅(qū)動模塊在使用時必須根據(jù)需要正確地設(shè)置伺服參數(shù)，否則將不能正確運行。MR-J2S伺服驅(qū)動模塊的參數(shù)分為：基本參數(shù)（No.0-No.19）、擴展參數(shù)1（No.20-No.49）、擴展參數(shù)2（No.50-No.84）。其中No.3、No.4（電子齒輪）、No.21（指令脈沖串）設(shè)置時要與FX2N-10PG中的相關(guān)參數(shù)一致，否則設(shè)備將不能正常運行。

4 SPATZH6000高頻逆變電源在DZ-30n-A自動點焊機中的應(yīng)用

德國進口的SPATZH6000高頻逆變電源的開關(guān)頻率高達20KHz，能夠?qū)崿F(xiàn)對放電電流的精確控制。焊接電流最高能夠達到9 000A?？删幊?3套焊接規(guī)范，16個焊接脈沖/每個規(guī)范。選擇恒壓，恒流，恒功率控制。記錄最近10 000個焊接數(shù)據(jù)，用于質(zhì)量保證。13個數(shù)字量輸入，8個數(shù)字量輸出。在SPATZ BG-02編程器上可以顯示焊接電流，電極電壓，電阻，功率，電極壓力，電極壓痕深度，觸發(fā)角等。用圖形表示最近100次焊接的測量值曲線。能記錄最近100次不良焊接的故障，具有清晰主題信息的故障分析。

5 對DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統(tǒng)的分析研究總結(jié)

DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統(tǒng)與DZ-30n自動點焊機相比，主要在以下3個方面有較大進步：1）工作效率有了較大提高；2）人機界面功能豐富，信息量大大增加，方便了操作者的使用和對各種參數(shù)進行調(diào)整，使用的靈活性大大增加；3）電氣控制的集成度有較大的提高，縮小了設(shè)備的體積和占地面積，美觀程度優(yōu)于第一代。

DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統(tǒng)可以進行以下3個方面改進：1）可以增加X軸反向間隙補償功能，提高定位精度；2）在GOT中增加維修用的診斷界面；3）優(yōu)化運動參數(shù)，提高工作效率。

［1］廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［2］陳蘇波，等.三菱PLC快速入門與實例提高［M］.北京：人民郵電出版社，2008.

［3］三菱電機.FX1SFX1NFX2N2NC系列編程手冊.

［4］三菱電機.MR-J2S-A技術(shù)資料集.

［5］三菱電機.GT Designer2版本2畫面設(shè)計手冊（對應(yīng)GOT1000系列）.

［6］三菱電機.FX2N-10PG用戶手冊.

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1674-6708（2016）168-0173-02

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