控制柜DIN導(dǎo)軌安裝方式探討

趙志勇

摘? 要：DIN導(dǎo)軌目前已廣泛應(yīng)用各類(lèi)電氣自動(dòng)化設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境中，目前大多情況下采用螺絲連接安裝，文章嘗試一種新的安裝方式——機(jī)器人點(diǎn)焊，以提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：DIN導(dǎo)軌;點(diǎn)焊機(jī)器人;生產(chǎn)效率

中圖分類(lèi)號(hào)：TM505? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）09-0128-02

Abstract： At present， DIN guideway has been widely used in the field installation environment of all kinds of electrical automation equipment， and screw connection is used in most cases. This paper tries a new installation method-robot spot welding， in order to improve the automation level of production process and improve production efficiency.

Keywords： DIN guideway; spot welding robot; production efficiency

1 概述

DIN導(dǎo)軌是電氣控制柜及自動(dòng)化設(shè)備中常用的一個(gè)零部件，符合德國(guó)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于其安裝電氣元器件的便捷性，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化、工業(yè)及民用等多個(gè)領(lǐng)域中。DIN導(dǎo)軌常用材料主要為鐵和鋁合金，每一種材質(zhì)的DIN導(dǎo)軌都有多種規(guī)格型號(hào)，其中最常用的DIN導(dǎo)軌規(guī)格為35mm（寬度）×7.5mm（深度）×1mm（厚度）。目前很多電氣設(shè)備廠商都已推出符合DIN35標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，例如西門(mén)子、施耐德、ABB、菲尼克斯等著名廠商的可編程邏輯控制（PLC）、空氣開(kāi)關(guān)、電源、端子等，不同廠商的電器元器件都可以安裝在同一個(gè)規(guī)格的DIN導(dǎo)軌上，很大程度上提高了電氣元器件安裝的便捷性及互換性。

本文嘗試一種新的DIN導(dǎo)軌安裝方式——機(jī)器人點(diǎn)焊，以提高生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度。

2 電阻點(diǎn)焊原理及特點(diǎn)

2.1 電阻點(diǎn)焊原理

點(diǎn)焊技術(shù)是Elihu Thomson在1877年偶然發(fā)現(xiàn)的，屬于壓接技術(shù)的一種，因?yàn)槠浣M合便捷、速度快、變形量小、機(jī)械應(yīng)力（拉力、剪力、彎曲、彎曲等）好、富有彈性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)制造、航空航天等領(lǐng)域。點(diǎn)焊是將兩塊金屬重疊在一起，施加壓力并通以一個(gè)大的電流，由于金屬件接觸部位存在阻抗而產(chǎn)生熱量形成高溫，當(dāng)溫度達(dá)到金屬的熔點(diǎn)時(shí)，金屬件將會(huì)開(kāi)始融化，在施加的壓力作用下，兩塊金屬被壓合在一起形成焊點(diǎn)。如圖1所示，利用焦耳定律得知，金屬塊之間焊點(diǎn)產(chǎn)生的熱量Q為：

其中i、rew、rw、rc分別為電流值、電極與金屬塊的接觸電阻值、金屬塊的自有阻抗值、金屬塊之間的接觸電阻，t為電流的作用時(shí)間。

電阻點(diǎn)焊的焊接過(guò)程一般分為四個(gè)階段：預(yù)壓、焊接、維持和休止，如圖1所示。

在預(yù)壓階段，包含壓力上升和壓力恒定兩個(gè)部分，為了保證焊接質(zhì)量，必須根據(jù)金屬塊的材質(zhì)和厚度選擇對(duì)應(yīng)的壓力，目的是建立穩(wěn)定的電流通道（F>0，I=0）。

在焊接階段，焊接電流通過(guò)金屬塊，隨著溫度的上升，接觸部位的金屬逐漸融化，從而獲得尺寸變化小的焊點(diǎn)（F>0，I>0）。

在維持階段，切斷焊接電流，焊接壓力繼續(xù)維持恒定，焊點(diǎn)因水冷系統(tǒng)迅速冷卻（F>0，I=0）。

在休止階段，電極開(kāi)始提起離開(kāi)焊接位置，回到起始狀態(tài)（F=0，I=0）。

2.2 電阻點(diǎn)焊特點(diǎn)

點(diǎn)焊時(shí)焊件成搭接接頭并壓緊在兩電極之間，其主要特點(diǎn)如下：

（1）電阻點(diǎn)焊的熱量非常集中，焊接時(shí)間短、焊接變形量小。

（2）電阻點(diǎn)焊不需要填充材料，不需要?dú)怏w保護(hù)。

（3）電阻點(diǎn)焊因其操作工藝非常簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員的技能要求不高，非常容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

（4）電阻點(diǎn)焊勞動(dòng)強(qiáng)度小，不產(chǎn)生污染氣體，工作環(huán)境好。

（5）電阻點(diǎn)焊可以焊接同一種金屬或不同類(lèi)型金屬。

（6）電阻點(diǎn)焊由于其電流大，對(duì)電網(wǎng)的沖擊比較大。

（7）電阻點(diǎn)焊的設(shè)備復(fù)雜且不易于維修。

（8）電阻點(diǎn)焊缺乏在線檢測(cè)焊接質(zhì)量的技術(shù)手段。

3 點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)及工作原理

3.1 點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)及工作原理如圖2，該系統(tǒng)由可編程控制PLC、點(diǎn)焊機(jī)器人（IRB1410和IRC5控制器）、焊槍、焊接控制器及焊接輔助設(shè)備（壓縮空氣、冷卻水、電極修磨器）構(gòu)成。

圖2 點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)工作原理

為確保點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)各工作單元數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性，采用MODBUSTCP+數(shù)字I/O+模擬量實(shí)現(xiàn)相互通信，MODBUSTCP是當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域中廣泛使用的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，因傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)和距離傳輸遠(yuǎn)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)和分散式I/O之間的通信。

上電后自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)的初始化：檢測(cè)各系統(tǒng)部件的狀態(tài)，主要包含點(diǎn)焊機(jī)器人是否回到安全位置、焊接工作是否完成;傳感器、氣源壓力等是否正常。對(duì)于安全信號(hào)，進(jìn)行分級(jí)處理，重要的安全信號(hào)通過(guò)硬線連接，觸發(fā)設(shè)備停機(jī);對(duì)于低級(jí)別的安全信號(hào)，則有PLC控制器發(fā)送停止信號(hào)。焊接過(guò)程中，實(shí)時(shí)檢測(cè)各工作單元的工作狀態(tài)，假如任何一個(gè)工作單元發(fā)生故障，系統(tǒng)自動(dòng)停止工作，并通過(guò)聲光方式提醒操作人員，同時(shí)在觸摸屏上以故障列表的形式顯示故障部件、故障原因及解決方法等信息。焊接電流、焊接時(shí)間、焊接壓力、焊接位置等焊接參數(shù)均可通過(guò)觸摸屏進(jìn)行設(shè)定，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，方便快捷。

3.3 點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)布局

圖3為點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)布局。

3.4 實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證DIN導(dǎo)軌點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)的可行性與焊接參數(shù)優(yōu)化，選擇一組DIN導(dǎo)軌進(jìn)行試驗(yàn)，在焊接壓力為2250N的情況下，調(diào)整焊接電流、焊接時(shí)間，得到如圖4所示的焊點(diǎn)。

考慮到生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量穩(wěn)定性，電流設(shè)置偏差在正負(fù)20A以內(nèi)，搏動(dòng)在40A以內(nèi)，參照實(shí)測(cè)焊點(diǎn)情況，焊接壓力設(shè)置偏差允許在±300N以內(nèi)，波動(dòng)在均值±90N以內(nèi)。

4 結(jié)論

目前，DIN導(dǎo)軌焊接安裝方式已進(jìn)行研究試驗(yàn)驗(yàn)證，但目前還需要進(jìn)一步開(kāi)拓市場(chǎng)應(yīng)用。其實(shí)現(xiàn)難度有兩點(diǎn)：（1）控制柜背板的材質(zhì)無(wú)法統(tǒng)一，PVC板、鍍鋅板、鐵板、噴塑板材等，各種材質(zhì)的板材導(dǎo)電率不一樣，甚至無(wú)法導(dǎo)電;（2）DIN導(dǎo)軌與電氣器件直接機(jī)械卡扣連接形式不一，各大電氣器件廠商都有自己對(duì)應(yīng)的卡扣形式，沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

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