基于PLC的激光测距系统,传动论坛,工控论坛,工业自动化论坛
张窝羊+周艳丽+张志昂
摘 要：针对当前焊接中自动化程度低、焊接效率低等问题，论文分别从硬件及软件两方面对激光自动焊接机控制系统进行了设计。
关键词：激光焊接；控制系统；设计
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.135
1 引言
伴随着工业技术的发展，激光自动焊接技术依靠其特有的优势，在汽车、船舶等领域扮演着举足轻重的角色，已成为焊接工艺技术领域中不可缺少的工艺之一。焊接工艺技术水平不仅影响工程进度，同时严重制约着工程质量。在影响焊接质量的因素中，如操作人员、材料、工艺、环境及设备，对其影响最大的当属设备，尤其是设备的质量及自动化程度。早期焊接项目中，大多都是工人拿着焊枪对工件直接焊接，随意性大、精度低。本文正是基于此背景下完成的。
2 系统控制结构
激光自动焊接机总体控制结构如图1。整个控制系统可分为现场级、控制级、管理级。其中现场级主要由X向伺服系统、Y向伺服系统、Z向伺服系统及其他系统组成。现场级的焊接信号经相应途径传至由PLC构成的控制级，再由工作人员通过由触摸屏构成的管理级对传输数据进行综合管理，以此完成激光焊接机的控制。整个控制系统中，可编程逻辑控制器作为控制系统的核心，用以控制各系统的正常运行。可编程逻辑控制器与触摸屏依靠ModBus通讯协议完成信息交换，实现了数据信号的准确、快速传输，从而保证了控制要求的实现[4]。
3 硬件设计
3.1 硬件组成
该系统硬件部分主要由PLC、控制电路、触摸屏、伺服系统、激光发射器及其他元件。焊枪主要在X/Y/Z三个方向上运动，其动作过程通过伺服系统与PLC实现自动控制。PLC依据其预先设置好的程序，控制激光发射器的开与关、焊枪的运动。工作人员将指令写入触摸屏，以ModBus通讯协议为途径，传至控制系统的核心-PLC，由PLC经一系列的逻辑运算后，将结果送至伺服驱动器及其他執行元件，以完成命令。
3.2 部分电路图及I/O分配
依据激光焊接机实际控制需求及PLC的I/O输出情况，选用S7-200系列中的CPU224XP作为系统控制单元，另配以EM253定位模块。该类型CPU在输入输出点数满足系统控制要求的同时，还同时拥有两个RS485通讯接口，能保证在与触摸屏通讯的同时，随时上传及下载PLC程序。I/O分配及部分电路图，分别见表1及图2。
4 软件设计
4.1 系统总体控制流程
本论文设计的控制系统中，为保证焊接的正常进行及焊接工艺的顺利实施，该PLC程序必须具备自我检测、自我判断、自我处理及上电初始化等功能。从图4可以发现，PLC上电后首先进行初始化，完成初始化以后，进行工作方式的选择（手动或自动），然后进行硬件自动检测，直到命令执行完毕，程序停止。
4.2 系统程序
为保证控制系统的精度，防止脉冲丢失引起的误差，依据该控制系统的控制要求，采用闭环伺服控制系统。借助于PLC自带的高速计数器，通过编码器采集伺服电机运转速度信号。[4]本系统控制程序主要由以下几个部分组成：主程序、脉冲输出子程序、初始化及硬件检测子程序、模拟量采集子程序。其中主程序主要是调用及处理各子程序间的关系，脉冲输出子程序主要为各伺服电机发送脉冲串，初始化及硬件检测子程序分别完成程序初始化及硬件检测，模拟量采集子程序主要处理激光功率及冷却水温等。部分主程序如图5。
4.3 触摸屏组态界面设计
为保证人机界面形象逼真，在进行组态界面开发之前，必须对该控制系统的工作流程分析。该控制系统组态界面开发要首先确认：人机交换界面分类、总页面及各页面之间的逻辑关系；手动/自动模式选择；确定所有输入输出点内容及显示。[4]基于以上分析，人机友好交换各界面流程如图，主监控界面如图。
5 结语
在完成了软硬件设计后，进行了PLC及触摸屏界面的调试，证明了基于PLC与触摸屏的激光自动焊接机控制系统的运行正常、可靠性能好，具有很高的实用价值。解决了当前焊接中传统焊接无法解决的难题，提高焊接效率及精度，节约了人力成本，为以后“成套性”激光焊接设备的发展提供了依据。
参考文献：
[1]林尚杨.我国焊接生产现状与焊接技术的发展[J].船舶工程，2005（S1）.
[2]家永平.波峰焊接技术的应用[J].航天制造技术，2004（03）.
[3]佟欣.激光焊接的特性及应用领域[J].焊接技术，2000，29（03）：11-12.
[4]戴琨.基于PLC的薄板激光焊接控制系统[J].焊接，2015（10）：60-63.endprint
