PLC与TP04G显示器对UN50型铜铝管焊机的控制

　　引言

　　近年来，受国际市场和国内需求影响，铜价格呈上涨趋势。2005年铜价在3万元/吨至4万元/吨，而在2006年初已超过4.5万元/吨，年中最高超过8.5万元/吨，现维持在6万元/吨左右。“铝代铜”已成为制冷行业的发展趋势，如今市场上已有一定比例的制冷电器采用铝管代替铜管制造“两器”。但铝与其他材料的焊接性能较差，从而替代不是完全的，即在制冷管路中要用铜铝管接头作为过渡。铜和铝的电阻率都较低,但导热率又较高,焊接范围很窄,从而铜铝焊接属于异种金属的焊接。目前国内的焊接设备一般能焊接直径在6mm-12mm间的铜铝管。本文在原有基础上改进了设备，采用可编程控制器PLC与文本显示器协同控制的方法进行控制，使焊接参数控制精度由原来的0.01s提高到0.001s。为了扩大铜铝管的应用范围，改用50kVA容量的焊接线圈，实现了20mm铜铝管的焊接。

　　1 铜铝管焊机控制系统总体设计

　　1.1 铜铝管焊接工艺过程分析

　　在设计控制系统前，应分析铜铝管的焊接工艺过程。

　　如图1所示，铜铝管焊接工艺过程可分解为6个动作：上料与定位——夹紧——推进——焊接——松开——退回。定位时，铜管和铝管在夹具上共要限制除轴向转动外的5个自由度。实践证明，轴向定位精度对焊接质量影响较小，而其他4个自由度的定位精度对焊接质量影响较大，故在夹具设计及安装时考虑了这个问题，采用特殊方法保证了铜铝管的径向、绕坐标轴转动的定位精度。定位后，启动焊接程序，由压紧气缸运动而夹紧，确保焊接过程中铜管和铝管完全处于控制系统控制之下。由于管材整体形状未定，考虑到焊接质量及外形美观，铝管为端面夹紧，铜管端面露出10mm左右夹紧。夹紧后，控制程序启动推进气缸，使铜管向铝管推进;当铜管与铝管接触后，控制程序启动焊接回路，此时在铜铝管间产生大电流，使铜管和铝管接触面上发热升温，温度可接近或达到铝的熔点，直到铝管将铜管锥面全部包住，控制程序关断推进气缸，停止推进，并切断焊接回路，停止电流加热;继续压紧保持，待铜铝管焊接接头温度有所下降，连接牢固后，控制程序再关断压紧气缸，夹具松开，下料;下料后，推进机构退回原位，准备下次焊接。

　　1.2 控制系统的总体设计[3,4]

　　可把前述的焊接过程整理为：启动—压紧—延时(t0)—推进—接触—延时(t1)—焊接—保持(t2)—松开—延时(t3)—退回。根据使用的I/O点数、定时及定时时间随时变更的要求和价格因素，选用中达电通公司的ES14型可编程控制器和TP04G文本显示器。ES14有8个输入点、6个输出点。ES14与TP04G采用RS232协议通信。PLC的I/O分配如表1所示，外部接线如图2所示。采用WPLsoft软件和TPeditor软件进行编程，而后输入ES14与TP04G中。