鋼筋焊接網(wǎng)是一種高效、節(jié)能、強化混凝土結(jié)構(gòu)的建筑用材,應(yīng)用于建筑行業(yè)的各個領(lǐng)域,具有節(jié)省鋼材、簡化施工、提高工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的特點,在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家正被建筑業(yè)廣泛采用。在鋼筋網(wǎng)焊接中利用智能化焊接技術(shù)取代傳統(tǒng)建筑施工中人工綁扎鋼筋的方法已經(jīng)成為鋼筋網(wǎng)焊接發(fā)展的必然趨勢。作者提出的智能鋼筋焊網(wǎng)設(shè)備DDC 控制系統(tǒng)采用PLC 技術(shù),精確度高、抗干擾能力強、安裝維修便利,在實際應(yīng)用中效果優(yōu)于人工操作。
1 工作原理
鋼筋焊接網(wǎng)生產(chǎn)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(wǎng)機(jī)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(wǎng)輸送裝置按要求的網(wǎng)距將網(wǎng)片向外拖出一段距離。重復(fù)上述過程,直到整片鋼筋網(wǎng)全部焊接完畢。
2 智能焊網(wǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)整體設(shè)計
智能焊網(wǎng)設(shè)備采用典型的兩級控制方式,作為生產(chǎn)管理級的工業(yè)控制計算機(jī)完成對下位機(jī)的監(jiān)控、生產(chǎn)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(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集及過程控制等,它是面向生產(chǎn)過程。整個控制系統(tǒng)分手動、半自動、全自動控制三部分。當(dāng)選擇手動運行方式時,可以人為介入生產(chǎn)操作過程,實施單步控制。當(dāng)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(xù)控制,實現(xiàn)無人化操作。系統(tǒng)整體控制方案如圖1 所示。
3 智能焊網(wǎng)設(shè)備DDC 級設(shè)計
焊網(wǎng)機(jī)器人系統(tǒng)DDC 級控制主要由可編程控制器(PLC) 完成,上位機(jī)采用RS232 標(biāo)準(zhǔn)與PLC 進(jìn)行通訊,系統(tǒng)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(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力。PLC 參與焊接控制全過程,是焊網(wǎng)機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng)的核心。它負(fù)責(zé)焊接工藝的電氣邏輯控制;執(zhí)行邏輯、算術(shù)運算;輸出控制執(zhí)行指令;進(jìn)行焊接啟、停控制;完成對電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本控制任務(wù)。DDC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
3. 1 DDC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)
DDC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計主要分為輸入、控制、輸出三個部分。
(1) 輸入部分。因為現(xiàn)場信號基本上都是開關(guān)信號,所以采用接近開關(guān)、行程開關(guān)、光電開關(guān)、溫度開關(guān)對開關(guān)信號進(jìn)行采集;用編碼器對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集。變頻器與PLC 之間通過FX2485BD 轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行信息傳遞。
(2) 輸出部分。控制系統(tǒng)輸出部分用雙電控電磁閥實現(xiàn)對橫筋勾加緊、放松,橫筋送料臂推出、復(fù)位,料倉抬起、復(fù)位,網(wǎng)距勾夾緊、放松,網(wǎng)距定長勾推送、復(fù)位等控制,用單電控電磁閥實現(xiàn)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(guān)信號、程序延時信號啟停磁輥
電機(jī)實現(xiàn)。PLC 數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換模塊FX24DA 可輸出焊頭電機(jī)轉(zhuǎn)速、焊接電壓或電流控制信號。控制系統(tǒng)的開關(guān)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(tǒng)的核心,控制部分的設(shè)計好壞影響到整個系統(tǒng)的性能,所以控制部分的設(shè)計對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性具有重大的意義。
智能焊網(wǎng)設(shè)備各部分動作均由氣缸驅(qū)動即采用氣路控制,氣源由高質(zhì)量的空氣壓縮機(jī)提供,經(jīng)由空氣過濾器、油霧分離器和減壓閥組成的三聯(lián)件處理,獲得高質(zhì)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(jìn)開關(guān)和傳感開關(guān)控制。機(jī)械手按可編程控制器發(fā)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(jī)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(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)
上位機(jī)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(xiàn)智能控制算法,完成對下位機(jī)的監(jiān)控、生產(chǎn)操作管理,實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控與人機(jī)接口的功能,并可設(shè)置PLC 各個參數(shù)。上位機(jī)還具有數(shù)據(jù)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(tǒng)控制流程圖見圖4 。
根據(jù)操作要求,DDC 控制系統(tǒng)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(jī)驅(qū)動電磁鐵,從料倉中吸取鋼筋放到橫筋當(dāng)料板上。(4) 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。(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(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。(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(guī)格的鋼筋焊接網(wǎng)。
4 結(jié)束語
本文主要介紹了鋼筋焊網(wǎng)生產(chǎn)線DDC 級控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu),并詳細(xì)地介紹了其實現(xiàn)方式,采用PLC(可編程控制) 控制器對焊網(wǎng)機(jī)進(jìn)行順序控制,可以實現(xiàn)單步、單周期和連續(xù)工作方式。應(yīng)用結(jié)果表明,該套生產(chǎn)線控制系統(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,而且可將其運用于柔性制造系統(tǒng),能大大提高設(shè)備利用率。