基于PLC控制器的自动焊锡机自动焊接的实现

    现代焊锡机已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。未来的焊锡机，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性；另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机 。自动焊锡机已将以往需要几次工序完成的过程一次性完成，这极大地提高劳动生产率。所以，自动焊锡机以后将会向更加智能化、更加人工模拟化的方式转变，通过的系统的管理，实现***优控制，***优生产。本文针对传统焊锡机焊接效率低下，无法满足现代化生产需求等问题，采用仿真模拟评估实际应用的方法，基于PLC控制器，借助于步进电机以实现自动焊锡机控制系统的设计要求。

    1 自动焊锡机软硬件控制系统设计
    1.1 自动焊锡机控制系统框架图
    本文基于PLC控制器，借助于步进电机的运动以实现所要达到的控制目的。图1所示为自动焊锡机的控制系统框图，其中包括上升下降控制电机、左行右行控制电机以及四组限行开关（除渣机械手上下左右限行开关和焊锡操作盘上下左右限行开关）。自动焊锡机的控制系统是由PLC中心控制操作的，通过步进电机间的上升下降左行右行协调配合以实现机械手和焊盘的自动焊接工作。

    自动焊锡机示意图如图2所示。SB1，SB2分别是启动按钮和停止按钮，SQ1是焊盘左行限位开关，SQ2是焊盘右行限行开关，SQ3为焊盘上升限位开关，SQ4是焊盘下降限位开关，SQ5是机械手左行限位开关，SQ6是机械手右行限位开关，SQ7是机械手上升限位开关，SQ8是机械手下降限位开关，Y0是机械手上升，Y1是机械手下降，Y2是机械手左行，Y3是机械手右行，Y4是焊盘上升，Y5是焊盘下降，Y6是焊盘左行，Y7是焊盘右行。

    1.2 焊锡机主电路图
    自动焊锡机的整个控制过程主要通过四个电机的正反转来实现的，包括除渣机械手的上下左右移动以及焊盘机械手的上下左右移动，在外部三相电输入带动下，通过电机的转向的改变来完成控制系统的要求动作，其中包括8个接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8，KM1和KM2控制机械手上升下降的电机正反转，KM3和KM4控制机械手左行右行的电控的正反转，KM5和KM6控制焊盘机械手上升下降的
电机正反转，KM7和KM8控制焊盘机械手左行右行的电机正反转，自动焊锡机控制系统的主电路图如图3所示。

    1.3 焊锡机PLC型号选择及输入/输出地址分配根据全自动焊锡机的控制要求，对控制系统的输入/输出点数进行了统计以及相关的PLC型号选择。该控制系统的CPU模块可采用CPU-224（AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带14个数字量输入点和10个数字量输出点，比较符合自动焊锡机控制系统的要求，因此可以不增加额外的电源模块、数字量和输出模块。综上所述此次设计选用西门子S7-200型PLC。
    经过上述分析以及本文自动焊锡机的控制要求，得出所有相关的输入/输出口的分配地址和对应的外部设备。由控制要求列出自动焊锡机的输入分配表，如表2所示。
    1.4 外部接线图
    本文是基于PLC的控制，所以在外部接线图中必须要有所有的I/O分配地址点、接触器的名称及对应动作关系。 现根据以上的统计和选择的PLC的外部接线设计如图4所示。在图4中，显示出了所有的输入输出地址分配，所有的系统动作名称，还有PLC上的接线点和系统中使用到的限位开关。

    本文对自动焊锡机的控制过程的的主要设计内容如下所述：启动机器，除渣机械手电磁阀得电上升，机械手上升到位碰SQ7，停止上升；左行电磁阀得电，机械手左行到位碰SQ5，停止左行；下降电磁阀得电，机械手下降到位碰SQ8，停止下降；右行电磁阀得电，机械手右行到位碰SQ6，停止右行。托盘电磁阀得电上升，上升到位碰SQ3，停止上升；托盘右行电磁阀得电，托盘右行到位碰SQ2，托盘停止右行；托盘下降电磁阀得电，托盘下降到位碰SQ4，停止下降，工件焊锡，焊锡时间到；托盘上升电磁阀得电，托盘上升到位碰SQ3，停止上升；托盘左行电磁阀得电，托盘左行到位碰SQ1，托盘停止左行；托盘下降电磁阀得电，托盘下降到位碰SQ4，托盘停止下降，工件取出，延迟5s后自动进入下一循环。

    1.5 组态设计
    为了便于在组态中更加直观的显示整个控制系统的实现操作，在焊锡机控制系统中引入了一些内部整形变量，包括“机械手上下”控制除渣机械手砥柱的上下移动，“机械手左右”控制除渣机械手的左右移动，“机械手上下”控制除渣机械手的上下移动，“焊盘上下”控制焊盘砥柱的上下移动，“焊盘左右”控制焊盘左右移动，“焊盘上下”控制焊盘上下移动。这些内部整形变量是辅助系统的输出变量来完成显示的。其中也包括一些指示灯，直接和I/O的输出输入相连接，以达到系统的每个步骤的清晰显示。系统的输出数据也使用I/O的离散变量来实现，在程序的运行中，当有输出数据变化时，数据词典中的变量也随之变化，并且由此来驱动内部整形数据流变量的变化，从而实现组态里的动画显示。

    2 系统运行测试
    所有的画面建立完毕，连接没有问题，通***证准确，命令语言能达到要求的情况下，PLC语言程序***到西门子S7-200后，进行系统的运行操作实验。数据词典设计完成，图像组件连接之后，就要进行PLC和组态的***接，基于S7-200自动焊锡机系统设计图如5所示。

    图6所示为焊锡机自动控制工作示意图。按下启动按钮，系统处于运行状态，此时显示“系统运行”状态，这里进行***个动作除渣机械手上升电机得电，运行结果如图6（a）所示，图中显示机械手上升动作。此时除渣机械手得电继续上升，当运行到机械手上升限位开关时，停止上升，机械手左行电机得电，除渣机械手开始左行，只有当左行位碰开关触动时才会停止左行，左行状态如图6（b）所示。图6（c）中显示的是焊盘运行到右限下限时的状态，此时进行的是工件焊接工序。组态完成后和PLC进行***接，PLC运行，就可以在这个界面操作控制系统了，在这里的限位按钮开关为“读写”属性，可以实现现场的控制。同时也可以在PLC上进行手动控制。图6所示为焊锡机自动控制工作示意图。

    3 结论
    通过***终设计的自动焊锡机工作示意图可知，本文基于PLC控制器，借助于步进电机所设计的自动焊锡机的控制系统能够实现焊锡机的正常工作，满足其自动控制的控制要求，对焊锡机的控制系统的设计和再创新具有一定的指导和实践意义。