水泥涵管因強(qiáng)度高、抗壓性好，又耐腐蝕、不易滲漏、生產(chǎn)成本低而被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和市政建設(shè)。影響水泥管道制品的性能和質(zhì)量的因素，除水泥本身外，很大程度取決于內(nèi)襯鋼筋骨架的質(zhì)量。
1.問題的提出
滾焊機(jī)是砼制品行業(yè)的專用機(jī)械設(shè)備。目前我國在生產(chǎn)實(shí)際使用的滾焊機(jī)，一部分完全靠手工操作，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量沒有穩(wěn)定保證；一部分采用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)自動變徑生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，滿足多品種、多規(guī)格的產(chǎn)品需求，但是在保證螺距精度中仍然靠手工或機(jī)械傳動調(diào)節(jié)。電機(jī)調(diào)速采用電磁調(diào)速，存在螺距誤差大、滾焊速度和螺距無法隨意調(diào)節(jié)、焊點(diǎn)無法跟蹤等問題，仍然未從根本上保障產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。
滾焊機(jī)螺距自動調(diào)節(jié)代替手工操作是水泥制品行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的必然要求，本文介紹采用可編程序控制器(PLC)和交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了螺距自動調(diào)節(jié)，提高了滾焊機(jī)的自動化控制水平。
2.自動加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理
采用PLC和交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的自動加工系統(tǒng)主要由主機(jī)控制和變頻器行走控制及焊接控制電路兩部分組成.
2.1系統(tǒng)的組成
滾焊機(jī)計算機(jī)及變頻自動控制系統(tǒng)主要由以下5個部分組成。
1）人機(jī)界面
它是控制系統(tǒng)運(yùn)行的操作平臺，主要顯示工藝參數(shù)、操作指令、程序運(yùn)行監(jiān)控和報警等信息。
2）可編程序控制器
PLC作為系統(tǒng)的控制機(jī)用來完成加工中的螺距自動計算和大、小車電機(jī)轉(zhuǎn)速匹配的計算以及各種工藝參數(shù)的輸入、修改、故障診斷處理、異常報警等，完成在加工中焊點(diǎn)的檢測和追蹤。其特點(diǎn)是操作方便、通信監(jiān)控容易，保證了產(chǎn)品的精度、質(zhì)量和系統(tǒng)運(yùn)行安全。
3）變頻器
選用專用無傳感器矢量控制、恒轉(zhuǎn)矩輸出型變頻器（INV）作為花盤與小車電機(jī)的驅(qū)動器。
4）焊接控制電路
主要完成焊接信號的檢測與傳輸、執(zhí)行PLC發(fā)出的工作指令。
5）通訊接口
采用MODBUS總線通訊方式，用RS485、RS232通訊接口來獲取所有的實(shí)時數(shù)據(jù)和告警信息。
2.2系統(tǒng)工作原理
1）主機(jī)控制和變頻器行走控制
系統(tǒng)根據(jù)工藝要求輸入螺距寬度和主車花盤的給定轉(zhuǎn)速，通過計算機(jī)自動計算控制螺距小車所行走的距離，并同設(shè)定的螺距值進(jìn)行比較，產(chǎn)生糾偏控制量，經(jīng)D/F數(shù)頻變換后輸出給小車變頻器，自動保證螺距的尺寸不變。當(dāng)主車花盤轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號，控制小車的速度隨之變化，使設(shè)定的螺距值保持不變；當(dāng)加工工件接近預(yù)設(shè)的長度時，控制變頻器輸出減小，電機(jī)開始減速，達(dá)到要求尺寸時發(fā)出停機(jī)信號并報警，通知加工結(jié)束。
2）焊接控制
焊接電路通過安裝在大盤后的焊接傳感器對焊點(diǎn)進(jìn)行檢測、跟蹤，PLC根據(jù)接收數(shù)據(jù)（脈沖計數(shù)、轉(zhuǎn)速變化等）信息準(zhǔn)確計算，采用脈寬調(diào)制控制觸發(fā)雙向可控硅，對焊接電路進(jìn)行自動控制，實(shí)現(xiàn)間斷通電，保證各焊點(diǎn)精確焊接，并通過控制軟件對設(shè)定的過載參數(shù)進(jìn)行過載保護(hù)，確保焊接質(zhì)量。
3.加工狀態(tài)控制方式
為滿足不同產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，系統(tǒng)設(shè)有4種加工狀態(tài)控制方式。
1)自動加工狀態(tài)選擇自動加工狀態(tài)時，系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)設(shè)定的螺距長度自動完成加工運(yùn)算和焊接控制，花盤與小車的運(yùn)行由PLC控制軟件自動識別計算而相互匹配。
花盤轉(zhuǎn)速人為變化時，小車行走的速度將跟隨變化，保證加工的螺距長度不變。為防止誤操作，在運(yùn)行過程中工藝參數(shù)的改變無效，只有在停機(jī)狀態(tài)下修改有效。該狀態(tài)在大批量生產(chǎn)單一產(chǎn)品情況時十分有效。
2)調(diào)整加工狀態(tài)選擇調(diào)整加工狀態(tài)時，花盤與小車的運(yùn)行由各自的外部按鍵控制，運(yùn)行頻率由外部端子給定。該狀態(tài)使用戶可根據(jù)實(shí)際需要隨意控制花盤與小車的位置，完成上、下料，主車正、反轉(zhuǎn)，手動點(diǎn)焊及檢修操作等。該狀態(tài)適用于多品種、多規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)。
3)手動加工狀態(tài)選擇該狀態(tài)時，花盤與小車的運(yùn)行相互獨(dú)立，運(yùn)行頻率由各自的外部端子調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)花盤與小車的運(yùn)行頻率可改變加工螺距的寬度。該狀態(tài)可滿足用戶對特殊加工的需要。
4)特殊加工狀態(tài)本系統(tǒng)還提供了兩種焊接方式以及特型加工方式可供選擇：①連續(xù)焊接方式，即對每一個焊接點(diǎn)都進(jìn)行檢測并焊接；②間隔焊接方式，對每一個焊接點(diǎn)都進(jìn)行檢測，根據(jù)需要按設(shè)定的焊接間隔點(diǎn)數(shù)對所需要焊接的焊點(diǎn)進(jìn)行焊接；③特型加工，除了正常的直線加工之外，系統(tǒng)還可以對工件進(jìn)行各種角度的錐度加工，以滿足特型加工要求。
4.系統(tǒng)軟件
滾焊機(jī)計算機(jī)自動加工系統(tǒng)軟件體系分為PWS圖形界面、PLC運(yùn)算控制程序、INV運(yùn)行參數(shù)和故障診斷及自我保護(hù)四部分。軟件運(yùn)行于系統(tǒng)的各個硬件平臺上，并通過系統(tǒng)通訊軟件和通訊接口，彼此互為配合、互為協(xié)調(diào)，交換各種數(shù)據(jù)及管理、控制信息，來完成整個系統(tǒng)的各種功能。
4.1圖形界面
PWS圖形界面采用了Windows風(fēng)格的畫面，具有簡潔、清晰且完全漢化的特點(diǎn)，具有顯示、設(shè)置、控制、告警和幫助等功能。
4.2PLC運(yùn)算控制程序
PLC運(yùn)算控制程序是本系統(tǒng)軟件的主體，也是系統(tǒng)運(yùn)行的核心部分，主要由以下幾部分組成。
1)自動運(yùn)算程序自動采集運(yùn)行參數(shù)(螺距寬度、工件長度、大車轉(zhuǎn)速、錐度角等)，自動進(jìn)行螺距加工、大小車轉(zhuǎn)速匹配、錐度加工的運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果送至運(yùn)行程序。
2)運(yùn)行程序包括自動運(yùn)行、手動運(yùn)行和調(diào)整運(yùn)行程序，采集系統(tǒng)參數(shù)及加工參數(shù)，根據(jù)實(shí)際工藝要求發(fā)出控制指令，控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，此部分程序是整個軟件體系的重點(diǎn)部分。
3)焊接控制程序檢測傳感信號，焊點(diǎn)自動追蹤，控制焊接電路的動作(手動點(diǎn)焊、連續(xù)焊接)，調(diào)節(jié)焊接電流大小，滿足生產(chǎn)工藝要求。
4)報警程序采集各個設(shè)備的故障檢測信號，發(fā)出告警信息，將故障信息在人機(jī)界面中顯示出來，同時自動保護(hù)。
5)通訊程序?qū)崿F(xiàn)各設(shè)備、器件之間的數(shù)據(jù)傳輸、信號傳遞等。
4.3INV參數(shù)
變頻器INV的功能參數(shù)包括用戶參數(shù)，基本參數(shù)，操作方式參數(shù)和輸入、輸出功能參數(shù)等多個參數(shù)群，用戶可根據(jù)實(shí)際工藝要求設(shè)定參數(shù)值。
4.4故障診斷及保護(hù)
本系統(tǒng)有較完善的自我診斷和保護(hù)功能，在系統(tǒng)的各個階層（PLC及INV）進(jìn)行實(shí)時故障診斷，將告警信息及故障信息通過通訊方式在人機(jī)界面中顯示，并提示相應(yīng)的故障處理方法。 報警形式可分為告警性報警和故障性報警，必要時輔以聲光報警，操作者可根據(jù)情況處理。系統(tǒng)可檢測到的報警包括有系統(tǒng)執(zhí)行時間逾時、不合法指令、過電壓、過電流、低電壓和外部異常中斷等。
5.結(jié)論
采用上述系統(tǒng)對HG型排水管滾焊機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，經(jīng)實(shí)際使用證明其具有以下優(yōu)點(diǎn)。
1)可靠性高系統(tǒng)采用人機(jī)界面(PWS)、可編程控制器和恒轉(zhuǎn)矩變頻器等比較先進(jìn)的控制設(shè)備作為系統(tǒng)的主體，采用了模塊化的焊接控制電路及焊接自動檢測、追蹤程序，并用通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，保證了系統(tǒng)極高的可靠性。
2)自動化程度高采用PLC作為系統(tǒng)運(yùn)算、控制的中心，實(shí)現(xiàn)螺距加工自動運(yùn)算和全自動控制加工過程，通過選擇不同加工狀態(tài)控制方式，可加工多種規(guī)格及特殊規(guī)格的產(chǎn)品，加工中只需重新設(shè)置相應(yīng)的加工參數(shù)即可，且加工精度高、產(chǎn)品一致性好。
3)操作安全簡便采用液晶屏全漢化人機(jī)界面，以人機(jī)對話的方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行控制，對發(fā)生的故障進(jìn)行監(jiān)視、報警、分析、顯示故障代碼、分析故障原因、提示處理方法，操作安全、直觀、簡便，徹底改變以往手動加工中眼觀手調(diào)的控制方式，降低勞動強(qiáng)度，提高了勞動生產(chǎn)率。
4)維修方便以往用交流接觸器和中間繼電器等傳統(tǒng)的執(zhí)行電器，控制電路復(fù)雜、故障率較高、維修保養(yǎng)難度大，本系統(tǒng)運(yùn)用PLC，采用通訊方式實(shí)現(xiàn)電氣控制，線路簡單、故障率低，易維修保養(yǎng)。
5)節(jié)能效果好通過焊點(diǎn)跟蹤、脈寬調(diào)制觸發(fā)焊接方式，變頻調(diào)速優(yōu)化電機(jī)功率輸出，節(jié)能達(dá)35%以上。
