西门子朔州PLC模块总代理商

　0前言

　　龙门埋弧焊机以其优异的性能，在钢结构、起重设备等的焊接中得到了广泛的应用。目前国内在工业领域广泛应用的龙门埋弧焊成套设备多为模拟控制，将PLC应用于龙门埋弧焊控制系统中，克服了传统分立器件和小型继电器触点容易损坏的缺陷，可以使系统更稳定。对此，设计了一种新型控制电路，对传统继电器的控制系统进行了改进，使龙门埋弧焊成套设备的控制水平有了进一步提高。

　　1硬件系统设计

　　1.1龙门埋弧焊机的结构

　　龙门埋弧焊成套设备主要由焊接电源、龙门架行走机构、送丝机构、配套焊剂回收装置和电气控制箱等组成。焊接电源采用ZX5—1000A直流弧焊电源。龙门架行走机构由行走电机、减速器、离合器、行走轮组成，龙门架的行走采用电机纵向双边减速驱动，变频器控制，无级调速。送丝机构由送丝电机、减速器、送丝轮、压紧轮等组成，用来驱动焊丝的送进与回抽。焊剂回收系统由空压机、吸尘器、吸剂管及管件组成。

　　1.2龙门埋弧焊控制系统的设计原理

　　龙门埋弧焊PLC控制系统电路逻辑功能设计是以PIE为核心，对外围功能控制信号进行检测和信号处理，根据程序要求进行相应驱动。系统原理框图如图1所示。

　　1.3龙门架电机驱动电路

　　龙门架行走的驱动电机采用交流电动机(型号MTPl57MTD97)采用变频器控制调节焊接速度，并采用外引电位器连接，方便操作。操作人员可以通过调节控制面板上的焊接速度电位器，任意选择焊接速度。龙门架的回程速度可以通过PLC设定，确定龙门架回程速度大小，提高工作效率。电路结构如图2所示。

　　1.4送丝电路

　　送丝电机在工作中需要进行送丝和抽丝的快速转换，选用带有励磁的直流电机，通过改变励磁电流方向实现直流电机的正转(送丝)，反转(抽丝)。送丝电机采用调速电路调节电枢电压来实现速度控制，电路组成如图3所示。

　　主电路采用直流斩波式开关电路，由功率场效应管VF4、功率二极管VD2、电容器C2、电阻R15、电流检测电阻R16组成。控制电路使用专用PWM脉宽调制芯片UC3524和其他一些元器件。工作原理为：直流电源Supply加到主电路上，功率场效应管VF4根据控制电路输出脉宽信号进行导通或截止，在电机两端得到频率固定且脉宽可调的脉动直流信号，实现直流电机的调速。电路中由PWM芯片处理给定信号和电机电压反馈信号，进行PI控制调节，再由PWM芯片输出到驱动功率场效应管VF4的PWM驱动信号。调速电路中采用直流电机电动势的电压反馈和电流截止负反馈两种方式。为了更准确地检测直流电机转速，电压反馈信号是在功率场效应管截止时进行采样，此时电压信号是直流电机的电动势，可较准确地反映直流电机转速。同时为使电路更加安全可靠，采用电流截止负反馈方式(CL信号)，确保电路在起动和工作中电枢不会出现过电流。调速电路起动信号由PWM芯片的软起动端(SD)控制，控制较为简单方便。

　　1.5励磁切换电路

　　引弧成功率是埋弧焊焊接性能的一个重要指标。为可靠引弧，设计中通常增加反抽丝引弧功能，即引弧过程中控制系统检测电弧电压。当电弧电压低于某电压时，送丝电机就会反向运转将焊丝提升(抽丝)，电弧电压高于此电压(引弧成功)时，送丝电机正常运转。通常采用继电器切换电枢电流方向的方法来控制送丝电机的正转与反转，由于电枢电流较大，继电器会经常出现故障。为了克服这一问题，采用改变励磁电流方向来实现送丝和抽丝状态转换，电流切换使用功率开关，实现了无触点工作，电路原理如图4所示。

　　励磁切换电路由VDMOS(VF201～VF204)4只功率器件组成桥式变流电路，工作电源加在桥式电路两端，通过控制VF20l、VF204导通，VF202、VF203截止;或Vk202、VF203导通，VF201、VF204截止，切换励磁电流的方向，实现送丝电机的正反转(送丝和抽丝)。采用功率器件切换励磁电流方向可以避免励磁电路的零磁通现象。

　　2 PLC硬件系统设计

2.1 PLC输入/输出点数计算和选型

　　选择PLC型号时一般应考虑到系统需要满足的功能，输入/输出点数，内存容量及成本等因素。本系统共有10个基本输入按键，按常规接入将需要10点PLC输入，PLC输出部分控制共有6路基本输出。基于设计要求和输入/输出点数计算以及控制成本等因素，本系统选用三菱FX2N一32MR作为系统控制核心，控制容量达到10 k步。

　　3 PLC软件设计

　　龙门埋弧焊控制系统程序设计包括调试和联制转换、点送速度方向控制、焊接起动引弧控制、焊接停止收弧控制等。龙门埋弧焊机得电后，核心控制器件PLC电路将根据外部设置运行某种程序。此时用户可以通过开关进行各种操作调整焊接参数，选择焊接方式、引弧规范、收弧规范以及龙门架行走方向。在焊接之前可进行各种调试，如将焊丝进行向下、向上输送以满足焊接要求。焊接起动后，根据外部设置进行引弧程序，引弧成功后，系统又将根据用户选择的各种参数进入工作状态。若检测到焊接停止信号PLC则进入收弧控制程序并结束焊接。程序流程如图5所示。

　　4 结论

　　采用PLC控制的龙门埋弧焊控制电路，具有电路简单，-丁作可靠，性能稳定，故障率低等优点。

I/O 模块的附件：

标签纸：

可插入到 I/O 模块中（10 张 DIN A4 标签纸，每张标签纸带有 10 个标签，预穿孔，可使用
标准激光打印机进行打印；可用颜色： Al 灰）

屏蔽连接：

SIMATIC S7-1500 系统（模拟量模块和工艺模块）提供了一个简易屏蔽连接套件，无需使用
工具即可安装。 此套件包含一个 24 V DC 馈电元件、一个屏蔽

夹和一个通用屏蔽端子。 该屏蔽端子可用于单根细干线电缆、多根细干线电缆或一根粗干线电缆。 
由于对 24 V DC 电源和测量信号进行分离，并且在屏蔽

和信号电缆之间具有低阻抗连接，因此可确保较高的 EMC 稳定性和抗干扰性。

统一的 40 针前连接器

I/O 模块的前门或自组装背板总线的 U 型连接器等其它附件

S7-1500 具有不同的通信接口：

PROFINET IO IRT 接口（2 端换机），集成在 CPU 中；

用于获得确定的响应时间和高设备精度。

用于连接到 PROFIBUS 和工业以太网总线系统的通信模块（不久提供 PROFINET）

用于点到点连接的通讯模块。

CPU 1515 PN 具有一个附加的集成 PROFINET 接口，其具有单独的 IP 地址，例如，用于网络
分离。 对于 CPU 1516-3 PN/DP，可通过该集成 PROFIBUS

接口来连接 PROFIBUS 节点。 通过一个 PROFIBUS CM，可方便地对不带集成PROFIBUS接口
的 CPU 进行扩展。

通过 PROFINET IO 进行过程通信

SIMATIC S7-1500 通过集成的 PROFINET 接口连接到 PROFINET IO 总线系统，可实现具有
确定响应时间和高精度设备性能的分布式自动化配置。

从用户的角度来看，PROFINET IO 上的分布式 I/O 处理与集中式 I/O 处理没有区别（相同的组
态，编址及编程）。