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【摘要】双工位四焊枪自动焊接机主要用于车条与车轮对接的焊接。其产品主要应用于建筑工地、小型养殖场、小商品市场等场所使用小车进行货物的运送。车轮使用寿命的长短主要决定于车条与车圈焊接的质量。本次针对它的电气系统进行设计，主要以可编程控制器为控制核心、可编程文本显示器对工作状态进行监控、使用传感器对设备的运行信息进行采集、由步进电动机带动转盘运行。经过对系统的设计，提高了车轮焊接质量与精度，延长了使用寿命。也为企业创造了更高的利润，符合企业的升级改造方案。
【关键词】传感器;双工位;自动焊接机;应用
1.焊接机的电气控制要求
该焊接设备电气系统主要有以下5点要求：（1）传动方式：焊枪架的进给使用750w的三相交流电机拖动，额定转速为1410r∕min;转盘电动机要能精确地定位运行;（2）工作方式：手动操作，能单独对焊盘1和焊盘2进行焊接操作。自动操作，选择自动运行模式，设备进入自动运行;焊枪后退到原位→转盘开始旋转找到原位→焊枪进给到位→焊枪开始起弧焊接车轮→焊接完成后焊枪开始后退到原位→焊盘转动0.1圈→完成焊接10次 转动手柄焊接另外一个车轮（未完成继续完成本车轮焊接），自动运行流程如;（3）具有可视化操作：使用人机界面对设备工作流程进行操作和监控。能在可视化窗口内对转盘电机进行调速;（4）控制方式：控制系统运行稳定、可靠，升级简单;能对设备进行精确位置检测;（5）有必要的过载、短路保护。
2.系统设计元器件选择
本设计中位置传感器主要用于焊枪手臂进给到位;焊枪手臂退回到位;两个焊盘旋转到原位和焊盘状态等六处金属结构的位置检测。检测时要求传感器精度要高、使用寿命要长、动作要准确、抗震性好等。
传统行程开关由于使用寿命短、灵敏度低、工作不稳定、抗震性能差等，无法满足本次设计要求。在现代工业中位置传感器使用较多的是接近开关。
2.1 接近开关的分类
1）涡流式接近开关：这种接近开关的检测体必须是导体;2）电感式接近开关：具有结构简单、工作可靠、分辨率高、测量精度高等优点主要用于位置的检测，广泛用于车床等自动化产品中。3）霍尔接近开关：识别磁性物质，检测对象必须是磁性物质;4）热释电式接近开关：用于感知温度变化。
2.2 传感器的选用
通过以上对4种接近开关的用途和检测对象的分析，再结合课题的设计要求。电感式接近开关较符合本设计的电气要求。本次设计中位置检测可采用高柏电气生产的LJ18A3-5-Z＼BIY电感式接近开关，这种传感器拥有多种输出方式选择，体积小，安装简便常开型传感器，外形及参数
2.3 步进电动机的选型
2.3.1 步进电动机的选择
根据系统要求选择合适的步进电动机。本次设计的两个转盘电机均可使用Minet生产的MT20STH42-0804A步进电动机。Minet步进电动机具有结构紧凑、性价比高等优点。
2.3.2 步进驱动器的选择
步进电动机的运行需要步进驱动器对其进行信号输入。选用步进驱动器时，驱动器最大相电流不能超过步进电动机相电流，避免相电流过大烧坏电机。
根据步进电动机的相电流可选择使用Minet生产的MT-2HB06HM驱动器。MT-2HB06HM性能优越可通过拨盘开关设定细分数，提高步进电动机运行精度;使用驱动工作电压交流24v-75v、输出驱动电流2A-6A。
MT-2HB06HM性能特点：1）恒流控制，极低的电源损耗，极高的开关效率;2）步距角细分数可设定：1/2，1/16，1/32，1/64，1/5，1/10，1/20，1/40;3）驱动器给步进电动机的相电流大小可通过电位器调节;4）所有输入信号与功率放大部分光电隔离;5）散热器外壳与驱动器内部完全绝缘。
MT-2HB06HM驱动器还具有体积小，接線简单，使用非常方便等优点。
2.4 可编程文本显示器的选型
2.4.1 文本型号的选择
本次设计使用可编程文本显示器主要用于监控画面的显示，转盘电机速度的设定，焊接自＼手动操作的切换，设备参数的保护等。对可编程文本显示器的功能要求较低，可选择较为廉价的丰捷MD204L可编程文本显示器。
2.4.2 主要功能的介绍
MD204L的正面除液晶显示窗之外，还有20个薄膜开关按键，触摸手感好、使用寿命长、安全可靠。所有的20个按键除了具备基本功能外，还能被设定成特殊功能按键，直接完成某些设定
MD204L的侧面装有电源端子，通讯插座及对比度调整电位器。电源端子DC使用直流24v电源供电。使用9针D型公座的通讯端口进行与外部的通讯，可采用RS232、RS485和RS422方式进行通讯。下载画面数据时，使用通讯电缆MD2-PC将MD204L的9芯通讯口和个人计算机的9芯通讯口连接起来，和PLC通讯时，根据PLC机型确定通讯口连接方式
3.主电路设计
主回路是本系统的动力部分，包含主要负载，采用三相五线制进线。电路中主要有进给电动机750W，相电流不超过2A;两个转盘电动机相电流不超过2A;控制电路有文本、位置传感器、继电器线电流不超过2A;总电路电流不超过6A。根据电流的大小选择断路器对电路过载和短路保护
3.1 进给电动机主回路设计
进给电动机用于拖动焊枪架的进给和后退，要能进行正反转操作。按设计要求进给电动机采用额定功率750w、额定转速1410r∕min的三相交流电动机J02-801-4。焊枪架的进给由KM1带动电动机正传完成、后退由KM2带动电动机的反转完成，KM1、KM2吸合分别使用继电器KA2、KA3吸合进行进行控制;KM1、KM2的型号由电动机的功率确定，选择线圈电压220v、最大工作电流10A的CJ0-10A交流接触器。 3.2 转盘电动机主回路设计
在本系统中有两台步進电动机，分别用于驱动转盘1和转盘2的旋转。因为步进电动机需要使用步进驱动器对其发送信号，步进驱动器的工作电压使用变压器TC进行降压处理，驱动器工作的启停由KA1吸合进行控制并使用QF2对其过载短路保护。
4.触摸屏画面设计
4.1 人机界面的确定
本次设计要求使用人机界面进行操作和监控。人机界面是在操作人员和机器设备之间双向沟通的桥梁，具有监控管理及应付随时变化信息的多功能显示屏幕，用户可以自由的在显示窗口内组合文字、按钮、图形和数字等。触摸屏和可编程文本显示器都适用于该场合。
（1）触摸屏触摸屏。作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它兼容性好、元件丰富、画面生动。强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，甚至可以用于日常生活，应用非常广泛。
（2）可编程文本显示器。可编程文本显示器是人机界面的一种，主要与各类PLC配合使用，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，从而操作人员能够自如的控制机器设备。
可编程文本显示器具有自由输入汉字及设定PLC地址，使用串口通讯下载画面;具有密码保护功能;具有报警列表功能，逐行实时显示当前报警信息;多个按键可被定义成功能键，有数值输入小键盘，操作简单，可替代部分控制柜上机械按键;可选择RS-232＼RS-422＼RS-485通讯方式，利于走线的标准化。
可编程文本显示器能出色完成本设计要求外还具有价格低廉、使用简单等优点。
由于本设计简单、使用软元件少;可编程显示单元编程相对简单、价格低廉，故采用可编程文本显示器。
4.2 控制方式的确定
传统控制方式一般使用继电器控制。继电器控制方式占用体积大、控制元件多、能耗大、运行不稳定、功能单一、升级过于复杂等缺点。
由于本次设计要求控制元件少、体积小、精度高、功能强大、耗能低、维修方便、产品升级改造简单等，继电器控制方式无法满足此次控制要求。
可编程控制器简称PLC，它是20世纪60年代末发展起来的一种新型的电气控制系统，他将传统的继电器控制技术和计算机控制技术、通讯技术融为一体。具有可靠性高、抗干扰能力强、内部软元件多、编程简单、使用方便、反应速度快、精度高、通用性好、体积小、功能强、耗能少和环境适用性强等特点，可用于逻辑控制、定时计数控制、模拟量的控制和数据处理，以及通讯联网等各方面。PLC控制系统克服了继电器控制方式的缺陷，又符合本次设计的控制要求，本次设计采用PLC控制系统。
4.3 MD204L画面的设计
根据系统要求MD204L主要用于监控画面的显示，转盘电机速度的设定，焊接自＼手动操作的切换，设备参数的保护等。本次使用7幅画面进行设计;画面1用做初始画面，不用于系统操作;画面2，操作画面，用于画面的切换，可切换至手动操作画面3、自动操作画面4、参数设置画面5和状态监控画面6;画面7用于焊接次数的显示。
5.结束语
双工位自动焊接机的电气系统设计体现近年来工控运用的先进。受益匪浅，也巩固了自己的知识，使我的理论知识和操作技能更加扎实。在本设计时选用的台达PLC、丰捷可编程文本显示器，传感器等设备是低成本非常实用和便于普及的，希望尽自己的力量能在自己的岗位发挥能量能为企业献出微薄之力。
参考文献
[1]李学炎主编.电机与变压器[M].中国劳动社会保障出版社.
[2]王兵主编.工厂电气控制技术[M].中国劳动社会保障出版社.
[3]孟立凡，蓝金辉主编.传感器原理与应用[M].电子工业出版社.
[4]王兵主编.工厂电气控制技术[M].中国劳动社会保障出版社.
【关键词】传感器;双工位;自动焊接机;应用
1.焊接机的电气控制要求
该焊接设备电气系统主要有以下5点要求：（1）传动方式：焊枪架的进给使用750w的三相交流电机拖动，额定转速为1410r∕min;转盘电动机要能精确地定位运行;（2）工作方式：手动操作，能单独对焊盘1和焊盘2进行焊接操作。自动操作，选择自动运行模式，设备进入自动运行;焊枪后退到原位→转盘开始旋转找到原位→焊枪进给到位→焊枪开始起弧焊接车轮→焊接完成后焊枪开始后退到原位→焊盘转动0.1圈→完成焊接10次 转动手柄焊接另外一个车轮（未完成继续完成本车轮焊接），自动运行流程如;（3）具有可视化操作：使用人机界面对设备工作流程进行操作和监控。能在可视化窗口内对转盘电机进行调速;（4）控制方式：控制系统运行稳定、可靠，升级简单;能对设备进行精确位置检测;（5）有必要的过载、短路保护。
2.系统设计元器件选择
本设计中位置传感器主要用于焊枪手臂进给到位;焊枪手臂退回到位;两个焊盘旋转到原位和焊盘状态等六处金属结构的位置检测。检测时要求传感器精度要高、使用寿命要长、动作要准确、抗震性好等。
传统行程开关由于使用寿命短、灵敏度低、工作不稳定、抗震性能差等，无法满足本次设计要求。在现代工业中位置传感器使用较多的是接近开关。
2.1 接近开关的分类
1）涡流式接近开关：这种接近开关的检测体必须是导体;2）电感式接近开关：具有结构简单、工作可靠、分辨率高、测量精度高等优点主要用于位置的检测，广泛用于车床等自动化产品中。3）霍尔接近开关：识别磁性物质，检测对象必须是磁性物质;4）热释电式接近开关：用于感知温度变化。
2.2 传感器的选用
通过以上对4种接近开关的用途和检测对象的分析，再结合课题的设计要求。电感式接近开关较符合本设计的电气要求。本次设计中位置检测可采用高柏电气生产的LJ18A3-5-Z＼BIY电感式接近开关，这种传感器拥有多种输出方式选择，体积小，安装简便常开型传感器，外形及参数
2.3 步进电动机的选型
2.3.1 步进电动机的选择
根据系统要求选择合适的步进电动机。本次设计的两个转盘电机均可使用Minet生产的MT20STH42-0804A步进电动机。Minet步进电动机具有结构紧凑、性价比高等优点。
2.3.2 步进驱动器的选择
步进电动机的运行需要步进驱动器对其进行信号输入。选用步进驱动器时，驱动器最大相电流不能超过步进电动机相电流，避免相电流过大烧坏电机。
根据步进电动机的相电流可选择使用Minet生产的MT-2HB06HM驱动器。MT-2HB06HM性能优越可通过拨盘开关设定细分数，提高步进电动机运行精度;使用驱动工作电压交流24v-75v、输出驱动电流2A-6A。
MT-2HB06HM性能特点：1）恒流控制，极低的电源损耗，极高的开关效率;2）步距角细分数可设定：1/2，1/16，1/32，1/64，1/5，1/10，1/20，1/40;3）驱动器给步进电动机的相电流大小可通过电位器调节;4）所有输入信号与功率放大部分光电隔离;5）散热器外壳与驱动器内部完全绝缘。
MT-2HB06HM驱动器还具有体积小，接線简单，使用非常方便等优点。
2.4 可编程文本显示器的选型
2.4.1 文本型号的选择
本次设计使用可编程文本显示器主要用于监控画面的显示，转盘电机速度的设定，焊接自＼手动操作的切换，设备参数的保护等。对可编程文本显示器的功能要求较低，可选择较为廉价的丰捷MD204L可编程文本显示器。
2.4.2 主要功能的介绍
MD204L的正面除液晶显示窗之外，还有20个薄膜开关按键，触摸手感好、使用寿命长、安全可靠。所有的20个按键除了具备基本功能外，还能被设定成特殊功能按键，直接完成某些设定
MD204L的侧面装有电源端子，通讯插座及对比度调整电位器。电源端子DC使用直流24v电源供电。使用9针D型公座的通讯端口进行与外部的通讯，可采用RS232、RS485和RS422方式进行通讯。下载画面数据时，使用通讯电缆MD2-PC将MD204L的9芯通讯口和个人计算机的9芯通讯口连接起来，和PLC通讯时，根据PLC机型确定通讯口连接方式
3.主电路设计
主回路是本系统的动力部分，包含主要负载，采用三相五线制进线。电路中主要有进给电动机750W，相电流不超过2A;两个转盘电动机相电流不超过2A;控制电路有文本、位置传感器、继电器线电流不超过2A;总电路电流不超过6A。根据电流的大小选择断路器对电路过载和短路保护
3.1 进给电动机主回路设计
进给电动机用于拖动焊枪架的进给和后退，要能进行正反转操作。按设计要求进给电动机采用额定功率750w、额定转速1410r∕min的三相交流电动机J02-801-4。焊枪架的进给由KM1带动电动机正传完成、后退由KM2带动电动机的反转完成，KM1、KM2吸合分别使用继电器KA2、KA3吸合进行进行控制;KM1、KM2的型号由电动机的功率确定，选择线圈电压220v、最大工作电流10A的CJ0-10A交流接触器。 3.2 转盘电动机主回路设计
在本系统中有两台步進电动机，分别用于驱动转盘1和转盘2的旋转。因为步进电动机需要使用步进驱动器对其发送信号，步进驱动器的工作电压使用变压器TC进行降压处理，驱动器工作的启停由KA1吸合进行控制并使用QF2对其过载短路保护。
4.触摸屏画面设计
4.1 人机界面的确定
本次设计要求使用人机界面进行操作和监控。人机界面是在操作人员和机器设备之间双向沟通的桥梁，具有监控管理及应付随时变化信息的多功能显示屏幕，用户可以自由的在显示窗口内组合文字、按钮、图形和数字等。触摸屏和可编程文本显示器都适用于该场合。
（1）触摸屏触摸屏。作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它兼容性好、元件丰富、画面生动。强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，甚至可以用于日常生活，应用非常广泛。
（2）可编程文本显示器。可编程文本显示器是人机界面的一种，主要与各类PLC配合使用，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，从而操作人员能够自如的控制机器设备。
可编程文本显示器具有自由输入汉字及设定PLC地址，使用串口通讯下载画面;具有密码保护功能;具有报警列表功能，逐行实时显示当前报警信息;多个按键可被定义成功能键，有数值输入小键盘，操作简单，可替代部分控制柜上机械按键;可选择RS-232＼RS-422＼RS-485通讯方式，利于走线的标准化。
可编程文本显示器能出色完成本设计要求外还具有价格低廉、使用简单等优点。
由于本设计简单、使用软元件少;可编程显示单元编程相对简单、价格低廉，故采用可编程文本显示器。
4.2 控制方式的确定
传统控制方式一般使用继电器控制。继电器控制方式占用体积大、控制元件多、能耗大、运行不稳定、功能单一、升级过于复杂等缺点。
由于本次设计要求控制元件少、体积小、精度高、功能强大、耗能低、维修方便、产品升级改造简单等，继电器控制方式无法满足此次控制要求。
可编程控制器简称PLC，它是20世纪60年代末发展起来的一种新型的电气控制系统，他将传统的继电器控制技术和计算机控制技术、通讯技术融为一体。具有可靠性高、抗干扰能力强、内部软元件多、编程简单、使用方便、反应速度快、精度高、通用性好、体积小、功能强、耗能少和环境适用性强等特点，可用于逻辑控制、定时计数控制、模拟量的控制和数据处理，以及通讯联网等各方面。PLC控制系统克服了继电器控制方式的缺陷，又符合本次设计的控制要求，本次设计采用PLC控制系统。
4.3 MD204L画面的设计
根据系统要求MD204L主要用于监控画面的显示，转盘电机速度的设定，焊接自＼手动操作的切换，设备参数的保护等。本次使用7幅画面进行设计;画面1用做初始画面，不用于系统操作;画面2，操作画面，用于画面的切换，可切换至手动操作画面3、自动操作画面4、参数设置画面5和状态监控画面6;画面7用于焊接次数的显示。
5.结束语
双工位自动焊接机的电气系统设计体现近年来工控运用的先进。受益匪浅，也巩固了自己的知识，使我的理论知识和操作技能更加扎实。在本设计时选用的台达PLC、丰捷可编程文本显示器，传感器等设备是低成本非常实用和便于普及的，希望尽自己的力量能在自己的岗位发挥能量能为企业献出微薄之力。
参考文献
[1]李学炎主编.电机与变压器[M].中国劳动社会保障出版社.
[2]王兵主编.工厂电气控制技术[M].中国劳动社会保障出版社.
[3]孟立凡，蓝金辉主编.传感器原理与应用[M].电子工业出版社.
[4]王兵主编.工厂电气控制技术[M].中国劳动社会保障出版社.