專利名稱：摩擦焊機(jī)閉環(huán)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摩擦焊機(jī)閉環(huán)控制裝置。
背景技術(shù)：
參照圖2，現(xiàn)有的摩擦焊機(jī)控制裝置包括滑臺1、油泵4、油箱5、兩位兩通換向閥6、溢流閥7、可編程控制器(以下簡稱PLC控制器)11、油缸14、壓力繼電器16、三位四通換向閥17、兩位四通換向閥18、調(diào)速閥19、單向閥20和減壓閥21，所述的PLC控制器11為開關(guān)型控制器，由PLC控制器11驅(qū)動壓力繼電器16上的六個電磁鐵控制四個方向閥，并配合四個壓力和速度控制閥來控制摩擦焊機(jī)軸向壓力、滑臺運(yùn)動的方向和速度。在摩擦焊接過程中，這八個閥頻繁交替動作，出現(xiàn)故障幾率大。另外，該控制裝置是PLC控制器開關(guān)量過程控制，通過PLC控制器內(nèi)部程序的循環(huán)掃描，來讀取按鈕開關(guān)、壓力繼電器、時間繼電器、行程開關(guān)等的開關(guān)信號作為開關(guān)閥輸出的判斷依據(jù)，開關(guān)閥和手動調(diào)速閥只能使軸向壓力呈階躍性變化，無法進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，不能對焊接過程中的干擾因素，如油溫變化、環(huán)境溫度變化、焊接材質(zhì)及表面狀態(tài)的波動等進(jìn)行實(shí)時有效調(diào)節(jié)；且壓力、流速等參量由手動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)不便，重現(xiàn)性較差。
文獻(xiàn)“摩擦焊接過程電液比例計算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)研制[J].杜隨更，傅莉，鄢君輝等.《機(jī)械工程學(xué)報》，2002，38(12)135-137”公開了一種使用電液比例換向調(diào)速閥及電液比例溢流閥配合工業(yè)控制計算機(jī)搭建了壓力閉環(huán)電液比例控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以精確的對焊接壓力進(jìn)行控制，性能優(yōu)良，壓力控制精度達(dá)到2％，并已成熟地應(yīng)用于許多生產(chǎn)現(xiàn)場，但系統(tǒng)復(fù)雜，制造成本較高，軟件編制困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)所用閥門多而導(dǎo)致出現(xiàn)故障幾率大、且不能進(jìn)行實(shí)時閉環(huán)控制的不足，本發(fā)明提供一種摩擦焊機(jī)閉環(huán)控制裝置，采用具有模擬量功能及人機(jī)界面功能的PLC控制器和電液比例換向調(diào)速閥及電液比例溢流閥來控制摩擦焊接過程中的軸向壓力，可減少閥門的使用數(shù)量，降低故障率。同時，利用PLC控制器還可以進(jìn)行實(shí)時閉環(huán)控制，以在摩擦和保壓階段保持穩(wěn)定的壓力。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案一種摩擦焊機(jī)閉環(huán)控制裝置，包括滑臺、油泵、油箱、兩位兩通換向閥、溢流閥、PLC控制器和油缸，其特點(diǎn)是還包括電液比例換向調(diào)速閥、電液比例溢流閥、A功率放大板、B功率放大板、D/A模塊、A/D模塊、壓力傳感器以及人機(jī)界面模塊，所述的壓力傳感器將檢測到油缸壓力值的模擬信號，通過AD模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送給PLC控制器，與PLC控制器中由人機(jī)界面模塊設(shè)定的壓力值比較并進(jìn)行誤差運(yùn)算，輸出的數(shù)字信號經(jīng)DA模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)A功率放大板放大，調(diào)節(jié)電液比例溢流閥的溢流壓力，實(shí)現(xiàn)施力油缸軸向壓力的控制；同時，PLC控制器接受人機(jī)界面模塊傳遞的方向及速度指令，輸出的數(shù)字信號經(jīng)DA模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)B功率放大板放大，調(diào)節(jié)電液比例換向調(diào)速閥的電磁力來控制閥的開口方向及大小，實(shí)現(xiàn)油缸活塞的運(yùn)動速度及方向控制。
本發(fā)明的有益效果是由于采用具有模擬量功能及人機(jī)界面功能的PLC控制器和電液比例換向調(diào)速閥及電液比例溢流閥來控制摩擦焊接過程中的軸向壓力，減少了閥門的使用數(shù)量，降低了故障率。同時，PLC控制器能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制，對焊接過程中的干擾因素，如油溫變化、環(huán)境溫度變化、焊接材質(zhì)及表面狀態(tài)的波動等，可進(jìn)行實(shí)時有效調(diào)節(jié)。壓力、流速等參量調(diào)節(jié)方便，重現(xiàn)性好。與計算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，硬件成本較低，編程容易。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明摩擦焊機(jī)閉環(huán)控制裝置示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)摩擦焊機(jī)控制裝置示意圖。
圖3是采用圖1所示裝置焊接參數(shù)曲線圖。
圖中，1-滑臺，2-電液比例換向調(diào)速閥，3-電液比例溢流閥，4-油泵，5-油箱，6-兩位兩通換向閥，7-溢流閥，8-A功率放大板，9-B功率放大板，10-D/A模塊，11-PLC控制器，12-A/D模塊，13-壓力傳感器，14-油缸，16-壓力繼電器，17-三位四通換向閥，18-兩位四通換向閥，19-調(diào)速閥，20-單向閥，21-減壓閥，22-人機(jī)界面模塊。
具體實(shí)施例方式
參照圖1，拖動滑臺1的油缸14的壓力值通過壓力傳感器13轉(zhuǎn)換成電流或電壓的模擬信號，通過AD模塊12轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到PLC控制器11中與設(shè)定值比較。設(shè)定值由人機(jī)界面模塊22傳遞給PLC控制器11。PLC控制器11進(jìn)行誤差運(yùn)算，然后將輸出數(shù)字值通過DA模塊10轉(zhuǎn)換成電壓值去控制A功率放大板8的輸出電流，A功率放大板8輸出電流調(diào)節(jié)電液比例溢流閥3上比例電磁鐵的電磁力來控制比例溢流閥3的溢流壓力，實(shí)現(xiàn)軸向施力油缸14的壓力控制。同時，PLC控制器11接受人機(jī)界面模塊22傳遞的方向及速度指令，輸出數(shù)字量通過DA模塊10轉(zhuǎn)換成電壓值去控制B功率放大板9的輸出電流，B功率放大板9輸出電流調(diào)節(jié)電液比例換向調(diào)速閥2上比例電磁鐵的壓力來控制比例方向閥2的開口方向及大小，實(shí)現(xiàn)軸向施力油缸14活塞的運(yùn)動速度及方向的控制。油泵4提供液壓系統(tǒng)的壓力。油箱5提供系統(tǒng)所需的液壓油。兩位兩通閥6控制系統(tǒng)是否建壓。溢流閥7調(diào)整液壓系統(tǒng)壓力。
PLC控制器11用以實(shí)現(xiàn)整個焊接過程的協(xié)調(diào)控制，包括故障檢測、焊接過程時序控制、焊接壓力線性調(diào)節(jié)和控制。人機(jī)界面模塊22顯示壓力曲線和設(shè)置焊接參數(shù)，PLC控制器11的數(shù)據(jù)存儲區(qū)存儲了焊接過程中滑臺運(yùn)動所需要的快進(jìn)、工進(jìn)、摩擦、頂鍛、快退的流量和壓力數(shù)據(jù)，焊接過程中PLC控制器11實(shí)時檢測各組成部分的狀態(tài)，實(shí)時給出各個階段所需數(shù)據(jù)。通過PLC控制器11閉環(huán)程序的循環(huán)掃描，實(shí)時控制系統(tǒng)壓力。其中，在摩擦加熱和頂鍛保壓兩個階段采用PID運(yùn)算的壓力閉環(huán)控制。
滑臺1由油缸14驅(qū)動著往復(fù)運(yùn)動。電液比例換向調(diào)速閥2通過油缸14控制滑臺1的運(yùn)動方向及速度。電液比例溢流閥3控制油缸14后腔壓力。油泵4提供液壓系統(tǒng)的壓力。油箱5提供系統(tǒng)所需的液壓油。兩位兩通閥6控制系統(tǒng)是否建壓。溢流閥7調(diào)整液壓系統(tǒng)壓力。PLC控制器11給出的數(shù)字信號經(jīng)D/A模塊10轉(zhuǎn)換得到的電壓信號分別經(jīng)A功率放大板8、B功率放大板9轉(zhuǎn)換為電流信號，分別控制電液比例溢流閥3和電液比例換向調(diào)速閥2。壓力傳感器13檢測油缸14的后腔壓力，A/D模塊12將壓力傳感器13給出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。PLC控制器11完成信號的比較與控制，人機(jī)界面模塊22顯示壓力曲線和設(shè)置焊接參數(shù)，PLC控制器11的數(shù)據(jù)存儲區(qū)存儲了焊接過程中滑臺運(yùn)動所需要的快進(jìn)、工進(jìn)、摩擦、頂鍛、快退的流量和壓力數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)摩擦焊接過程中軸向壓力的閉環(huán)控制、滑臺進(jìn)給速度的開環(huán)比例控制，軸向壓力控制精度可達(dá)±5％。參數(shù)調(diào)節(jié)方便，可靠性高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，對油源適應(yīng)性好，提高了摩擦焊接過程控制水平。
利用本發(fā)明摩擦焊機(jī)閉環(huán)控制裝置焊接Φ64mm鉆桿，采用C320型摩擦焊機(jī)，焊接規(guī)范參數(shù)中摩擦壓力設(shè)定為3.2MPa，頂鍛壓力設(shè)定為5.0MPa。在系統(tǒng)中加裝轉(zhuǎn)速傳感器、電流傳感器、位移傳感器，從壓力曲線圖(參見圖3)中可以看到，在閉環(huán)控制下壓力反應(yīng)速度快，在摩擦加熱和頂鍛保壓階段呈平直狀態(tài)。從采集的實(shí)際數(shù)據(jù)來看，在摩擦加熱階段，壓力均值3.2MPa，最大壓力為3.27MPa，最小壓力為3.12MPa，波動值保持在5％以內(nèi)；頂鍛保壓階段壓力均值為5.0MPa，最大壓力為5.24MPa最小壓力為4.79MPa，壓力的波動值不大于5％，即系統(tǒng)的壓力控制精度大于5％。鉆桿實(shí)際生產(chǎn)的焊接飛邊大小均勻一致。對PLC控制器實(shí)時監(jiān)測得出，該閉環(huán)控制系統(tǒng)在摩擦加熱和頂鍛保壓兩個階段PLC控制器的掃描周期為16ms，即每16ms閉環(huán)控制系統(tǒng)檢測、比較、調(diào)節(jié)一次壓力，壓力調(diào)節(jié)速度快，能及時穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，完全可以滿足焊機(jī)壓力控制要求。相對于工業(yè)控制計算機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，此PLC控制器構(gòu)建的閉環(huán)控制系統(tǒng)的硬件投入低，控制精度也能滿足要求，但不能實(shí)時顯示監(jiān)測各項(xiàng)參數(shù)運(yùn)行情況，程序和參數(shù)修改困難。相對于常規(guī)的開關(guān)閥控制系統(tǒng)，軸向壓力控制精度提高，焊接生產(chǎn)過程參數(shù)重現(xiàn)性好。
權(quán)利要求
1.一種摩擦焊機(jī)閉環(huán)控制裝置，包括滑臺、油泵、油箱、兩位兩通換向閥、溢流閥、PLC控制器和油缸，其特征在于還包括電液比例換向調(diào)速閥、電液比例溢流閥、A功率放大板、B功率放大板、D/A模塊、A/D模塊、壓力傳感器以及人機(jī)界面模塊，所述的壓力傳感器將檢測到油缸壓力值的模擬信號，通過AD模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送給PLC控制器，與PLC控制器中由人機(jī)界面模塊設(shè)定的壓力值比較并進(jìn)行誤差運(yùn)算，輸出的數(shù)字信號經(jīng)DA模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)A功率放大板放大，調(diào)節(jié)電液比例溢流閥的溢流壓力，實(shí)現(xiàn)施力油缸軸向壓力的控制；同時，PLC控制器接受人機(jī)界面模塊傳遞的方向及速度指令，輸出的數(shù)字信號經(jīng)DA模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)B功率放大板放大，調(diào)節(jié)電液比例換向調(diào)速閥的壓力來控制閥的開口方向及大小，實(shí)現(xiàn)油缸活塞的運(yùn)動速度及方向控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦焊機(jī)閉環(huán)控制裝置，其特征在于所述的PLC控制器數(shù)據(jù)存儲區(qū)存儲的焊接過程中滑臺運(yùn)動——快進(jìn)、工進(jìn)、摩擦、頂鍛、快退所需要的流量和壓力數(shù)據(jù)，與焊接過程中PLC控制器實(shí)時檢測到的滑臺運(yùn)動——快進(jìn)、工進(jìn)、摩擦、頂鍛、快退所需要的流量和壓力數(shù)據(jù)比較，通過PLC控制器閉環(huán)程序的循環(huán)掃描，實(shí)時控制系統(tǒng)壓力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摩擦焊機(jī)閉環(huán)控制裝置，包括電液比例換向調(diào)速閥、電液比例溢流閥、A、B功率放大板、D/A模塊、A/D模塊、壓力傳感器以及人機(jī)界面模塊，所述的壓力傳感器將檢測到油缸壓力值的模擬信號，通過AD模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，與PLC控制器中設(shè)定的壓力值比較并進(jìn)行誤差運(yùn)算，調(diào)節(jié)電液比例溢流閥的溢流壓力，實(shí)現(xiàn)施力油缸軸向壓力控制；同時，PLC控制器接受人機(jī)界面模塊傳遞的方向及速度指令，輸出的數(shù)字信號經(jīng)DA模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號，調(diào)節(jié)電液比例換向調(diào)速閥的壓力來控制閥的開口方向及大小，實(shí)現(xiàn)油缸活塞的運(yùn)動速度及方向控制。由于采用具有模擬量及人機(jī)界面功能的PLC控制器，減少了閥門的數(shù)量，降低了故障率。還實(shí)現(xiàn)了焊接過程中的實(shí)時閉環(huán)控制。
文檔編號B23K20/12GK101059694SQ20071001799
公開日2007年10月24日 申請日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日
發(fā)明者杜隨更, 陳強(qiáng), 傅莉 申請人:西北工業(yè)大學(xué)