基于PLC的点焊机控制系统论文说明书

1、摘要点焊机作为一种重要的工业用具，在当今的工业生产中占着很重要的位置。点焊是一种重要的焊接工艺，具有成本低、生产效率高、易于实现自动化和节省材料等特点。如今，传统的点焊机自动化程度低，生产效率不高，焊点质量差，这已经不能满足工业发展的需求。因此，需要开发一种自动化程度高的点焊机控制系统。本文的点焊机控制系统系采用PLC加触摸屏的控制方式，能很大程度的提高企业的生产效率，减少废品率。本文所涉及的点焊机系采用双面双点过流焊接的原理，工作时工件被压在两个电极之间,在压力的作用下两电极之间产生电阻。当有电流通过时，就会产生高温电弧，高温融化被焊接的工件，并且电流瞬间从另一电极沿工件流至此电极，并形成回

2、路，不对被焊工件的内部结构产生伤害。和传统半自动化点焊机相比较，该设备焊出的焊点及焊缝长度分布更均匀、效率更高，节省人力。 本次设计的点焊机由可转动的圆形工作台、带动电机左右移动的横梁以及控制电机上下运动的主轴构成。主要加工某公司旋转座椅的零部件，一共有三个工位需要加工，这三个工位的运动控制都是由伺服系统完成精确的定位控制。3套伺服系统分别控制X、Y、Z轴完成精确定位，PLC则对伺服电机驱动器进行控制，伺服驱动器则负责驱动伺服电机。关键词：信捷PLC；伺服电机 ；触摸屏IAbstractSpot welding as an important industrial appliances, oc

3、cupied a very important position in today's industrial production. Spot-welding process is an important, low cost, high efficiency, easy to automate and saving materials and so on. Today, the traditional spot welding low degree of automation, production efficiency is not high, poor weld quality,

4、 which can not meet the needs of industrial development. Therefore, the need to develop a high degree of automation control system of spot welding. Spot welding control system system control PLC paper, plus a touch screen, to a large extent improve production efficiency, reduce scrap rates. Spot wel

5、ding system referred to herein using double-sided double-point overcurrent welding principle, the work piece is pressed between two electrodes under pressure produces resistance between the two electrodes. When a current is passed, it will have a high temperature arc, high melting temperature of the

6、 workpiece to be welded, and the current moment from the other electrode along the workpiece flow to this electrode, and form a loop, does not harm the internal structure is the welder member. And the traditional semi-automatic welding machine compared to the device solder joints and weld length out

7、 more evenly distributed, high efficiency and save manpower.The design of the spot welding by a rotatable circular table, motor driven beam move around and up and down movement of the spindle motor control composition. The main processing components rotating seat of a company, a total of three stati

8、ons need to be processed, these three stations precise motion control is done by the servo positioning control system. 3 sets of servo control the X, Y, Z axis for accurate positioning, PLC is to control the servo motor drives, servo drives are responsible for driving the servo motor.Keywords: XinJi

9、e PLC; servo motor; touch screenI目录摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1课题意义11.2 课题的国内外现状及趋势11.2.1国内电焊机科技水平及发展趋势11.2.2国外电焊机科技水平的现状和发展11.3课题内容2第2章 点焊机工艺的介绍32.1 点焊机控制系统32.1.1 系统原理32.1.2 系统控制框图32.2 点焊机控制系统的结构介绍42.3 点焊的基本原理42.4 点焊机控制系统的工艺流程52.5本章小结6第3章 控制方案比较73.1 方案比较73.1.1确定控制方案73.1.2确定控制方向83.2 本章小结8第4章 硬件设计94.1 控制

10、要求94.2 控制方案94.3 硬件控制系统94.4 硬件选型104.4.1 PLC选型104.4.2 伺服电机的选型114.4.3 伺服驱动器的选型124.4.4 触摸屏的选型144.4.5 熔断器的选型154.4.6 按钮开关的选型154.4.7 行程开关的选型164.4.8 焊枪的选择174.4.9 交流接触器的选型174.5 PLC的I/O地址表184.5.1.输入点184.5.2.输出点184.6 PLC外部接线图194.7本章小结19第5章 伺服系统设计205.1 系统设计思想205.2 伺服方案设计205.3 半闭环控制系统205.4 伺服驱动器与伺服电机的连接215.4.1 伺

11、服单元CNO接口225.4.2伺服单元CN1接口225.4.3伺服单元CN2接口235.5 位置控制设定235.5.1 操作模式选择235.5.2 电子齿轮比的设定245.6寻找参考原点245.7本章小结25第6章 软件设计266.1 软件设计思想266.2 软件流程图266.3 各主要程序276.3.1 初始化程序276.3.2 高速计数指令的应用276.3.3 DPLSY脉冲输出指令286.3.4 精确定位程序296.4 本章小结29第7章 触摸屏系统307.1 触摸屏画面的制作307.1.1 新建工程307.1.2 开机动画制作317.1.3 主菜单画面制作317.1.4 自动控制画面制

12、作327.1.5 实时监控画面制作337.2 触摸屏调试337.3 变量定义347.4 本章小结34第8章 程序调试35总结36参考文献37致谢38附录A 伺服驱动器硬件接线39附录B PLC外部接线图40附录C 主程序41第1章 绪论1.1课题意义点焊机作为一种重要的工业用具，在当今工业生产中占着举足轻重的位置。点焊工艺是一种很重要的焊接工艺，具有生产效率高、低成本、节省材料和易于实现自动化等特点。如今，国内传统的点焊机控制系统自动化程度低，已经不能满足现代工业发展的需求。因此，需要一款新式的点焊机控制系统，实现生产的自动化，进一步提高生产效率。现设计出一款点焊机控制系统，本系统采用PLC加

13、触摸屏的控制，利用三套伺服系统对三个运动轴进行精确的控制与定位，能实现自动化生产，极大的提高了生产效率，对工业生产实现自动化有很大的意义。1.2 课题的国内外现状及趋势 1.2.1国内电焊机科技水平及发展趋势1. 逆变式手工电弧焊机以及手工电弧焊机大部分已经采用了IGBT等新型电子元器件，并且在某些场合可以替代弧焊整流器，但是其可靠性比起一般手工弧焊机来说尚有差距。 2.MIG/MAG焊机在推拉式送丝机构这方面还需继续改进，脉冲MIG/MAG焊机的改进方向为：减少飞溅、引弧、收弧等。 3.在不锈钢焊接中广泛应用的是TIG焊机，因此发展比较快的是晶闸管式以及磁放大器式，逆变式

14、只占一小部分。现如今大多交流TIG焊机已采用矩形波输出，大部分采用电子以及磁场混合控制来获得矩形波，最近国内也出现了逆变式交流矩形波TIG焊机，但技术尚未成熟，还有待于市场的考验。在国内宇航工业生产过程中，需要焊接较厚的长焊缝，要求电流在500A以上、负载持续率100%的大容量TIG焊机，但是此类产品在国内尚属空白。 4.埋弧焊机在2000A以上的很少，有必要进一步发展。大多埋弧焊机的操作部份为单一的中型小车结构，通用性差，不够灵活。因此需要发展轻型和重型小车结构，增强产品的通用性，并可加装成双丝或多丝结构，进一步提高生产率。 5.目前国内的电阻焊机多为中等容量，较大的如4

15、00kVA以上则较少，较小的如适宜于小型、微型结构的1kVA以下的精密电阻焊机则更少。点、凸焊控制器虽有进步，但大多为合资企业产品，为了保证产品质量，关键部份基本依赖进口。因此，开发和研制出自行设计制造的控制器亦是方向之一。 1.2.2国外电焊机科技水平的现状和发展 1.逆变焊机被某些著名的电焊机生产厂不断改进，使它的可靠性进一步提高，已接近一般电焊机的故障率，即1%左右。利用逆变焊机的固有的特征，使电弧控制迈出了新的一步。 2.非传统（非电弧、电阻）焊技术的应用和设备发展迅速，现已有：摩擦缝焊(FrictionSeamWelding）、摩擦搅拌焊(Frictio

16、nStirWelding）、摩擦堆焊(FrictionSurfacing)、摩擦插入焊(FrictionPlunge)、摩擦切割(FrictionCutting)等等。 3.微处理器及计算机已普遍应用，但距完全的智能控制尚有距离。 4.焊接机器人的应用更为广泛。 5.小型、微型电阻焊机日趋成熟和普及。 1.3课题内容1.对课题进行简要的介绍，主要介绍点焊机控制系统的背景及现状；2.详细介绍点焊机控制系统的工艺流程和原理；3.方案比较，主要比较继电接触器控制系统、单片机控制系统和PLC控制系统；4.硬件设计，主要包括控制系统的硬件设计系统框图、硬件的选型、

17、PLC外部接线图及I/O分配表；5.伺服系统设计，主要包括各伺服单元之间的连接,伺服驱动器的标准接线 ； 6.软件设计，主要包括确定软件设计思想，软件设计流程图，主要程序及相应的解释；7.触摸屏设计，包括触摸屏的制作，离线模拟调试，用触摸屏来监控；8.系统的调试，以及调试中遇到的问题；43第2章 点焊机工艺的介绍2.1 点焊机控制系统2.1.1 系统原理点焊的工艺过程为：将焊件表面清理干净。装配准确后，送入上、下两电极之间，施加压力，使其接触良好。通电使工件接触表面受热，局部熔化，形成熔核。断电后保持压力，使熔核在压力下冷却凝固形成焊点。去除压力，取出工件。焊接电流、电极压力、通电时间及电极工

18、作表面尺寸等点焊工艺参数对焊接质量有重大影响。点焊机中有正负两极电流，当焊枪动作时，正负两级就会接通，在瞬间产生高温并且熔化两电极间的被焊材料，使被焊材料相结合。点焊机的构成比较简单，总的来说就是一个大功率的变压器。其利用电感的原理将220V交流电（可以是直流的也可以是交流的）变为低电压，大电流的电源。电感量在断开和接通时会产生巨大的电压变化，利用正负两极在瞬间接通时产生的高温电弧来熔化被焊接材料，来达到使它们结合的目的。本次设计的点焊机由可转动的圆形工作台、带动电机左右移动的横梁以及控制电机上下运动的主轴构成。主要加工旋转座椅的零部件，一共有三个工位需要加工，这三个工位的运动控制都是由伺服系

19、统完成精确的定位控制。实物图如下：图2-1 点焊机控制系统实物图2.1.2 系统控制框图本系统由可编程控制器，上位机（触摸屏），伺服电机及其伺服驱动器等组成，经触摸屏设置系统参数，可编程控制器发出运算控制信号给伺服驱动器，通过伺服驱动器控制伺服电机，系统框图如下：图2-2 系统控制框图2.2 点焊机控制系统的结构介绍本次设计的点焊机结构如下图2-3，主要由触摸屏、可转动的圆形工作台、带动电机左右移动的横梁以及控制电机上下运动的主轴构成。图2-3 点焊机控制系统结构图横梁设置为X轴，主轴设置为Y轴，工作台设置为Z轴，两个伺服电机分别控制带动电机左右移动的横梁以及电机上下运动的主轴。工作台上的伺服

20、电机则负责工作台的旋转。同时，在X轴的最左端和Y轴的最上端都装有限位开关。触摸屏则负责人机界面，实现简易化操作。2.3 点焊的基本原理电阻点焊是把被焊接的工件压紧在两电极之间，利用电阻热融化被焊接金属，形成焊点的电阻焊方法。电阻点焊原理如下图所示：图 2-4 点焊原理图将被焊接的焊件3压紧在两电极2和5之间，同时施加压力。施加压力后，变压器1向焊接区通过强大的焊接电流。在被焊接的焊件3的接触面上形成真实的物理触点，物理触点随着通电加热的进行而不断扩大。热能与塑变能使接触点的原子不断激活，接触面消失。当继续加热,金属融化形成融化核心，即4所指出的部分，熔核中的液态金属在电动力下强烈搅拌，熔核内心

21、的金属成分均匀化，结界界面迅速消失，加热停止后，金属凝固，焊接完成。2.4 点焊机控制系统的工艺流程点焊机控制系统划分为：第一次焊接，回等待位。工作台旋转，第二次焊接，回等待位。工作台旋转，第三次焊接，回等待位这些部分组成。下图为工艺流程图。图2-5 点焊机控制系统工艺流程图打开电源，焊枪在原点位置等待。当按下一次启动按钮，PLC发送脉冲给伺服驱动器，伺服驱动器控制X、Y轴的伺服电机，横梁和主轴开始运转，当达到设定的一次焊接的位置时，焊枪开始工作，焊接2S后，焊枪停止工作，回到设定的等待位置。之后工作台带动工件旋转45度，定位完成后横梁和主轴又开始运转，当到达设定的第二次焊接的位置时，焊枪又开

22、始工作，焊接2S后，焊枪停止工作并回等待位。工作台再次旋转45度，横梁和主轴又开始运转，当到达设定的第三次焊接的位置时开始第三次焊接，焊接完成后，回到等待位，最后工作台转到初始位置（反转90度），整个加工流程结束。2.5本章小结本章首先介绍了点焊机控制系统的结构组成和工作原理，大概了解一下点焊机控制系统。其次介绍了工艺流程，形象鲜明的把点焊机系统的工作过程在图上反应出来，便于理解，为下面的设计做好铺垫。第3章 控制方案比较3.1 方案比较3.1.1确定控制方案下面比较继电接触器控制系统，PLC控制控制系统以及单片机控制系统的优缺点，最后选择一种控制系统。1.继电接触器控制系统继电接触器控制也称

23、电气控制，主要是由继电器、接触器、按钮和行程开关等电气元件组成，主要是通过线圈的吸合来控制线路的开通和断开的。具有以下优点：电路抗干扰能力较强； 电路图反应直观，容易掌握；性价比高。缺点：体积庞大，线路复杂，故障检查维修困难，触点动作时容易产生电弧；控制功能相对单一，当逻辑控制发生改变时，必须要修改整体线路，重新分配；并且只能控制一些相对比较简单的开关量设备，不能控制有模拟量输入输出的设备。2.单片机控制系统单片机也称单片微型计算机，在一块半导体芯片上集成有输入/输出接口、程序存储器ROM和数据存储器RAM、中央处理器CPU、计数器和定时器以及内部、外部中断系统。其优点是：外部存储容量容易扩展

24、，设计比较灵活；成本低，外围的一些电路元器件价格也相对低廉；编程使用C语言，相对方便，软件设计可以直接调用现有的子程序简单方便。缺点：系统的抗干扰能力较差；硬件设计相对复杂，电路设计工作量大，系统开发时间长；需要设计独立的电源，可靠性差；3.PLC控制系统PLC控制系统主要是由PLC与用户选择的输入输出设备连接而成的。其具有以下优点：控制功能较多，可以实现计数、定时、算术运算以及逻辑运算等功能，通过编程可以实现复杂的控制功能；采用触摸屏或上机位的控制，控制界面简洁易懂，当需要改变控制时，只需要改变程序即可，接线简单，通用性好，对各种控制系统都用很强的适应性；没有机械触点，可靠性高，能有效避免电

25、弧损害、接触不良等现象；定时范围广并且精确；耗电量小，体积较小，安装简单，接线和编程可以同步进行，扩展灵活多样。缺点：价格昂贵，成本较高；体系结构比较封闭，各个PLC厂家之间的硬件体系是互相不兼容的，编程语言与指令系统各不相同。综上所述，并且结合实际，本次设计的点焊机控制系统，输入输出点都比较多，而且有伺服系统在里边，所以继电接触器系统不适合采用。单片机虽然体积小价格便宜但是其适合用于小型控制系统，如仪器仪表等，而PLC虽然价格较高，但是却更适用于工业控制系统中。所以，综合比较用PLC控制系统比继电接触器控制系统和单片机控制系统要合理。3.1.2确定控制方向点焊机控制系统是一个庞大的系统，涉及

26、到伺服反馈系统，作为毕业设计，如果将其中每个系统都介绍完整是不现实的，因此只侧重于系统的操作过程和软件的仿真，也就是所有的编程以及介绍只是简单的从操作下手的。3.2 本章小结本章介绍了控制要求和方案比较，方案比较包括控制方案的确定以及控制方向。控制要求主要是对继电器控制系统、PLC控制系统以及单片机控制系统的比较，然后通过比较确定用PLC控制系统。控制方向主要是对真空压力浸漆控制系统进行深入研究后，确定只研究操作过程，不深入研究各个系统。第4章 硬件设计4.1 控制要求本次设计要求能实现各运动轴的精确定位，能用触摸屏方便快捷的进行机床的操作。在工业生产中，安全需要放在首位，不单在软件上设置安全

27、保障，硬件电路中也需采用空气开关和熔断器断路保护。同时，产品的质量是企业生存的保障，在保障安全的同时，应尽可能采取一切措施控制精度，提高产品质量。为了确保程序不跑丢，我们需要设置在伺服驱动就绪的情况下，可编程控制器才能够运行，尽可能的降低次品率。并且要求机床X、Y这两个运动轴的定位误差不超过0.02mm。4.2 控制方案硬件的选型是系统运行的基础，因此要确保在以后的生产中使系统安全、稳定的运行。这就要求在设计过程中，设计出性能较好、稳定的电路和选择性能良好的元器件。我们所选的控制方案为：PLC控制伺服驱动器，伺服驱动器控制伺服电机来实现精确定位。因此，选用合适的可编程控制器和伺服系统是本次设计

28、能否成功的关键。4.3 硬件控制系统图4-1 硬件控制系统框图由硬件控制系统框图可以看出焊枪是由继电器控制输出，继电器吸合焊枪工作，继电器断开，焊枪停止。伺服电机由PLC发射脉冲至伺服驱动器，控制伺服电机的方向和距离。按钮和接近开关都是开关量输入，伺服反馈是信号输入，判断焊枪是否到达指定位置。4.4 硬件选型4.4.1 PLC选型1. PLC I/O点数估算 首先统计被控设备对输入、输出点的总需求量，其次把被控设备的信号源一一列出，认真分析输入、输出点的信号类型。本次设计输入点共8个(X轴信号输入、Y轴信号输入、Z轴信号输入、一次启动按钮等)，输出点7个（X轴脉冲、Y轴脉冲等）。根据

29、以上分析，对PLC来说，需要提供8个输入点和7个输出点。除了以上的输入输出点以外，PLC与计算机、触摸屏等设备连接，需要用专用接口，也应计算在内。考虑到在实际安装、调试和应用中，还有可能发现一些估算中未预见到的因素，要根据实际情况增加一些输入、输出信号。2. 信捷XCM系列PLC的特点：集运动控制功能及普通PLC功能于一身的可编程控制器；XCM系列运动控制型PLC不仅支持运动控制功能，同样支持普通PLC的绝大部分功能，包括高速脉冲、高速计数、中断、PID控制等。最多可支持10轴脉冲输出；XCM系列包含3轴、4轴、10轴脉冲输出，最大化满足了用户的控制需求。 优越的运动控制性能；可实现两轴联动，

30、支持普通运动控制指令如圆弧，直线插补等。平面转换功能；支持平面转换PLAN指令，可进行X-Y、Y-Z、X-Z等的两轴联动转换。 可扩展XC系列开关量、模拟量模块以及BD板；与XC系列PLC相似，XCM系列同样支持模块和BD板的扩展，包括开关量、温度模拟量模块等。根据设计要求，我们选用信捷XCM-24T4-E型PLC，有编码器反馈。本体支持运动控制指令，无需另加任何模块、RS232、485两种串口，方便各种上位机监控、强大的高速计数中断功能为客户大大节省了电气成本。图 4-2 信捷XCM-24T4-E型PLC具体参数如下：输入输出点：输入点X0X7和X10X15,输出点Y0Y7和Y10Y11；编

31、程方式：指令、C语言、梯形图并用；处理速度:0.3us；定时器：640点，100ms定时器时设置时间0.13276.7秒；10ms定时器时设置时间0.01327.67秒；1ms定时器时设置时间0.00132.767秒；计数器：640点，16位计数器时设置值K032767；32位计数器时设置值K02147483647；额定电压：AC100V240V（超过1.5KW选用三相220V）最大消耗功率：15W4.4.2 伺服电机的选型1.步进电机与伺服电机的比较步进电机为无反馈检测的脉冲操作电机系统，而伺服电机则按反馈信号进行控制。步进电机依据脉冲数量及频率工作，相对于脉冲控制的伺服电机而言，两者的控制

32、方式相同。步进电机一般为低速运行，应为步进电机转矩在高速运行时将逐渐降低，而伺服电机在额定转速内为恒转矩输出的运行状态。相对于步进电机，伺服电机的运行速度范围较大，有利于速度差异较大的运行。综上所述，步进电机没有反馈，而伺服电机有反馈。而本设计的点焊机控制系统精度要求比较高，因此选用伺服电机比步进电机更好。2.伺服电机选型依据伺服电机主要分为两类：直流伺服电机和交流伺服电机。 选用伺服电机时，依下列步骤进行：查明负载机构的运动条件要求，机构的运动方式和运动速度等。依据运动条件要求选用合适的负载惯量计算公式，计算出负载惯量。根据电机惯量与负载惯量选出适当的电机规格。结合初选的负载惯量与电机惯量，

33、计算出减速转矩与加速转矩。根据摩擦系数、负载惯量、运行效率等计算出负载转矩。负载转矩与加速转矩的和必须符合选用电机的运行转矩特性曲线及启动转矩特性曲线。完成选定在选用伺服电机时，需要依据以上步骤进行选型。3选型计算依据设计要求，当横梁左右移动时，由丝杠控制，滚珠丝杠惯量5.88kg/cm ²，减速齿轮惯量可忽略不计，电机转一圈丝杠移动20mm，横梁重量为200KG。根据直线运动物体负载惯量计算如下：JL=W×（S/20×）² （4.1） S=20mm，W=200KGJLO=200×20/（200×）²=0.01（kg.cm&

34、#178;） （4.2）丝杠减速后的惯量为：5.88×0.5²=1.47（kg.cm²） （4.3）负载惯量为0.011.47=1.48（kg.cm²）电机惯量为0.54 kg.cm²且考虑到现有因素，选用信捷公司的MS-110ST-M05030-21P5系列专用伺服电机，电机额定功率1.5KW，额定转速3000转，6.7KG，额定转矩5N·m，极对数为4，转子惯量0.63 kg.cm.²其中：MS电机系列 110机座号 ST正弦波驱动电机 M反馈元件代号 05030性能参数代号 2电压等级 1P5功率1.5KW图4-3 信

35、捷MS-110ST-M05030-21P5系列专用伺服电机4.安装此伺服电机需要注意一下几点：MS系列伺服电机，可以采取水平方向或者垂直方向进行安装，但是如果错误安装在不合适的地方，则会缩短电机的寿命，或引发意想不到的事故。在与机械连接时，使用连轴器，并使伺服电机的轴心与机械的轴心保持在一条直线上。4.4.3 伺服驱动器的选型伺服驱动器是一种控制器，主要用来控制伺服电机，是属于伺服系统的一部分，其作用类似于变频器控制普通交流电机。主要应用于高精度的定位系统。一般是通过速度、位置和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。本次设计我们选用与信捷MS-110ST-M05030-21

36、P5系列专用伺服电机相配套的DS2-21P5-AS系列伺服驱动器。1.伺服驱动器基本参数最大适用电机容量1.5KW，连续输出电流6A rms，最大输出电流18A rms，采用三相全波整流TGBT PWM控制。其中：DS2-系列名称2-电压等级220V1P5-适用电机容量1.5KW图4-4 信捷DS2-21P5-AS系列伺服驱动器2.各端子的含义表4-1 驱动器各端子介绍RST主电路电源输入端PDC再生制动电阻连接端子U马达连接端子VWCN0脉冲、方向输入输出线CN1编码器输出用连接器CN2编码器输入用连接器3.此驱动器安装要注意一下几点：安装时，使伺服驱动器的正面向工作人员，并使其垂直于墙壁。

37、为保证能够通过风扇以及自然对流进行冷却，在伺服驱动器的周围留有足够空间。并排安装时，在横向两侧各留10mm以上，在纵向两侧各留50mm以上的空间。另外，在伺服驱动器的上部安装冷却用风扇。4.伺服驱动器参数设置表4-2 伺服驱动器参数设置表用户参数名称修改参数意义P5-10伺服ON 设定/S-ONn.0010伺服一直处于通电P0-06.H电机停止方式设置2减速运行停止P4-06伺服紧急停止转矩300电机迅速停止续表P2-00xxx脉冲指令形态2脉冲+方向P5-28定位完成信号n.0001从SO1输出信号P2-95撞接近开关的速度600速度为60rpmP2-96离开接近开关的速度100速度为10r

38、pmP5-38Z相信号输出n0011脉冲宽度1.5ms的单相脉冲输出5.伺服驱动器与PLC之间的接线图4-5伺服驱动器与PLC接线图根据本设计要求，我们选择脉冲+方向的控制方式控制伺服电机。设定YO为伺服电机的脉冲输出，Y4为伺服电机的方向输出。以此类推后两个伺服驱动器也是如图所示接法。4.4.4触摸屏的选型触摸屏主要的功能是实现人与机器之间的交互，当按下了屏幕上的按钮时，屏幕上的反馈系统可以根据预先设置编程的程式驱动各种连接装置，可以取代传统的机械式按钮面板。本次设计的点焊机控制系统，由于工作环境比较恶劣，油污比较多，因此选择昆仑通态TPC7062KX系列触摸屏。其中参数：PLC口RS232

39、/RS485 操作温度045类型65535真彩色屏幕大小7.0屏幕分辨率800*480外部尺寸(mm)226.5*163输入电压DC24V图4-6昆仑通态TPC7062KX系列触摸屏4.4.5 熔断器的选型熔断器是一种广泛应用于控制系统和高低压配电系统中的最普遍的保护器件，当电路中的电流超过规定值一段时间后，熔断器会自身产生热量使熔体融化，从而使电路断开。在选择熔断器时，其额定电压应高于线路的工作电压，其额定电流也要大于线路的电流。常用的熔断器有RL和RT这两个系列，其中RL系列的额定电压要高于RT系列。RL系列的电压有500V，而一般线路中熔断器的额定电压不需要这么大，因此本次设计中选择RT

40、系列的熔断器就已经满足要求了。系统主电路中熔断器的选择基于点焊机机床的额定功率，本设计点焊机系统额定功率10KW，额定电压220V。机床额定功率为PN=10kw，机床额定电压为UN=220V。则有： （4.2） （4.3）查表可知选用RT16-1250系列熔断器。其中：RT-有填料封闭管式熔断器16-设计序号1-尺码250-熔断器额定流图4-7 德力西RT16-1系列熔断器4.4.6 按钮开关的选型按钮是一种人工控制的主令电气。主要用来发布操作命令，接通或断开控制电路，控制机械与电气设备的运行。按钮可分为常开、常闭和复合等类型。常闭按钮的原理是当用手指按下按钮帽时，按钮的常闭触点闭合；当手指松

41、开时，按钮的常闭触点复位。常开按钮的原理是当用手指按下按钮帽时，按钮的常开触点闭合；当手指松开时，按钮的常开触点复位。复合按钮的原理是本身带有常开触点和常闭触点，当手指按下时，常闭触点断开而后常开触点闭合；当手指松开时，常开触点复位而后常闭触点复位。根据本次设计要求可知，复合按钮无需用到，常开和常闭按钮都需要用到，常开按钮负责系统的一次和二次启动，而常闭按钮则负责系统的紧急停止。XB2系列按钮是施耐德公司的产品，广泛应用于交流50HZ、额定交流电压0380V或额定直流电压0220V的电路中。在此我们选择XB2BT42C（红色急停）和XB2BA31C（绿色启动）这两种型号的按钮。按钮参数如下：标

42、准使用环境:周围温度：-25+55（无冰冻）操作湿度4585%RH（无结露）接触电阻50m绝缘电阻100m最高耐压3000伏，交流50赫兹耐振动性 50赫兹，振幅约1mm耐冲击性大于10m/s2(约10G）寿命机械(100万）电气（3万次以上） 图4-8 XB2BA31C按钮 图4-9 XB2BT42C按钮4.4.7 行程开关的选型行程开关（限位开关）是一种常用的小电流主令电器，主要是用来检测机械运动的位置，用来控制机械运动的方向或者行程的长短。在工业生产控制中，我们首先要把行程开关放在所需的位置，当工作的机械在运动过程中碰到行程开关时，触发行程开关的触点，电路实现切换。行程开关的分类方式有很

43、多，按照其结构可分为微动式、滚轮式、直动式以及组合式；按照其外壳的防护类型又可分为开启式、防护式以及防尘式； JLXK1系列行程开关适用于频率为50HZ，直流电压小于220V或者交流电压为380V的控制电路中。主要用来改变工作机械的运动方向和运动速度、控制工作机械的运动行程。这里选用JLXK1-111型行程开关，用来判定X轴、Y轴的原点。当运动轴触碰到行程开关时就表示到达了原点位置。其中：JLX代表行程开关 K代表快速 1为设计序号 1为单轮转动式 1说明有1个常开触点 1说明有1个常闭触点图4-10 JLXK1系列行程开关4.4.8 焊枪的选择焊枪工作原理是利用焊机的高电流，高电压产生的热量

44、聚集在焊枪终端，融化焊丝，融化的焊丝渗透到需焊接的部位，冷却后，被焊接的物体牢固的连接成一体。本次设计的点焊机主要针对旋转座椅零部件的加工，零部件为金属材质，因此选用DN2-25X系列焊枪。适用于铁线制品、汽车零部件、不锈钢制品、低压电器、五金灯饰、餐厨用具、小家电、小五金等焊接。图4-11 DN2-25X系列焊枪4.4.9 交流接触器的选型接触器是一种用于频繁的断开或接通大容量控制电路、交直流主电路等大电流电路的自动切换电器。在自动控制系统和电力拖动中，主要用来控制电机，能实现电机的正反转，也可以控制其他负载，比如电焊机、电热设备以及电容器组等，这里我们需要控制焊枪的吸合和断开。按照通过接触

45、器主触点电流的类型，分为直流接触器和交流接触器。本次设计中焊枪使用的是交流电，因此选择交流接触器。交流接触器的工作原理：交流接触器内部有电磁圈，当施加交流电压后，铁芯中就会产生磁通，该磁通带动衔铁克服弹簧的拉力，使得衔铁带动触点动作。其效果为常闭触点断开，常开触点闭合。常用的交流接触器有CJ10系列、CJ12系、CJ12B系列以及CJ20系列等，CJ10系列为统一设计产品。焊枪额定功率为PN=2kw，电机额定电压为UN=220V，取K=1.2。则接触器主触头电流为： （4.4）接触器额定电流取1.2倍余量，则有： （4.5）所以选择CJ20-16型交流接触器，额定电流为16A。其中：CJ为交流

46、接触器代号 20为交流接触器设计序号 16说明额定电流大小为16A图4-12 CJ20-16型交流接触器4.5 PLC的I/O地址表4.5.1.输入点表4-3 输入地址表名称符号输入地址X轴原点接近开关SQ1X002Y轴原点接近开关SQ2X003一次启动按钮SB1X004二次启动按钮SB2X005X轴信号输入数字信号X000急停按钮SB3X010Y轴信号输入数字信号X006Z轴信号输入数字信号X007在分配输入点时，我们要依据信捷XCM系列PLC的使用手册确定输入点的分配。查手册可知，信捷XCM-24T4-E系列PLC只有X000、X003、X006、X007支持高速计数输入。因此我们把X轴的

47、信号输入分配到X000，Y轴的信号输入分配到X006，Z轴的信号输入分配到X007。其它一些按钮和开关的输入使用剩下的输入端。4.5.2.输出点表 4-4 输出地址表名称符号输出地址X轴脉冲PUL1Y000Y轴脉冲PUL2Y001Z轴脉冲PUL3Y002X轴方向DIR1Y004Y轴方向DIR2Y005Z轴方向DIR3Y006焊枪KMY010在分配输出点时，我们要依据信捷XCM系列PLC的使用手册确定输出点的分配。查手册可知，信捷XCM-24T4-E系列PLC只有Y0Y3具有高速脉冲输出。因此，我们把X轴脉冲输出分配到YOOO,Y轴脉冲输出分配到Y001，Z轴脉冲输出分配到Y002。其它的一些输

48、出则分配到剩下的输出端。4.6 PLC外部接线图图4-13 PLC外部接线图4.7本章小结本章4.1节介绍了硬件设计需要达到的要求，4.2节提出了控制方案，4.3节主要介绍了硬件系统框图，整个硬件设计所涉及到的硬件输入输出进行归类，最后以框图的形式展现出来。4.4节介绍了各种硬件的选型，包括PLC选型，伺服电机选型，伺服电机驱动器选型触摸屏的选型，熔断器的选型，按钮的选型以及行程开关的选型。4.5节介绍了I/O地址表确定软元件，4.6节给出了PLC的主电路图和外部接线图，从外部接线图可以很直观的看出输入输出点对应的软元件；第5章 伺服系统设计5.1 系统设计思想本次设计的点焊机控制系统，除了启

49、动和急停外其主要动作是由3套伺服系统控制，包括横梁的左右移动，主轴的上下移动和工作台的旋转。其中涉及到伺服系统，伺服控制分为开环控制、半闭环控制、闭环控制三类。由于点焊机控制系统主要用到伺服电机编码器的反馈来确定位置，因此我们选用半闭环控制系统。此外在焊接过程中还需用到PLC中的高速计数，高速计数是通过伺服驱动器的反馈。同时，在伺服系统中寻找参考原点是很重要的一步；5.2 伺服方案设计伺服设计时注意，要使设备工作效率高，误差范围小。因此根据工作效率、可行性的需要，我们做如下的设计方案：当前一次的位置定位完成之后，PLC会记录下最后的位置，这时丝杆并不需要恢复到原点位置（原点位置的接近开关），而

50、是等到下次命令时，PLC根据所要达到位置，发出与之对应的脉冲信号，控制伺服电机，调整丝杆的位置（丝杠进或退），直到丝杆运动到所要求的位置。当前一次的位置定位完成之后，丝杆先要返回到原点位置（原点位置的接近开关），等到下次位置命令发出时， PLC再根据所要达到的位置，发出与之对应的脉冲信号，控制伺服电机，前进到所设定的位置。方案和相比较，在进行简单的定位控制时，方案的工作效率比方案的工作效率要高。但是在复杂的伺服系统控制中选择方案能很大的提高精度。控制要求我们误差不超过0.02mm，在方案的前提下我们选用半闭环控制系统和编码器的单向反馈相配合，既能达到精度要求又能简化程序。5.3 半闭环控制系统

51、图 5-1 半闭环控制系统半闭环伺服控制系统的位置检测点主要是从伺服电动机（电机内部编码器）引出，通过检测电机旋转的角度来间接检测工作台的位移量，而不是通过外部的检测单元来直接检测工作台的位置。在半闭环环路内，因为只包括（甚至不包括）少量机械传动环节，因此可以获得比较稳定的控制性能，其系统的稳定性比闭环要好，但是不如开环。另外，在半闭环控制的位置环内，各组成环节的误差可得到一定程度的修正，而位置环外的各环节如齿轮间隙引起的运动误差、丝杠的螺距误差均难以消除。因此，其精度比开环要好，但却不及闭环。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高。5.4

52、 伺服驱动器与伺服电机的连接伺服电机作为被控制的对象，是整个系统的核心，为了使系统实现数字化控制，使用数字伺服电机进行直线运动定位是最佳的选择。完整可操作的伺服组件应包括：伺服驱动器及伺服电机。一条CN0口通讯线用来脉冲和方向的输入一条CN1（RS485）口通讯线，用来编码器反馈,高速脉冲计数。一条CN2口伺服驱动器和编码器通讯线。图5-2 伺服驱动器与伺服电机连接主电路5.4.1 伺服单元CNO接口表5-1 CN0口端子说明名称说明名称说明P-脉冲输入PUL-SI2输入端子2P+5V5V差分输入接入SI3输入端子3P+24V集电极开路接入SI4输入端子4D-方向输入DIR-+24V输出+24

53、VD+5V5V差分输入接入SO1输出端子1D+24V集电极开路接入SO2输出端子2SI1输入端子1COM输出端子地图5-3 CN0端子排列图本次设计所用到的端子有P-、P+24V和D-、D+24V，P-则输入脉冲信号，D-输入方向信号。P+24V和D+24V与PLC端的COM端相连接，表示采用晶体管的输入方式。 5.4.2伺服单元CN1接口CN1口用于伺服驱动器与PLC之间的连接，主要是提供编码器的信号输出，用作伺服电机的反馈。图5-4 CN1口端子各针脚的定义如下表：表5-2 CN1口针脚定义信号名针脚号功能信号名针脚号功能NC1保留Z-9编码器输出Z-NC2保留B+10编码器输出B+SI5

54、3多段速度选择T-REF11转矩模拟量输入SO34准备就绪V-REF12转速模拟量输入B-5编码器输出B-GND13模拟量输入用GNDA+6编码器输出A+A14RS485通讯+A-7编码器输出A-B15RS485通讯-Z+8编码器输出Z+CN1口与PLC之间的连接线为RS485通讯线，通过模块化的通讯连接，PLC与伺服驱动器之间的通讯变得更加稳定、有效。在这里我们只需要单相Z+脉冲做伺服反馈的递增高速计数，用来确定位置。5.4.3伺服单元CN2接口CN2口用于伺服驱动器与伺服电机编码器之间的连接，接受电机编码器的输入。序号定义序号定义1A+9U-2B+10W-3Z+11屏蔽线4U+12GND5W+135V6A-14V+7B-15V-8Z-表5-3 CN2端子说明图5-5 CN2口端子5.5 位置控制设定5.5.1 操作模式选择