鋼筋焊接網是一種高效、節能、強化混凝土結構的建筑用材,應用于建筑行業的各個領域,具有節省鋼材、簡化施工、提高工程質量和經濟效益的特點,在經濟發達國家正被建筑業廣泛采用。在鋼筋網焊接中利用智能化焊接技術取代傳統建筑施工中人工綁扎鋼筋的方法已經成為鋼筋網焊接發展的必然趨勢。作者提出的智能鋼筋焊網設備DDC 控制系統采用PLC 技術,精確度高、抗干擾能力強、安裝維修便利,在實際應用中效果優于人工操作。
1 工作原理
鋼筋焊接網生產過程,是通過鋼筋矯直裁斷裝置將盤卷的鋼筋拉伸、矯直并裁斷成需要長度的縱筋和橫筋。分別將縱筋和橫筋放入縱筋和橫筋送料裝置,通過輸送裝置將橫筋和縱筋在焊接位置交叉定位。此時啟動焊接過程,焊網機器人將焊接電極在橫筋和縱筋交叉處壓緊,并施加瞬間的低壓大電流,將電極間縱橫鋼筋接觸面熔化、粘緊,形成熔核。焊點冷卻后,抬起焊頭,完成焊接過程。此時焊網輸送裝置按要求的網距將網片向外拖出一段距離。重復上述過程,直到整片鋼筋網全部焊接完畢。
2 智能焊網設備控制系統整體設計
智能焊網設備采用典型的兩級控制方式,作為生產管理級的工業控制計算機完成對下位機的監控、生產操作管理等,主要面向操作人員;采用PLC 組成了可靠的DDC 控制級,完成生產現場的數據采集及過程控制等,它是面向生產過程。整個控制系統分手動、半自動、全自動控制三部分。當選擇手動運行方式時,可以人為介入生產操作過程,實施單步控制。當選擇半自動運行方式時,可以實施單周期控制。選擇全自動運行方式時,可以實施全過程連續控制,實現無人化操作。系統整體控制方案如圖1 所示。
3 智能焊網設備DDC 級設計
焊網機器人系統DDC 級控制主要由可編程控制器(PLC) 完成,上位機采用RS232 標準與PLC 進行通訊,系統選用三菱公司的FX2N 系列PLC 作為主控單元。該系列PLC 可靠性高,配置靈活,在使用上也非常簡單且有良好的環境適應性和抗干擾能力。PLC 參與焊接控制全過程,是焊網機設備控制系統的核心。它負責焊接工藝的電氣邏輯控制;執行邏輯、算術運算;輸出控制執行指令;進行焊接啟、停控制;完成對電磁閥等執行機構的基本控制任務。DDC 控制系統結構如圖2 所示。
3. 1 DDC控制系統硬件設計與實現
DDC 控制系統硬件設計主要分為輸入、控制、輸出三個部分。
(1) 輸入部分。因為現場信號基本上都是開關信號,所以采用接近開關、行程開關、光電開關、溫度開關對開關信號進行采集;用編碼器對電機轉速進行采集。變頻器與PLC 之間通過FX2485BD 轉換模塊進行信息傳遞。
(2) 輸出部分。控制系統輸出部分用雙電控電磁閥實現對橫筋勾加緊、放松,橫筋送料臂推出、復位,料倉抬起、復位,網距勾夾緊、放松,網距定長勾推送、復位等控制,用單電控電磁閥實現對橫筋擋料板動作、橫筋齊頭裝置動作、橫筋鋸齒動作等的控制。橫筋輸送磁輥動作由橫筋儲料位置檢測信號、按鈕開關信號、程序延時信號啟停磁輥
電機實現。PLC 數/ 模轉換模塊FX24DA 可輸出焊頭電機轉速、焊接電壓或電流控制信號。控制系統的開關量及模擬量輸出均由PLC 完成。
(3) 控制部分。控制部分是整個控制系統的核心,控制部分的設計好壞影響到整個系統的性能,所以控制部分的設計對整個系統的穩定性和安全性具有重大的意義。
智能焊網設備各部分動作均由氣缸驅動即采用氣路控制,氣源由高質量的空氣壓縮機提供,經由空氣過濾器、油霧分離器和減壓閥組成的三聯件處理,獲得高質量的工作氣體,通過一個公用的多路接頭為所有的氣動模塊供氣。安裝在多路接頭上的電磁閥控制通向各個氣動元件的氣流量,電磁閥由步進開關和傳感開關控制。機械手按可編程控制器發出的順序動作指令完成定位、伸出、縮回、抓緊和松開等工作。料倉上升和下降、機械手臂伸出和縮回等用雙線圈雙位電磁閥控制。
3. 2 DDC控制系統軟件設計與實現
上位機程序采用VC 編寫,主要包括9 個功能模塊,如圖3 所示。可以實現智能控制算法,完成對下位機的監控、生產操作管理,實現數據監控與人機接口的功能,并可設置PLC 各個參數。上位機還具有數據自動存儲、報警提示、查詢、報表、打印等功能。PLC 程序以三菱PLC 編程軟件SW7D5C2GPPW 為平臺以梯形圖形式編寫。整個系統控制流程圖見圖4 。
根據操作要求,DDC 控制系統的PLC 的控制程序可分為以下幾個子程序段:
(1) 料倉振動控制。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驅動電磁鐵,從料倉中吸取鋼筋放到橫筋當料板上。(4) 橫筋下料擋板控制。當位置檢測開關檢測到鋼筋后,使橫筋下料擋板落下,把鋼筋放下。(5) 橫筋鋸齒動作控制。橫筋鋸齒動作是通過鋸齒抖動,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候錯亂混雜阻塞在擋料板處。(6) 橫筋送料臂送料控制。機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。(7) 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格的鋼筋焊接網。
4 結束語
本文主要介紹了鋼筋焊網生產線DDC 級控制系統的硬件結構和軟件結構,并詳細地介紹了其實現方式,采用PLC(可編程控制) 控制器對焊網機進行順序控制,可以實現單步、單周期和連續工作方式。應用結果表明,該套生產線控制系統結構簡單、控制性能良好、成本低,能滿足生產的要求,而且可將其運用于柔性制造系統,能大大提高設備利用率。