0 引言
板式換熱器是液—液、汽—液進行熱交換的理想設備，廣泛應用于冶金、石油、化工、食品、制藥、船舶、紡織、造紙等行業，是加熱、冷卻、熱回收、快速滅菌等用途的優良設備。板料是換熱器的基本組件，隨換熱器類型的不同，板料的形狀、大小、加工方式均不同。寬通道焊接式板式換熱器板料的加工是在兩個對疊的工件上實現多點分步式焊接。工業點焊機將兩板料接觸部分壓緊在兩電極間，通過電流流經板料接觸面及臨近區域產生的電阻熱，將其加熱到熔化或塑性狀態，達到焊接的目的，從而使板料形成緊密的接觸。為了實現焊接過程的連續自動化，高性能的點焊機的選擇是基礎，控制電路的合理設計是保證而實現每個焊點的質量監控，可以使焊接生產信息化和規范化，有利于焊接質量的保證和焊接失效原因的分析。本文以國內某知名換熱企業工業焊機的控制過程為例闡述其系統設計。
1 控制系統設計
1.1 點焊機的選用
采用德國博世(BOSCH)力士樂公司的點焊機，點焊機由PSI6000中頻控制器和PSG6130變壓器組合。PSI6000中頻控制器集成了普通中頻控制器PSI6300、焊接監測控制器SQ6000(恒功率控制技術和超聲波控制技術)和伺服運動控制器(氣動)，可以對焊接電流、時間、熔核大小、位置位移、壓力等進行控制。同時配套的BOS6000焊接控制軟件結合強大的SQL數據庫，可以方便地把以上焊接數據進行統計和保存。SG6130變壓器內部裝有次級電壓和電流傳感器以實現最高效的能量輸出和最多的監測功能，滿足各種焊接產品的精度和質量要求。全伺服氣動控制產品可以精確控制焊接的位移、壓力、位置，能夠達到0.05毫米的定位精度和編程控制。
1.2 焊接過程的控制
由PLC控制點焊機的啟停及焊接動作過程。選用三菱公司的FX2N可編程控制器，一臺PLC控制5臺點焊機。也即在板料上5臺點焊機同時動作，一次成型5個焊點，一組焊完，移動電極至下一組繼續焊接，焊點之間順次排列。
點焊機的焊接控制工藝為：
1)PLC啟動后，控制電磁閥動作；
2)電磁閥到位后，啟動點焊機控制器PSI6000工作；
3)焊接完成后，控制器PSI6000輸出完成信號至PLC；
4)PLC接受到焊接完成信號后，給出伺服電機啟動信號，工件移動；
5)工件移動到位，繼續下一次的焊接。PLC的I/O接線見圖1所示。
圖1 PLC的I/O圖
2 焊點信息化數據的形成
為了在計算機上實時顯示或輸出板料上每個焊點的焊接參數，即電流、時間、壓力，應用KingView組態軟件開發基于Windows操作平臺的可視化友好界面，實現焊接參數設置、工況顯示、運行控制、數據統計和歷史記錄查詢等功能。它實時接受各PLC采集的焊點位置信息及SQL數據庫傳來焊接參數信息，監控點焊機整體運行情況。要生成焊接數據報表，組態軟件需要采集兩組數據，一組為板料上每個焊點的位置信息，即焊點在板料上所處的排、列位置，另一組為焊接時焊點的電流、時間等參數。前一組數據通過PLC傳遞采集，后一組數據由電焊機的SQL數據庫傳來。數據傳輸框圖見圖2所示。
圖2 信息傳輸框圖
2.1 焊點位置數據的采集
為了得到每個焊點的位置信息(排、列等)，需要PLC實時向組態軟件傳遞信息。而組態王為PLC數據采集和控制提供的大量標準的驅動程序，因此只需定義PLC與組態王之間的通訊格式、PLC通訊站號等數據即可。
應用計算機鏈接與無協議通訊(RS指令)格式，即D8120來定義數據長度，奇偶效驗和波特率等。梯形圖如圖3所示。
圖3 通訊數據的定義
可編程控制器的站點號是通過特殊數據寄存器D8121來設定的。設定范圍從00H到0FH。若設定點焊機為0號站，其程序如圖4所示。
圖4 PLC通訊站號的定義
將組態軟件中D3000定義為焊接點的壓力變量。如圖5所示。
圖5 壓力變量的定義
通過上述定義后，應用組態軟件將各可編程控制器上的運行變量(即排、列、壓力)插入到數據報表中，這樣數據報表中就會有焊接點排、列、壓力等一系列相關的數據參數。
2.2 焊接點參數的采集
博世(BOSCH)點焊機帶有網絡化的接口模塊，電焊機之間通過以太網連接。采用的TCMP協議，每臺電焊機可唯一設定一個IP地址和子網掩碼，從而在網絡中可唯一標識該電焊機，以實現焊接過程的網絡化管理和監控，使焊接生產實現信息化和規范化。
點焊機焊接時的焊接電流、時間等參數直接影響焊點的大小與焊接的牢固程度。不同板料有不同的焊接電流、時間的要求，其參數調節是由點焊機的中頻控制器完成的。點焊機自帶的BOS6000焊接控制軟件結合強大的SQL數據庫對每一個焊接點的參數進行統計和保存，以利于焊接質量保證和焊接失效分析。為了在計算機上實時顯示這些數據，就需要將點焊機的SQL server的數據庫(即焊接點流、焊接時間)的數據寫入到組態王的數據庫中。由于兩者之間沒有標準的通訊程序，因此需要應用VB編寫程序實現SQL server的數據庫與組態王之間的數據交換。當焊接點的電流、時間發生變化時，SQL數據庫的數據發生變化，VB應用程序使SQL數據庫無縫地與組態王進行數據交換。組態王將采集的數據寫入報表中。
3 結束語
采用PLC控制工業點焊機焊接過程，結合點焊機自帶的SQL數據庫、組態軟件、VB編程等技術探討了焊接點參數的實時監視的實現方法，建立了焊接網絡控制系統。該方案的設計使電焊機成為企業焊接生產信息系統中的信息節點，使焊接生產過程的自動化和信息化及電焊機的遠程故障診斷成為可能。實際運行結果表明，該控制系統設計合理，運行可靠，操作簡單(一次按鈕操作即可完成全部焊接過程)，生產效率顯著提高，有較高的推廣和實用價值。
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