基于s7-300plc不规则空间曲线自动焊接系统设计

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1、基于S7?300PLC不规则空间曲线自动焊接系统设计摘要：针对螺旋形部件焊缝的特点和焊接需求，设计了一套基于S7?300PLC的不规则空间曲线自动焊接系统。介绍了整个控制系统的系统组成、工作原理及软件算法;在机械臂摆动控制上采用FM354伺服电机定位模块实现高精度定位，在机械臂高度和机械臂长度控制上采用基于PLC?300的闭环比例？积分控制。所设计焊接自动控制系统既保证了控制精度又降低了设计成本。基于设计系统进行焊接试验，试验结果表明：焊接定位精度较高，焊缝平整光滑，试验结果证实了该系统的焊接可行性及可靠性。关键词：PLC；空间曲线；机械臂

2、；焊接；定位精度分类号：TN609734文献标识码：A文章编号：10047373X(2015)17?0160?03DesignofautomaticweldingsystemforirregularspacecurvebasedonS7?300PLCHELong(ChengduAeronauticPolytechnic,Chengdu610100,China)Abstract：Forthecharacteristicsofweldingseamandweldingrequirementsofspiralcomponent,asetofaut

3、omaticweldingsystemforirregularspacecurvebasedonS7?300PLCwasdesigned.Systemcomposition,workprincipleandsoftwarealgorithmofthewholecontrolsystemareintroduced.Inthecontrolofmechanicalarmswing,thehighaccuracypositioningwasachievedbyusingFM354servomotorpositioningmodule.Theclo

4、sedloopproportional?integralcontrolbasedonPLC?300isadoptedbythecontrolofthemechanicalarmheightandlength.Thedesignedautomaticweldingsystemcanensurethecontrolprecisionandreducethedesigncost.Theweldingexperimentisconductedbasedonthesystemdesign.Theexperimentalresultsshowthatt

5、hepositioningaccuracyofweldingishighandtheweldingseamissmooth,andthefeasibilityandreliabilityofthesystemwereprovedbytestresults.Keywords:PLC；spacecurve；mechanicalarm；welding；positioningaccuracy0引言近年来，随着科技的全面进步，机械臂的设计也得到了突飞猛进的发展［1?2］。新一代焊接设备也均采用较为先进的视觉呈现方法对焊缝进行自动检测和自动跟踪［3?4

6、］，同时采用了更先进的控制算法控制焊接过程以达到较高的精度；然而焊接过程中软硬件设计极其复杂，设备成本较高，很难满足中小型企业的需求［5?6］，因此有必要研究分析自动焊接机降低成本、同时控制较高精度的空间曲线自动焊接。本文在空间直角坐标系建模，基于西门子S7?300着重考虑焊接过程中焊接接头空间轨迹求解和定位精度，设计了不规则空间曲线自动焊接设备的焊接方案。机械臂轨迹上采用常用定时插补算法，驱动单元上采用伺服电机实现高精度闭环控制。通过焊接系统设计分析然后进行焊接试验，以期为自动焊接发展提供可靠的理论指导。1控制系统组成该系统通过串行口RS

7、232把S7?3⑻PLC与示教盒相连接，以接收示教信息；同时示教数据被存储到存储器中，完成焊接示教动作。操作员通过直观的上位机画面观察焊接工作状况，设置焊接机械臂的切向运动速度和轴向送丝速度，修正示教数据并显示故障原因等信息。采用S7?300PLC实现下位机数据的采集、计算、存储、故障诊断、输出等功能。其中采用CPU314C?2DP作为焊接机控制系统处理器，该处理器集成的特殊功能有：最大频率60kHz的4通道高速计数器，可测频率最大60kHz的4通道频率测量，最高输出频率2.5kHz的4通道脉冲宽度调制输出及1路位置控制和PID闭环控制［7

8、］。外围电路包括FM354伺服电机定位模块及其附属电路，主要完成相关执行器的闭环输出控制，焊接系统简化框图如图1所示。2软件系统设计本系统软件设计采用结构化和模块化设计，主要有初