導(dǎo)語：縫合摩擦焊系統(tǒng)設(shè)計論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1總體設(shè)計方案

設(shè)計主要是實(shí)驗(yàn)焊機(jī)的電器控制元件及控制系統(tǒng)。本文縫合摩擦焊設(shè)備采用PLC控制系統(tǒng)。整個電控系統(tǒng)我們以PLC為主控制元件，采用人機(jī)界面為控制面板，操作簡單直觀。反饋的信號可以清晰的反應(yīng)到界面上，控制信息通過人機(jī)界面?zhèn)鬟f給PLC，經(jīng)由PLC處理分析后，再把信號下傳至執(zhí)行單元。

2PLC及外圍器件選型設(shè)計

2.1PLC選型

綜合考慮經(jīng)濟(jì)等各方面，縫合摩擦焊電控系統(tǒng)的控制器設(shè)計選擇西門子品牌的PLC。

2.1.1PLC控制規(guī)模確定

西門子PLC按照控制規(guī)模有如下分類，微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等.根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)情況，本設(shè)計選擇S7-200微型PLC.

2.1.2PLC的CPU模塊選擇

設(shè)計中用到的PLC僅需要控制一個伺服電機(jī)和一個簡單液壓系統(tǒng)，要有模擬量的輸入輸出，并且可以連接擴(kuò)展模塊。所以綜合考慮，選擇CPU22（4晶體管輸出），在滿足基本要求的基礎(chǔ)上又留有余量，可供后期實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。

2.2外圍器件的選型

因?yàn)橐簤核欧y的控制信號是模擬量的輸入信號，所以PLC不能直接輸入信縫合摩擦焊實(shí)驗(yàn)裝置的電控系統(tǒng)設(shè)計張旭博鄧秋實(shí)劉建康程旭明孫未中國石油大學(xué)（華東）山東青島266580號，因此PLC需要一個DA擴(kuò)展模塊來實(shí)現(xiàn)對伺服閥的閉環(huán)控制。伺服電機(jī)驅(qū)動器的控制信號是通過PROFIBUS-DP通信，所以PLC還需要一個帶有PROFIBUS-DP接口的擴(kuò)展模塊。

2.2.1模擬量擴(kuò)展模塊的選擇

設(shè)計選用模擬量擴(kuò)展模塊選擇同時具有輸入輸出點(diǎn)的EM235。EM235模擬量擴(kuò)展模塊可以提供了模擬量輸入/輸出的功能，可以直接與執(zhí)行器和傳感器相連，12位的分辨率和多種輸入/輸出范圍能夠在不需要外加放大器的情況下與傳感器和執(zhí)行器直接相連；可以根據(jù)實(shí)際需要靈活擴(kuò)展，并可以非常容易的調(diào)整用戶程序等。

3縫合摩擦焊焊接過程控制

3.1縫合摩擦焊焊接動作過程描述

設(shè)計采用伺服電機(jī)來控制焊接主軸的進(jìn)給運(yùn)動，通過液壓系統(tǒng)來控制主軸的高速旋轉(zhuǎn)。具體控制過程如下：啟動伺服電機(jī)，控制焊接主軸頭向下運(yùn)動到被焊工件處；開啟液壓系統(tǒng)，液壓馬達(dá)開始旋轉(zhuǎn)，帶動主軸旋轉(zhuǎn)；開始焊接，同時有主軸進(jìn)給和主軸旋轉(zhuǎn)；焊接完畢，主軸停止旋轉(zhuǎn)，同時向上運(yùn)動；主軸復(fù)位，關(guān)閉設(shè)備。

3.2液壓系統(tǒng)部分設(shè)計

3.2.1液壓控制原理

這個液壓系統(tǒng)比較簡單，用溢流閥控制系統(tǒng)的最高壓力，用液壓伺服閥控制馬達(dá)的啟停和主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

3.2.2液壓動力元件選型

設(shè)計要求主軸最高轉(zhuǎn)速為6000r/min，因此選用柱塞液壓馬達(dá)。設(shè)計焊接具體要求如下：主軸旋轉(zhuǎn)速度500r/min～6000r/min；焊接壓力最大值20kN；主軸頭液壓馬達(dá)最大扭矩50N•m。本設(shè)計選擇具體型號為A2FM12的柱塞液壓馬達(dá)。

3.2.3主軸旋轉(zhuǎn)具體控制過程

控制過程：首先通過PLC控制一個繼電器來控制液壓泵的啟動和停止。轉(zhuǎn)速控制信號由人機(jī)界面輸入，經(jīng)過PLC處理經(jīng)過模擬量擴(kuò)展模塊EM235控制液壓伺服閥工作，使液壓馬達(dá)獲得相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，同時，主軸上的轉(zhuǎn)速傳感器又將轉(zhuǎn)速實(shí)時反饋到PLC,形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，完成對主軸轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定控制。

3.3縫合摩擦焊軸向運(yùn)動控制

3.3.1伺服電機(jī)

伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。其主要特點(diǎn)是：當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。設(shè)計實(shí)驗(yàn)裝置需要慣量大、進(jìn)給速度低，做低速平穩(wěn)運(yùn)動，采用交流伺服電機(jī)。

3.3.2伺服驅(qū)動器

（1）轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中。

（2）位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度。一般應(yīng)用于定位裝置。

（3）速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號或直接負(fù)載的位置信號給上位回饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機(jī)軸端的編碼器只檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負(fù)載端的檢測裝置來提供了，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。設(shè)計選用速度模式，通過模擬量的輸入對伺服電機(jī)進(jìn)行控制。

3.3.3主軸進(jìn)給具體控制過程

具體控制方案是觸摸屏是人機(jī)對話接口，控制信息需要通過觸摸屏輸入，然后信息通過通信端口出入PLC，經(jīng)過PLC的運(yùn)算過后，以模擬量的形式傳送到伺服控制器的模擬量輸入端口，伺服控制器經(jīng)過對模擬量的運(yùn)算，然后驅(qū)動伺服電機(jī)輸出連接絲杠的主軸所需要的轉(zhuǎn)速。同時在主軸上安裝一個速度傳感器，將主軸的實(shí)時進(jìn)給速度反饋給伺服控制器，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到輸入速度的穩(wěn)定輸出。

作者:張旭博鄧秋實(shí)劉建康程旭明孫未單位:中國石油大學(xué)