1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 集装箱前框间断自动焊接的实现 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 前框作为集装箱的重要组成部件，其质量的好坏 影响到整个集装箱的使用寿命及承重能力，并且此工件人工焊接难度很大，焊点之间的距离 要求非常高，一不小心，就会出废品。 文章主要介绍的是一个能适应不同箱子焊接距离不一样要求的自动间断焊接调试控制装置。针对上述问题设计的系统以三菱 FX2N-32MR-001 为核心装置，采用罗升 TD220 文本显示器输入焊接参数，富士 FRNO.4G11S 变频器调速电机，码盘接近开关
2、计数，运用一定的编程技巧，高效而简便地实现间断自动焊接系统的一些基本控制功能。 该系统由硬件和软件部分组成，硬件部分包含了各部分装置的技术参数，原理图以及操作界面，软件部分包含了流程图和梯形图，它具有稳定可靠、抗干扰能力强、界面友好和效 率高等特点。 关键词： 前框； PLC； 自动焊接 - 2 - Abstract Front frame as an integral component of container, its quality is good or bad impacting on the life of the container and the load-bearing ca
3、pacity, and this piece is very difficult for manual welding, the requirements of the distance between solder joints is very high, carelessly, it will be waste. Article focuses on a device which can adapt to different boxes of different requirements of welding distance for automatic discontinuous deb
4、ug control. The system designs for the issue taking Mitsubishi FX2N-32MR-001 as the core device, using Rose TD220 text display for inputting welding parameters, with Fuji FRNO.4G11S inverter altering motor, with encoder proximity switch counting, taking use of certain programming techniques, efficie
5、ntly and easily achieving discontinuous automatic welding system for some basic control functions. The system consists of hardware and software components, hardware parts of the device contains technical data, schematics and user interface, the software part consists of a flow chart and ladder, it h
6、as stable and strong anti-interference ability, friendly interface and high productivity , etc. Keywords: Front Frame; PLC; Automatic Welding - 3 - 目 录 1 引言 . 1 2 总体设计 . 2 3 硬件设计 . 3 3.1 三菱 PLC FX2N-32MR-001 . 3 3.1.1 PLC 工作原理 . 4 3.1.2 I/0 口分配 . 4 3.2 罗升 TD220人机界面 . 5 3.2.1 罗升 TD220 操作界面显示 . 5 3.3
7、松下 YD350KR2焊机 . 6 3.3.1 松下 YD350KR2 焊机工作参数 . 7 3.3.2 松下 YD350KR2 焊机原理 . 7 3.4 富士 FRN0.4G11S变频器 . 8 3.4.1 富士 FRN0.4G11S 变频器接线图 . 8 3.4.2 富士 FRN0.4G11S 变频器技术参数及功能特性 . 9 3.4.3 富士 FRN0.4G11S 变频器界面操作 . 10 4 软件设计 . 12 4.1 总体程序流程图 . 12 4.2 罗升 TD220人机界面设置 . 12 4.3 富士 FRN0.4G11S变频器设置 . 14 4.4 三菱 PLC FX2N-32M
8、R-001设置 . 15 5 制作和调试 . 19 6 结论 . 20 致 谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 21 附录 1 系统实物图 . 22 附录 2 焊接平面图 . 23 附录 3 实验原理图 . 24 附录 4 部分梯形图 . 26 附录 5 指令表 . 30 - 1 - - 1 - 1 引言 可编程控制器是一种能够直接应用于专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序计算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类的机械或生产过程 1。它 已成为工业自动化三大技术支柱
9、 (即 PLC、机器人和 CAD CAM)之一，被喻为工业控制的灵魂。 PLC 在自动化生产的焊接机控制系统中应用很广泛，其操作简单、实时性好、现场的适应能力强。 集装箱 是近年来出现的模块化运输设备，具有可重复利用性，高可靠性，可快速 装运等特点。自出现以来，以快速的占领了货运市场。 采用集装箱运输可以节省包装费用，保持货物完整，且便于使用机械装卸搬运，减轻工人装卸作业劳动强度，提高装卸效率，加速船舶和车辆的周转，降低运输费用，从而使集装箱运输得到迅速发展。这用物流模式的发展又对 集装箱 焊接工艺有了一定的要求 ，其中前框作为集装箱的重要组成部件，其质量的好坏 影响到整个集装箱的使用寿命及承
10、重能力，并且此工件人工焊接难度很大，焊点之间的距离要求非常高，一不小心，就会出废品。目前国内采用的人工手工生产已经不能满足要求，由于人工体力消耗大，而且焊接距离 的精确度很难把握，往往会出现一些偏差，对其质量有很大的影响。 本系统采 用人机界面输入焊接工艺数值来控制 PLC，由 PLC 来控制变频器，焊机以及气缸来实现前框自动间断焊接 2。 - 2 - - 2 - 2 总体设计 本系统总体设计主要分为五部分。第一部分是以三菱 FX2N-32MR-001 为核心，各输入信号经过运算比较器后驱动外围输出；第二部分是用富士 FRNO.4G11S变频器来调速电机，给焊机焊接带来极大的方便 3；第三部分
11、触摸屏选择的是罗升 TD220 人机界面，用于焊接工艺数值写入；第四部分采用松下 D350KR2 焊 机，用于间断焊接，该焊机具有较高的焊透性和快速性；第五部分利用码盘上的接近开关数来计数，给 PLC 提供行走距离的运算。图 2-1 是系统总体框架图。 T D 2 2 0 人 机 界 面三 菱F X 2 N - 3 2 M R - 0 0 1码 盘 接 近 开 关 计 数松 下 D 3 5 0 K R 2 焊 机富 士 G 1 1 S 变 频 器电 机图 2-1 系统总体框架图 - 3 - - 3 - 3 硬件设计 3.1 三菱 PLC FX2N-32MR-001 三菱 FX 系列 PLC 是
12、日本三菱公司主打的低端 PLC 产品，其价格低廉，通用性良好，编程简单，同时有足够的 I/O 点数，和扩展模块，其中 FX2n 系列是 FX系列 PLC 家族中最先进的系列 4。 由于 FX2n 系列具备 如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能 ， 适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。为大量实际应用而开发的特殊功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要 -模拟 I/O，高速计数器。定位控制达到 16 轴，脉冲串输出或为 J和 K 型热电偶或 Pt传感器开发了温度模块。对每一个 FX2n
13、主单元可配置总计达 8 个特殊功能模块。网络和数据通信连接到世界上最流行的开放式网络 CC-Link， Profibus Dp 和 Device Net 或者采用传感器层次的网络解决通信需要。其它功能内置式 24V 直流电源 24V、 400mA 直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。 能够满足本设计控制的需求，性价比极高。图 3-1是三菱PLC FX2N-32MR-001 实物图。 图 3-1 三菱 PLC FX2N-32MR-001 实物图 - 4 - - 4 - 3.1.1 PLC 工作原理 PLC 的工作原理 5： PLC 首先进行初始化处理，清楚 I/O 映像区中的内容，接着自
14、诊断，检测存储器、 CPU 及 I/O 部件状态，确认其是否正常，在进行通信处理，完成各外设的通信连接，还将检测是 否有中断请求，若有则作相应中断处理。在此阶段可对 PLC 联机或离线编程。若此时 PLC 方式开关置于 RUN 位置， PLC才进入独特的循环扫描，周而复始的执行输入采样、程序执行、输出刷新 3 个阶段。 PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述 3 个阶段，一个周期所用时间为T=(读入时间 *输入点数 )+(运算速度 *程序步数 )+(输出时间 *输出点数 )+自诊断时间，在每次的扫描过程中，还要完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作，成为可编程序控制器的实际输出
15、。 3.1.2 I/0 口分配 PLC 的 I/0 分配如表 3-1 所示。 表 3-1 I/0 分配表 输入 I/0 输出 I/0 地址 功能 地址 功能 X0 接近开关输入 Y1 小车正转 X1 气阀手动 Y2 小车反转 X2 急停 Y3 小车焊接速度输出 X3 自动起动 Y4 气阀输出 X4 自动停止 Y10 焊枪开关输出 X5 变频器热保护 X6 左限位开关 X7 右限位开关 - 5 - - 5 - 3.2 罗升 TD220人机界面 TD220是为三菱 FX系列 PLC配用的操作员界面，可显示中文信息，具有连接简单、操作方便、功能强及价格较低等特点。它通过一根 TD CPU电缆 和 P
16、LC实现互连，提供如下主要功能： 显示从 FX2N-32MR-001 CPU读取的消息。 可以调整选定的程序变量。 设置具有实时时钟的 CPU 时间和日期。 提供强制非强制 I O点的能力。提供 8个可供用户自定义的功能键。本文采用 TD220文本显示器实现了焊接程序 (选择、焊接参数输入与编辑、焊接信息实时显示以及部分 I O控制等功能。可以方便地在 FX2N-32MR-001 CPU的数据存储区中组态参数块和消息。在完成选择项的选择和消息建立之后， TD220组态向导自动把参数块和消息文本写入 CPU可变存 储器 (V存储器 )，包括语言、更新速率、消息和消息使能位等，构成一个 TD220
17、参数块。每次运行时， TD220从 CPU读参数块，对所有参数进行合法性检查后，开始主动循环查询消息使能位，以决定要显示的消息，并从 CPU 读取消息。 3.2.1 罗升 TD220 操作界面显示 TD220是可编程序控制器的小型人机界面 ,以文字或指示灯等形式监视 、 修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态，从而使操作人员能够自如地控制机器设备。带背景光 STN液晶显示，可显示 24字符 4行，即 12汉字 4行。显示器表面IP65构造，防水，防油 ，可显示位图，可直接数字键输入数据。图 3-2为人机界面表面图。 图 3-2 人机界面表面图 天津罗升企业欢迎使用TD 2 2 0- 6 -
18、- 6 - 各按键功能表如表 3-2所示。 表 3-2 各按键基本功能 按键 基本功能 ESC 不论显示器处于何种状态 ,一旦按此键 ,返回系统初始画面 .系统初始画面由用户设计画面时指定 (缺省值为 1 号画面 )。一般将系统初始画面设置成主菜单或使用频度最高的画面 修改寄存器数据时 ,左移被修改的数据位，即闪烁显示数字左移一位 修改寄存器数据时 ,右移被修改的数据位，即闪烁显示数字右移一位 将画面翻转到前页 ,前页画面号由用户在画面属性中指定 (缺省值为当前画面号 -1) 如果在数据设定状态，被修改的数字位加 1，递增范围： 0 9 0 将画面翻转到次页 ,次页画面号由用户在画面属性中指定
19、 (缺省值为当前画面号 +1) 如果在数据设定状态，被修改的数字位减 1，递减范围： 9 0 9 0-9 在数据设定状态，被修改的数字位被设定为相应的数字 CLR 在数据设定状态，清除被设定的数据 +/- 在数据设定状态，被修改的数字被设定为正数或负数 ALM 按此键后，近入报警列表画面 SET 按 此键开始修改寄存器数值 ,当前正在被修改的寄存器窗反色显示，其中被修改的位数闪烁显示 .如果当前画面没有寄存器设定窗部件，则执行一次空操作 .在按 ENT键之前再按一次 SET键 ,则当前修改操作被取消 ,并继续修改下一个数据寄存器 . ENT 将修改后的数据写入寄存器 ,并继续修改下一个数据寄存
20、器 .当前画面的最后一个寄存器被修改后 ,退出修改寄存器状态 3.3 松下 YD350KR2焊机 松下焊机的焊接电源通过收弧电压电流参数的设定，能够适应不同的焊接规范、焊接位置和焊丝种类的需求；焊机机头由送丝部分、导电部分 、焊机头、焊丝盘等组成。该机构具有维护简单、工作可靠、无噪声、效率高、寿命长等特点。并配合焊架、滚轮架，选取最佳焊接规范，获得最佳焊接质量。控制装置由电控箱和遥控盒两部分组成。电控箱内有两个控制板，一个是接触器控制板，该板由熔断器、控制变压器、接触器、 PLC系统及接线端子等组成。该部分主要控制各电机通断，实现各部分动作；另一块板，主要由变频器及其控制元件组成。主要是对大臂电机、滚轮电机进行控制和保护。以上各部分既相互联系，可实现自动焊接，又可相互独立进行单独操作。
