CN204545694U - 基于plc的扁平电缆超声波自动焊接工作台 - Google Patents

Abstract

基于PLC的扁平电缆超声波自动焊接工作台，整体机架分三部分，上部分触摸屏显示和超声波焊机控制器，中部为焊接工作区，下部为电气控制箱及焊接气路，其特征在于，将PLC触摸屏伺服***应用于扁平电缆超声波焊接工作台；PLC控制伺服电机带动丝杠准确走位停顿，随后发出焊接信号只会焊机焊接；PLC接到焊机焊接完毕抬头信号方可继续走位，直到设定的焊点数到达返回中心点工位；PLC接收焊机检测的故障信号，PLC控制伺服电机停机。通过更换夹具的方式来适应扁平电缆与不同接插件之间的焊接，从而达到提高产品生产能力的需求。PLC触摸屏伺服***应用于扁平电缆超声波焊接工作台，大大提高自动化水平和降低人的劳动强度。

Description

基于PLC的扁平电缆超声波自动焊接工作台

技术领域：

本实用新型涉及电缆焊接工作台，尤其是一种基于PLC的扁平电缆超声波自动焊接工作台。

背景技术：

扁平电缆超声波焊接早期采用人工方法，工人将扁平电缆与接插件对住放于工作台上，手工将之对准焊头，然后脚踩脚踏开关，焊机低头焊一个焊点后抬头，人工移动扁平电缆与接插件，再踩脚踏开关再焊，重复操作以实现焊接目的。这种纯手工焊接，除了质量方面出差错率高外，人的劳动强度相当大，容易疲劳操作。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种基于PLC的扁平电缆超声波自动焊接工作台，PLC触摸屏伺服***应用于扁平电缆超声波焊接工作台，大大提高自动化水平和降低人的劳动强度。

本实用新型所采用的技术方案是：提供一种基于PLC的扁平电缆超声波自动焊接工作台，整体机架分三部分，上部分触摸屏显示和超声波焊机控制器，中部为焊接工作区，下部为电气控制箱及焊接气路，其特征在于，将PLC触摸屏伺服***应用于扁平电缆超声波焊接工作台。

设备结构包括：电气控制部分、软件部分、伺服电机控制滚珠丝杠传动机械部分及超声波焊机部分；其中电气控制部分包括：PLC模块、触摸屏、伺服电机驱动器、伺服电机（自带转轴编码器）以及其它电气控制元件；软件部分包括：PLC模块软件和触摸屏软件；超声波焊机以及控制焊机部分、气路元件等由定制专业厂家提供。

所述PLC 与超声波焊机控制器有三处连接：焊接信号、复位信号和故障信号，采用屏蔽线中的几根控制线焊接于九针插头上，分别与超声波焊机控制器相对接；PLC控制伺服电机带动丝杠准确走位停顿，随后发出焊接信号只会焊机焊接；等待焊机焊接，在焊机靠近焊头上不地方搭支架用来安装接近开关，接近开关检测焊机焊头抬头信号，PLC 接到焊机焊接完毕抬头信号方可继续走位，直到设定的焊点数到达返回中心点工位；若PLC接收焊机检测的故障信号，PLC控制伺服电机停机。

所述触摸屏画面软件共设计31个画面，分别有不同的功能。其中包括5个参数画面，即参数设定画面和工位1～4焊点间距设定画面，以及10个配方参数画面。参数设定：可人为改变PLC程序的运行指令，包括焊点距离、焊点个数、移动速度以及工位1、工位2、工位3、工位4的初始焊点和中心定位点的绝对位移等，那么设定值通过程序计算达到等量纲，从而达到人机交互的准确性。设立左右安全极限、设立左右限位，比安全极限近。采用双按钮启动，防止误碰操作。触摸屏操作设计手动操作，除了用于维修调试，还是自动程序的分解。

扁平电缆超声波自动焊接工作台由PLC控制伺服电机带动滚珠丝杠做定位左右运动，从而将转动变为直线运动，超声波焊机放置于滚珠丝杠螺母上固定。

本设计的设备具有1、2、3、4四个工位，分为（1、2）和（3、4）两组，起初超声波焊机放置于两组工位中间；准备焊接左右移动时采用点焊机移动，工位不动工作方式，机械设计四个工位夹具固定于工作台上，通过PLC及触摸屏来进行自动/手动控制，可以在触摸屏上对每一组工位进行编程，PLC发出指令脉冲，伺服驱动器、伺服电机（自带转轴编码器）自身闭环达到准确定位。

编程主要采用应用指令的绝对定位和相对定位指令，工位之间走位采用绝对定位，工位内焊点间移动走位采用相对定位，这样走位值就和参数设定的各工位定位点以及工位1～4焊点间距设定还有配方参数达到一一对应和准确找位。

PLC除了给伺服驱动器发送脉冲指令即脉冲的个数及频率，分别控制伺服电机带动滚珠丝杠左右移动定位外，还和伺服驱动器输入输出关联以及面板按钮指示灯关联，从而达到自动控制目的。程序自动分左边启动和右边启动，每启动一周期，均完成两个工位的焊接，假设只焊一个工位，通过设定焊点数为零达到；触摸屏除了显示功能还用于操作，操作分为手动、左边自动和右边自动，手动画面主要用于调试，可以一键到达各定位点停止，还可以设定“焊接位置”相对距离点动（点击焊接定位），达到各工位其他焊点；触摸屏画面设计了5个参数画面，即参数设定画面、工位1～4焊点间距设定画面，还设计了十个配方画面，从而提高人机交互能力。

操作中：首先送电后回原点，用于消除累积误差，选用台达AB系列伺服***就是因为其特有的内部回原点功能；打开气源充气阀，为超声波焊机气路提供气压，超声波焊机控制器被送电送气并检测压力，超声波焊机低头抬头是气缸运行；PLC会接到来自焊机控制器检测到气路故障报警而停机。

将扁平电缆和接插件对位固定于工位的工装针座上，根据需要更换不同的工装夹具针座，选择相应参数配方才能将使程序运行于相对的参数值；准备焊接左右移动之时，PLC控制伺服电机带动滚珠丝杠和超声波焊机左右移动，从而将转动变为直线运动，按照参数设定准确定位于扁平电缆每一焊点下停顿，伺服电机驱动器、伺服电机（自带转轴编码器）自身闭环达到准确定位，PLC控制伺服电机带动丝杠准确走位停顿后发出焊接信号指挥焊机焊接，等待焊机抬头信号反馈PLC再让丝杠带动焊机继续走位，直到设定的焊点数到达返回中心点工位。程序自动分左边启动和右边启动，每启动一周期，均完成两个工位内各焊点的焊接，假设只焊一个工位，通过设定该工位焊点数为零达到。

触摸屏画面操作，首先对参数设定画面和工位1～4焊点间距设定画面的参数设定或者调出成熟配方，从而参数应用于程序运行中。初始调试时，除了首先回原点，确定原点位置外，主要利用手动画面和参数设定画面对各工位初始焊点准确找位；手动2画面提供了各工位其他焊点准确找位。开机后，面板上选择手动或者自动开关，只能选择其中之一。

选择自动，开机后触摸屏画面进入主画面，按触摸屏上左边自动按键或者台面上双按钮，（台面上安装三个按钮，分别两两起作用达到左启动或右启动，采用两个按钮是防止误碰）进入左边自动画面，左边自动运行，画面可以监控运行状态。工作起点由中心定位点开始（第一次由原点起始工作）左右启动工作结束均停在中心定位点，等一天工作结束再回原点，用于消除累计误差。在选择开关打到自动前，安装好扁平电缆于针座上，查触摸屏上参数画面参数值是否和扁平电缆安装类型一致。

自动程序构架：基本从中心点开始运行，分为左边启动和右边启动。左启动，先到工位1的偏差再到工位1初点，一步一步把工位1焊点焊完，再快速移动到工位2，再一步一步把工位2焊点焊完，最后返回中心点。同样右启动，先到工位3初点，一步一步把工位3焊点焊完，再快速移动到工位4，再一步一步把工位4焊点焊完，最后快速返回中心点。左边自动中，从中心位先到工位1的偏差再到工位1第一焊点，是为了反响串动消除丝杠滚珠间隙的偏差。

工位间的移动速度，参数画面可人工设定，最高200毫米每秒=200KHZ；工位内焊点间的移动10KHZ，由程序内部指定。

本实用新型的有益效果是：通过更换夹具的方式来适应扁平电缆与不同接插件之间的焊接，从而达到提高产品生产能力的需求。PLC触摸屏伺服***应用于扁平电缆超声波焊接工作台，大大提高自动化水平和降低人的劳动强度。

附图说明：

图1为整体结构；

图2 为自动控制原理框图；

图3 为PLC控制图；

图中：1、触摸屏显示；2、超声波焊机控制器；3、焊接工作区；4、电气控制箱；5、焊接气路；6、滚珠丝杠；7、伺服电机驱动器；8、伺服电机；9、超声波焊机。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1整体结构，整体机架分三部分，上部分触摸屏显示1和超声波焊机控制器2，中部为焊接工作区3，下部为电气控制箱4及焊接气路5。该设备主要包括以下几个部分：电气控制部分、软件部分、伺服电机控制，还有超声波焊机。

电气控制部分包括：PLC模块、7寸触摸屏、伺服电机驱动器7、伺服电机8（自带转轴编码器）以及其它电气控制元件；触摸屏等面板上电器元件安装在上部分，PLC、伺服控制器和开关电源安装在下部电气控制箱4中。软件部分包括：PLC模块软件和触摸屏软件；

本设计的回原点，用于消除累积误差，台达AB系列伺服***特有内部回原点功能，伺服马达回原点动作规划均由伺服驱动器参数P1-47设定规划，PLC不需发送脉冲即可完成，并可以定位于编码器的Z相脉冲，精度高，我们选用第一工位之前某处安装接近开关作为寻找原点减速开关ORGP检测点，按伺服驱动器要求接线，PLC发出启动回原点信号，剩余由伺服电机驱动器7自动控制，直到到达目标，伺服驱动器给PLC回原点完成信号，从而完成回原点。

回原点之后，打开气源充气阀，为超声波焊机9气路提供气压，气路正常很重要，超声波焊机控制器2送电送气并检测压力，超声波焊机9、超声波焊机控制器2及气路元件由专业厂家定制，我们的PLC与超声波焊机控制器2有三处连接：焊接信号、复位信号和故障信号，采用屏蔽线中几根控制线焊于九针插头上分别与超声波焊机控制器2相对接，这样来自焊机检测的故障使PLC控制伺服电机停机；PLC控制伺服电机8带动滚珠丝杠6准确走位停顿后，发出焊接信号指挥焊机焊接；等待焊机焊接，在焊机靠近焊头上部地方搭支架用来安装接近开关，接近开关检测焊机焊头抬头信号，PLC接到焊机焊接完毕抬头信号方可继续走位，直到设定的焊点数到达返回中心点工位。

将扁平电缆和接插件对位固定于工位的工装针座上，根据需要机械设计不同的工装夹具，选择相应参数配方才能将使程序运行于相对的参数值，设计了10个配方参数画面，为工艺人员提供了参数存储功能，需要时随时调用。

准备焊接左右移动之时，PLC控制伺服电机带动滚珠丝杠6和超声波焊机9左右移动，准确定位于扁平电缆每一焊点下停顿，运动机构是由PLC控制伺服电机带动滚珠丝杠做定位左右运动，超声波焊机9放置于滚珠丝杠6螺母付上固定，扁平电缆超声波自动焊接工作台具有1、2、3、4等四个工位，分为（1、2）和（3、4）两组，起初超声波焊机放置于两组工位中间，运动时采用超声波焊机9移动，工位不动工作方式，通过PLC及触摸屏来进行自动/手动控制，可以在触摸屏上对每一组工位进行编程，PLC发出指令脉冲，伺服电机驱动器7、伺服电机8（自带转轴编码器）自身闭环达到准确定位。

编程主要采用应用指令的绝对定位和相对定位指令。因为焊接控制需要精确定位和走位。工位之间走位采用绝对定位，工位内焊点间移动走位采用相对定位，它们的相对位移值对应接插件的每一种型号，焊机绝对走位到每一工位初始焊点，再就是相对走位到其他焊点。如果一直采用绝对走位，位移值一直累加，容易出错。不像相对位移值对应接插件的每一种型号，是固定值，简单明了。若需换型号，只需把相对位移值更换即可，每个工位的绝对位移值基本不变。故而4个工位初始点在参数设定画面设定，每个工位焊点间距在工位1～4焊点间距设定画面设定，并且对应配方画面，调用配方只是改变了各工位的焊点间距，初始点由参数设定画面确定。

触摸屏等面板上电器元件安装在上部分，PLC、伺服控制器和开关电源等安装在下部电气箱中。在焊机行程左右极限位置安装两个行程开关，伺服电机运行碰到后伺服强制断电立即停机；分别在左右两个极限开关之前某处安装两个接近开关，焊机上安装检测片，检测到信号到后报警停机，伺服控制部分不会断电，可以人为电动返回。台面上安装三个按钮，分别两两起作用达到左启动或右启动，采用两个按钮是防止误碰操作。我们建立手动子流程可以调试方便，除了一键可以达到各工位定位点外，点击下一页按钮，是第二页手动画面，建立了一个相对设定值和相对走位命令，可以在本画面内完成向右走位任意位置，便于配合焊机只低头不焊接状态准确找位，做好记录。之后修改参数设定即可。

反向串动消除滚珠丝杠间隙误差：焊接基本右走位右焊接，造成丝杠珠子靠向右边，如果反向，会使丝杠滚珠靠向左边，造成滚珠丝杠间隙误差，基本工位1会出现此类情况，因为从中心点到工位1是左移，会使丝杠滚珠靠向左边。程序采用从中心点反向运转不先到工位1，而是之前40毫米偏差处，再右行至工位1 ，这样反向串动40毫米偏差再右行至工位1焊接，就消除了滚珠丝杠间隙误差，仍保证右走位右焊接。

触摸屏画面软件共设计31个画面，分别有不同的功能。特别是5个参数画面，即参数设定画面和工位1～4焊点间距设定画面是最大亮点，10个配方参数画面，PLC必要的间接地址内容值在这些参数画面设定完成，它是提供人机交互的平台，甲方工艺人员利用它可以提高工艺质量，还适应多变性，焊点数可变、焊点间距可变，适应各种型号类别，使该设备功能性最大程度的发挥和使用。另外10个配方参数画面，为工艺人员提供了参数存储功能，随时调用。

操作中首先对参数设定画面中四个工位初始点准确找位设定（其中还有移动速度等的设定），然后是工位1～4焊点间距设定画面中焊点间距和焊点个数的设定，他们反映了接插件焊点个数和每一焊点与下一焊点间距，参数画面描述是第几段焊点间距。以上五个参数画面要求先设定，程序才会正常运行。按照一般人的习惯设定，四个工位和焊点间距设定单位为毫米，并且具有两位小数，移动速度单位为毫米每秒。它们在程序中不能直接应用，比如毫米需要转换成脉冲数，毫米每秒需要转换成Hz频率。

1）转换依据：

伺服电机驱动器输出脉冲为5000个/圈，丝杆导程为5mm，那么伺服电机带动点焊机在丝杠上每走1mm，伺服电机驱动器便给伺服电机发送1000个脉冲。

2）毫米转换成脉冲数

需要乘以K1000，但由于放出两位小数在参数画面，即已人为放大100倍，故此再除以K100，即为实际脉冲数；

例如D202XK1000/K100=D34；

其中，D202 为参数画面设定值，单位为毫米，D34为PLC程序可以使用的脉冲数。

3）毫米每秒转换成HZ频率

需要乘以K1000变成脉冲每秒，即为HZ频率；

例如D424XK1000 =D428；

其中，D424 为参数画面设定值，单位为毫米每秒，D428为PLC程序可以使用的频率HZ。

所以PLC间接寻址，参数按习惯单位设定才能准确指挥伺服电机达到要求。

图3中可以看出PLC除了给伺服驱动器发送脉冲指令即脉冲的个数及频率，分别控制伺服电机带动滚珠丝杠左右移动定位外，还和伺服驱动器输入输出关联，控制伺服启动、控制伺服异常复位、禁止正转、禁止反转、控制伺服紧急停止，这些都是与伺服驱动器输入关联。接受伺服驱动器的伺服准备好信号、目标到达信号、伺服报警信号，这些都是PLC输入点接受伺服驱动器的反馈信号。PLC输入还接受操作面板手动/自动选择开关、复位按钮，、急停按钮、点焊机头抬起信号、正反限位光电信号等，PLC输出还控制操作面板红灯、绿灯、蜂鸣器以及焊接控制信号。

Claims (6)

1.一种基于PLC的扁平电缆超声波自动焊接工作台，整体机架分三部分，上部分触摸屏显示和超声波焊机控制器，中部为焊接工作区，下部为电气控制箱及焊接气路，其特征在于，将PLC触摸屏伺服***应用于扁平电缆超声波焊接工作台；

设备结构包括：电气控制部分、软件部分、伺服电机控制滚珠丝杠传动机械部分及超声波焊机部分；其中电气控制部分包括：PLC模块、7寸触摸屏、伺服电机驱动器、伺服电机（自带转轴编码器）以及其它电气控制元件；软件部分包括：PLC模块软件和触摸屏软件；

所述PLC 与超声波焊机控制器有三处连接：焊接信号、复位信号和故障信号，采用屏蔽线中的几根控制线焊接于九针插头上，分别与超声波焊机控制器相对接；PLC控制伺服电机带动丝杠准确走位停顿，随后发出焊接信号只会焊机焊接；等待焊机焊接，在焊机靠近焊头上不地方搭支架用来安装接近开关，接近开关检测焊机焊头抬头信号，PLC 接到焊机焊接完毕抬头信号方可继续走位，直到设定的焊点数到达返回中心点工位；若PLC接收焊机检测的故障信号，PLC控制伺服电机停机；

所述触摸屏画面软件共设计31个画面，分别有不同的功能：其中包括5个参数画面，即参数设定画面和工位1～4焊点间距设定画面，以及10个配方参数画面；台面上安装三个按钮，分别两两起作用达到左启动或右启动；

所述参数设定：人为改变PLC程序的运行指令，包括焊点距离、焊点个数、移动速度以及工位1、工位2、工位3、工位4的初始焊点和中心定位点的绝对位移等，那么设定值通过程序计算达到等量纲，从而达到人机交互的准确性；设立左右安全极限、设立左右限位，比安全极限近； 

操作中：首先送电后回原点，用于消除累积误差，选用台达AB系列伺服***就是因为其特有的内部回原点功能；打开气源充气阀，为超声波焊机气路提供气压，超声波焊机控制器被送电送气并检测压力，超声波焊机低头抬头是气缸运行；PLC会接到来自焊机控制器检测到气路故障报警而停机；将扁平电缆和接插件对位固定于工位的工装针座上，根据需要更换不同的工装夹具针座，选择相应参数配方才能将使程序运行于相对的参数值；准备焊接左右移动之时，PLC控制伺服电机带动滚珠丝杠和超声波焊机左右移动，从而将转动变为直线运动，按照参数设定准确定位于扁平电缆每一焊点下停顿，伺服电机驱动器、伺服电机（自带转轴编码器）自身闭环达到准确定位，PLC控制伺服电机带动丝杠准确走位停顿后发出焊接信号指挥焊机焊接，等待焊机抬头信号反馈PLC再让丝杠带动焊机继续走位，直到设定的焊点数到达返回中心点工位；程序自动分左边启动和右边启动，每启动一周期，均完成两个工位内各焊点的焊接，假设只焊一个工位，通过设定该工位焊点数为零达到。

2.根据权利要求1所述的基于PLC的扁平电缆超声波自动焊接工作台，其特征在于：本设计的设备具有1、2、3、4四个工位，分为（1、2）和（3、4）两组，起初超声波焊机放置于两组工位中间；准备焊接左右移动时采用点焊机移动，工位不动工作方式，机械设计四个工位夹具固定于工作台上，通过PLC及触摸屏来进行自动/手动控制，可以在触摸屏上对每一组工位进行编程，PLC发出指令脉冲，伺服驱动器、伺服电机（自带转轴编码器）自身闭环达到准确定位。

3.根据权利要求1所述的基于PLC的扁平电缆超声波自动焊接工作台，其特征在于：软件***编程主要采用应用指令的绝对定位和相对定位指令，工位之间走位采用绝对定位，工位内焊点间移动走位采用相对定位，这样走位值就和参数设定的各工位定位点以及工位1～4焊点间距设定还有配方参数达到一一对应和准确找位。

4.根据权利要求1所述的基于PLC的扁平电缆超声波自动焊接工作台，其特征在于：PLC给伺服驱动器发送脉冲指令即脉冲的个数及频率，分别控制伺服电机带动滚珠丝杠左右移动定位，与伺服驱动器输入输出关联以及面板按钮指示灯关联。

5.根据权利要求1所述的基于PLC的扁平电缆超声波自动焊接工作台，其特征在于：触摸屏画面操作，首先对参数设定画面和工位1～4焊点间距设定画面的参数设定或者调出成熟配方，从而参数应用于程序运行中；初始调试时，除了首先回原点，确定原点位置外，主要利用手动画面和参数设定画面对各工位初始焊点准确找位；手动2画面提供了各工位其他焊点准确找位；开机后，面板上选择手动或者自动开关；

选择自动，开机后触摸屏画面进入主画面，按触摸屏上左边自动按键或者台面上双按钮，进入左边自动画面，左边自动运行，画面可以监控运行状态；工作起点由中心定位点开始（第一次由原点起始工作）左右启动工作结束均停在中心定位点，等一天工作结束再回原点，用于消除累计误差；在选择开关打到自动前，安装好扁平电缆于针座上，确定触摸屏上参数画面参数值是否和扁平电缆安装类型一致。

6.根据权利要求1所述的基于PLC的扁平电缆超声波自动焊接工作台，其特征在于：工位间的移动速度，参数画面可人工设定，最高200毫米每秒=200KHz；工位内焊点间的移动10KHz，由程序内部指定。