依照鋼筋網(wǎng)電阻焊工藝的要求,我們設(shè)計(jì)制造了移動(dòng)單焊頭焊網(wǎng)機(jī)器人系統(tǒng),并以PLC為核心進(jìn)行了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)具有硬件簡單,操作方便、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。
1 前言
鋼筋焊接網(wǎng)是一種高效、節(jié)能、強(qiáng)化混凝土結(jié)構(gòu)的建筑用材,在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家正被建筑業(yè)廣泛采用,在我國被國家建設(shè)部列為“九五”計(jì)劃重點(diǎn)推廣應(yīng)用10項(xiàng)新技術(shù)之一。 在鋼筋網(wǎng)焊接中采用焊接智能化技術(shù)以取代傳統(tǒng)建筑施工中的人工綁扎鋼筋是焊接技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
本文介紹的焊網(wǎng)機(jī)器人系統(tǒng)是根據(jù)鋼筋網(wǎng)電阻焊工藝要求,簡化通用工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和控制形式,使其結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、焊接質(zhì)量高、維修簡單。該系統(tǒng)由我們自行設(shè)計(jì),采用PLC控制技術(shù),現(xiàn)已在生產(chǎn)線上使用,具有智能化、柔性化的特點(diǎn)。
2 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)
焊網(wǎng)機(jī)器人系統(tǒng)主要包括焊網(wǎng)機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。焊網(wǎng)機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜(硬件及軟件)組成。圖1為焊網(wǎng)機(jī)器人的基本組成圖。
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圖1 焊網(wǎng)機(jī)器人組成結(jié)構(gòu)圖[/align]
焊網(wǎng)機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要是平行四邊形結(jié)構(gòu)形式。為了適應(yīng)鋼筋焊網(wǎng)的焊接要求,參照國外焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將焊頭通過連接法蘭固定于機(jī)器人最后一個(gè)軸的機(jī)械接口,使之能進(jìn)行焊接。焊網(wǎng)機(jī)器人移動(dòng)采用交流變頻技術(shù),機(jī)械臂動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)。同時(shí),機(jī)器人的控制采用PC技術(shù)和智能的算法,使之具有自行優(yōu)化路徑的功能,實(shí)現(xiàn)焊頭準(zhǔn)確定位。
由于采用了一體化可移動(dòng)單焊頭,焊網(wǎng)機(jī)器人能夠適應(yīng)連續(xù)焊接時(shí)焊頭短距離快速移位的要求,降低了供電功率、減小了設(shè)備的體積,使得鋼筋網(wǎng)的焊接從專用廠房走向了施工現(xiàn)場,該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)外屬于首創(chuàng)。
焊接設(shè)備則由焊接子電源,(包括其控制系統(tǒng))、主機(jī)系統(tǒng)、前部輔機(jī)控制系統(tǒng)和后部輔機(jī)系統(tǒng)等三部分構(gòu)成。主機(jī)系統(tǒng)包括放線架、自動(dòng)落橫線裝置、橫線磁性定位裝置、多點(diǎn)焊接裝置、平衡牽引裝置、鋼筋焊接網(wǎng)輸送裝置等,是鋼筋焊網(wǎng)生產(chǎn)線的核心,完成鋼筋焊網(wǎng)的成形、焊接工作,其結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。
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圖2 焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)圖[/align]
焊網(wǎng)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案使得控制方式靈活,可選擇恒電流、恒電壓或恒功率方式對焊接過程進(jìn)行自動(dòng)控制,并可任意設(shè)定焊接各階段的焊接電流,可通過編程改變焊接時(shí)序及過程,具有柔性生產(chǎn)的功能。
3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
生產(chǎn)線采用三菱PLC組成了可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng),完成系統(tǒng)全自動(dòng)閉環(huán)控制,保證了系統(tǒng)全自動(dòng)可靠運(yùn)行。采用變頻調(diào)速方式進(jìn)行網(wǎng)距自由定位,使網(wǎng)距任意可調(diào),既提高了網(wǎng)距精度,又提高了網(wǎng)距控制的靈活性??蛇x擇采用恒電流或恒電壓方式對焊接電流進(jìn)行自動(dòng)控制并可任意設(shè)定焊接時(shí)間。
整個(gè)控制系統(tǒng)分手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)控制三部分,當(dāng)選擇手動(dòng)運(yùn)行方式時(shí),可以人為介入生產(chǎn)操作過程,實(shí)施單步控制。當(dāng)選擇半自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí),可以實(shí)施單周期控制。選擇全自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí),可以實(shí)施全過程連續(xù)控制,實(shí)現(xiàn)無人化操作。系統(tǒng)整體控制方案如圖3所示。
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圖3 系統(tǒng)控制方案圖[/align]
采用上位機(jī)可以實(shí)時(shí)對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控,而且可以為實(shí)現(xiàn)智能控制搭建平臺。上位機(jī)只需采集PLC寄存器的內(nèi)容即可知道焊網(wǎng)機(jī)運(yùn)行的各種參數(shù),可以依照生產(chǎn)要求,實(shí)時(shí)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相應(yīng)的控制量通過串行通訊寫入PLC中的特定寄存器,再通過PLC的程序設(shè)定DA輸出,控制相應(yīng)的對象。
當(dāng)由PLC實(shí)施現(xiàn)場控制時(shí),上位機(jī)只監(jiān)視現(xiàn)場的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并可設(shè)定設(shè)備運(yùn)行的參數(shù),控制律由PLC計(jì)算出并輸出到FX-4DA,完成對現(xiàn)場設(shè)備的邏輯控制、順序控制和連鎖保護(hù)等。
4 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)PLC程序以三菱PLC編程軟件SW7-D5C-GPPW為平臺以梯形圖形式編寫。程序編寫流程如圖4所示。
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圖4 系統(tǒng)控制流程圖[/align]
根據(jù)操作要求,焊網(wǎng)機(jī)器人系統(tǒng)的PLC的控制程序可分為以下幾個(gè)子程序段。
(1)料倉振動(dòng)控制。料倉是橫筋供給裝置,將橫筋放入料倉中,利用料倉的振動(dòng)把鋼筋送到磁輥能夠吸到的位置。
(2)橫筋磁輥控制程序。橫筋磁輥控制程序主要是利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)電磁鐵,從料倉中吸取鋼筋放到橫筋當(dāng)料板上。
(3)橫筋下料擋板控制。當(dāng)位置檢測開關(guān)檢測到鋼筋后,使橫筋下料擋板落下,把鋼筋放下。
(4)橫筋鋸齒動(dòng)作控制。橫筋鋸齒動(dòng)作是通過鋸齒抖動(dòng),將鋼筋分步驟有秩序的落下,這樣可以避免鋼筋在下落的時(shí)候錯(cuò)亂混雜阻塞在擋料板處。
(5)橫筋送料臂送料控制。機(jī)械手抓住鋸齒送來的鋼筋,通過橫筋送料臂將橫筋與事先排列好的縱筋交叉接合好,便于焊接。
(6)機(jī)器人焊接控制。這是主要的部分,通過這一部分的控制可以焊接出不同規(guī)格的鋼筋焊接網(wǎng)。
另外,為了增加工作的可靠性,在軟件設(shè)計(jì)中采用了時(shí)間定時(shí)監(jiān)控的方法,一是某個(gè)過程運(yùn)動(dòng)時(shí)間超過預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)范圍,即采取措施,并發(fā)出聲、光報(bào)警,提醒操作人員。
5 小結(jié)
本文主要介紹了焊網(wǎng)機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并采用PLC對焊網(wǎng)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行單步、單周期和連續(xù)工作方式控制。使用結(jié)果表明,該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制性能良好、成本低,能滿足生產(chǎn)的要求,而且可將其運(yùn)用于柔性制造系統(tǒng),大大提高了設(shè)備利用率。