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,應(yīng)用于建筑行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域,具有節(jié)省鋼材、簡(jiǎn)化施工、提高工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的特點(diǎn),在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)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(shì)。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(qiáng)、安裝維修便利,在實(shí)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(guò)程,是通過(guò)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(zhǎng)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(guò)輸送裝置將橫筋和縱筋在焊接位置交叉定位。此時(shí)啟動(dòng)焊接過(guò)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(diǎn)冷卻后,抬起焊頭,完成焊接過(guò)程。此時(shí)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(guò)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(jì)
智能焊網(wǎng)設(shè)備采用典型的兩級(jí)控制方式,作為生產(chǎn)管理級(jí)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成對(duì)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(jí),完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集及過(guò)程控制等,它是面向生產(chǎn)過(guò)程。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(guò)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(guò)程連續(xù)控制,實(shí)現(xiàn)無(wú)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(jí)設(shè)計(jì)
焊網(wǎng)機(jī)器人系統(tǒng)DDC 級(jí)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(jiǎn)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(guò)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(yùn)算;輸出控制執(zhí)行指令;進(jìn)行焊接啟、停控制;完成對(duì)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(jì)與實(shí)現(xiàn)
DDC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要分為輸入、控制、輸出三個(gè)部分。
(1) 輸入部分。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)基本上都是開關(guān)信號(hào),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(duì)開關(guān)信號(hào)進(jìn)行采集;用編碼器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集。變頻器與PLC 之間通過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)橫筋勾加緊、放松,橫筋送料臂推出、復(fù)位,料倉(cāng)抬起、復(fù)位,網(wǎng)距勾夾緊、放松,網(wǎng)距定長(zhǎng)勾推送、復(fù)位等控制,用單電控電磁閥實(shí)現(xiàn)對(duì)橫筋擋料板動(dòng)作、橫筋齊頭裝置動(dòng)作、橫筋鋸齒動(dòng)作等的控制。橫筋輸送磁輥動(dòng)作由橫筋儲(chǔ)料位置檢測(cè)信號(hào)、按鈕開關(guān)信號(hào)、程序延時(shí)信號(hào)啟停磁輥
電機(jī)實(shí)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(hào)。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(gè)控制系統(tǒng)的核心,控制部分的設(shè)計(jì)好壞影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能,所以控制部分的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)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(dòng)作均由氣缸驅(qū)動(dòng)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(guò)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(guò)一個(gè)公用的多路接頭為所有的氣動(dòng)模塊供氣。安裝在多路接頭上的電磁閥控制通向各個(gè)氣動(dòng)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(dòng)作指令完成定位、伸出、縮回、抓緊和松開等工作。料倉(cāng)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(jì)與實(shí)現(xiàn)
上位機(jī)程序采用VC 編寫,主要包括9 個(gè)功能模塊,如圖3 所示。可以實(shí)現(xiàn)智能控制算法,完成對(duì)下位機(jī)的監(jiān)控、生產(chǎn)操作管理,實(shí)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(gè)參數(shù)。上位機(jī)還具有數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)、報(bào)警提示、查詢、報(bào)表、打印等功能。PLC 程序以三菱PLC 編程軟件SW7D5C2GPPW 為平臺(tái)以梯形圖形式編寫。整個(gè)系統(tǒng)控制流程圖見(jiàn)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(gè)子程序段:
(1) 料倉(cāng)振動(dòng)控制。料倉(cāng)是橫筋供給裝置,將橫筋放入料倉(cāng)中,利用料倉(cāng)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(cāng)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(cè)開關(guān)檢測(cè)到鋼筋后,使橫筋下料擋板落下,把鋼筋放下。(5) 橫筋鋸齒動(dòng)作控制。橫筋鋸齒動(dòng)作是通過(guò)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。(6) 橫筋送料臂送料控制。機(jī)械手抓住鋸齒送來(lái)的鋼筋,通過(guò)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(guò)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(yǔ)
本文主要介紹了鋼筋焊網(wǎng)生產(chǎn)線DDC 級(jí)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(shí)現(xiàn)方式,采用PLC(可編程控制) 控制器對(duì)焊網(wǎng)機(jī)進(jìn)行順序控制,可以實(shí)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(jiǎn)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),能大大提高設(shè)備利用率。