目前家用空調(diào)熱交換器生產(chǎn)中銅管釬焊所使用的燃?xì)夂附訖C(jī)主要采用氣體浮子流量計(jì)控制火焰強(qiáng)弱，操作復(fù)雜且火焰穩(wěn)定性差?，F(xiàn)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求提出了采用三菱 FX3U 系列PLC結(jié)合在線式氣體質(zhì)量流量計(jì)的新型控制系統(tǒng)，重點(diǎn)闡述了整個(gè)系統(tǒng)的工藝要求、硬件及軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。

0 引言

燃?xì)庾詣?dòng)焊接機(jī)在家用空調(diào)熱交換器的生產(chǎn)線中使用廣泛，主要用于將處理過(guò)后的U型銅管彎頭焊接到經(jīng)過(guò)脹管過(guò)后的發(fā)夾管上。針對(duì)以往燃?xì)夂附訖C(jī)操作復(fù)雜、安全性差、生產(chǎn)效率低的問(wèn)題，本文提出了新型控制方案，采用了三菱***新推出的FX3U系列PLC，配合在線式氣體質(zhì)量流量計(jì)，并在設(shè)備內(nèi)設(shè)置多種傳感器用于監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提高了該設(shè)備的自動(dòng)化程度，使生產(chǎn)工藝的實(shí)現(xiàn)變得更簡(jiǎn)單、更可靠。

1 .設(shè)備的控制要求

該設(shè)備主要適用于熱交換器的連續(xù)焊接工況，工件被放到傳送帶上后，首先是往銅管中充入氮?dú)夥乐乖诤附舆^(guò)程中銅管的內(nèi)部發(fā)生氧化現(xiàn)象，然后工件會(huì)先后進(jìn)入預(yù)熱區(qū)、焊接區(qū)、保溫區(qū)，用燃燒的混合氣體（天然氣和氧氣）將U型銅管彎頭上的焊環(huán)熔化，使U型銅管彎頭與發(fā)夾管融為一體，***后經(jīng)過(guò)壓縮空氣冷卻后完成***終的焊接工作。

具體的控制要求如下：

（1）傳送帶可以自由啟停，根據(jù)不同的熱交換器種類(lèi)自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行速度。

（2）可識(shí)別有無(wú)工件，自動(dòng)點(diǎn)火、滅火，自動(dòng)調(diào)節(jié)火焰強(qiáng)弱，要求正常運(yùn)行時(shí)火焰穩(wěn)定。

（3）天然氣及氧氣的流量能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)，天然氣和氧氣可在安全范圍內(nèi)自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)混合比。能夠自動(dòng)進(jìn)行燃?xì)夂脱鯕馐褂昧康挠?jì)算并顯示到觸摸屏界面上。

（4）可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行中的各種報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)能夠自動(dòng)采取保護(hù)措施，具有聲光報(bào)警功能。

（5）冷卻循環(huán)水的控制，自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉，在任何一端冷卻水堵塞或欠壓，均有停機(jī)保護(hù)功能，并有故障提示。

（6）防氧化助焊劑的控制，自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉，能夠在滅火時(shí)自動(dòng)清理助焊劑管路。

2 控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成

結(jié)合實(shí)際工藝要求，采用三菱公司***新推出的FX3U系列PLC完成基本控制，傳送帶的速度控制采用三菱公司的A700變頻器，變頻器與PLC之間采用RS485協(xié)議進(jìn)行通訊，人機(jī)界面采用三菱GT2000系列觸摸屏，與PLC之間采用以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通訊，燃?xì)饧把鯕饬髁康目刂撇捎迷诰€式氣體質(zhì)量流量計(jì)，與PLC之間采用標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)4～20mA進(jìn)行通訊。具體的硬件系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 燃?xì)夂附訖C(jī)電控系統(tǒng)硬件組成框圖

2.1 PLC基本單元

FX3U系列PLC是三菱第三代微型可編程邏輯控制器，內(nèi)置高達(dá)64K的大容量RAM存儲(chǔ)器，***大384點(diǎn)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，基本指令的處理速度可以達(dá)到0.065μs，PLC的左側(cè)可以連接支持各種通信功能的功能擴(kuò)展板以及特殊適配器、特殊功能模塊，完全能夠滿足燃?xì)夂附訖C(jī)的工藝控制要求。

2.2 氣體質(zhì)量流量計(jì)

氣體在線式質(zhì)量流量計(jì)的***大特點(diǎn)是精度高、響應(yīng)時(shí)間短（小于500ms），主要結(jié)構(gòu)包含了流量傳感器、控制器和調(diào)節(jié)閥，其中控制器可將氣體的質(zhì)量流量保持恒定或跟蹤一條設(shè)定值曲線而不受干擾因素（如壓力或溫度變化）的影響。傳感器采用熱原理（恒溫風(fēng)速計(jì)），在主管道中進(jìn)行測(cè)量，因而直接測(cè)得質(zhì)量流量而不必通過(guò)任何校正。在數(shù)字流量控制器中，將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，并將比較后的差值輸出給比例電磁閥作為控制信號(hào)。具體工作原理如圖2所示。

圖2 氣體質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理

在線式氣體質(zhì)量流量計(jì)的傳感器為熱膜式風(fēng)速計(jì)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是5個(gè)電阻，其中2個(gè)電阻位于實(shí)際介質(zhì)中，另外3個(gè)電阻位于流體通道之外，這些電阻連接形成一個(gè)電橋，介質(zhì)中的一個(gè)電阻（RT）測(cè)量介質(zhì)溫度，另一個(gè)低阻值電阻（RS）始終被加熱到保持在高于介質(zhì)溫度的一個(gè)恒定給定溫度，加熱RS所需要的電流是衡量氣體熱消耗的標(biāo)準(zhǔn)，即代表了主要的被測(cè)變量。該流量計(jì)采用高質(zhì)量的流量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定，確保了獲得高精度的每單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的氣體質(zhì)量，這樣便能滿足對(duì)天然氣以及氧氣流量的測(cè)量及控制。

2.3 高精度模擬量轉(zhuǎn)換模塊

本系統(tǒng)使用了3個(gè)模擬量輸入模塊FX3U－4AD和4個(gè)模擬量輸出模塊FX3U－4DA。FX3U－4AD模塊的各通道中，***多可存儲(chǔ)1700次A/D轉(zhuǎn)換值的歷史記錄，該功能對(duì)燃?xì)夂附訖C(jī)來(lái)說(shuō)是非常重要的，因?yàn)槿绻細(xì)夂脱鯕獾幕旌媳瘸霈F(xiàn)異常，便會(huì)發(fā)生回火現(xiàn)象，該現(xiàn)象在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中危害較大，通過(guò)對(duì)歷史記錄的存儲(chǔ)，就可以為維修人員提供可靠的歷史依據(jù)，用于判斷出現(xiàn)回火時(shí)的故障原因。FX3U－4DA模塊的電流輸出分辨率可以達(dá)到0.63μA（20mA/32000），為質(zhì)量流量計(jì)的控制提供了不可或缺的保障。另外，該模塊還具有斷線檢測(cè)功能，這一功能對(duì)燃?xì)夂附訖C(jī)的控制也是至關(guān)重要的，如果模塊與質(zhì)量流量計(jì)間的接線出現(xiàn)斷線，模塊會(huì)自動(dòng)報(bào)警并進(jìn)入滅火流程，這樣做的目的在于防止因?yàn)橥ㄓ嵕€路損壞導(dǎo)致的燃?xì)夤苈坊鼗穑岣吡讼到y(tǒng)的安全性及可靠性。

2.4 PLC與變頻器間的通訊

本系統(tǒng)中采用了RS485通訊協(xié)議，只需要在PLC左側(cè)擴(kuò)展一塊RS485通訊板卡，便可在觸摸屏上自由的對(duì)速度進(jìn)行設(shè)定，并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到變頻器的運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警信息。

2.5 PLC與觸摸屏間的通訊

因考慮到與用戶方的IMES系統(tǒng)進(jìn)行連接，所以在PLC的左側(cè)擴(kuò)展了FX3U－ENET－ADP以太網(wǎng)適配器，使用該適配器與觸摸屏進(jìn)行通訊相比于傳統(tǒng)的PLC自帶RS422接口與觸摸屏連接，通訊速率更快、穩(wěn)定性更高、可擴(kuò)展性更好。

3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制程序設(shè)計(jì)

FX3U系列PLC提供了豐富的控制指令，根據(jù)該系統(tǒng)控制工藝的要求，采用了主程序與子程序相互調(diào)用的編程方式，其主要程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中PLC對(duì)變頻器及模擬量模塊間的控制均有專用指令，大大提高了程序編制的效率。

圖3 控制程序框圖

3.2 觸摸屏組態(tài)

三菱GT2310觸摸屏作為該設(shè)備的上位機(jī)，PLC作為下位機(jī)，使用以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通訊。觸摸屏作為上位機(jī)可以與PLC進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換，可以清楚顯示出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息，并完成簡(jiǎn)便的參數(shù)設(shè)置，能夠有效提高生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)中的主要畫(huà)面如下：

（1）初始畫(huà)面如圖4所示，可以通過(guò)該界面進(jìn)入火焰控制界面、參數(shù)設(shè)置界面、位置控制界面、手動(dòng)維護(hù)界面、報(bào)警記錄界面。

圖4 初始畫(huà)面

（2）主操作界面如圖5所示，該界面可以實(shí)時(shí)顯示各回路中流量的實(shí)際值以及燃?xì)夤苈?、氧氣管路、氮?dú)夤苈返膶?shí)時(shí)壓力，用以監(jiān)測(cè)氣路系統(tǒng)的工作是否處于正常狀態(tài)，同時(shí)也可以在該界面對(duì)各回路的流量值進(jìn)行設(shè)置；另外還可以通過(guò)該界面監(jiān)控PLC控制程序的工作是否正常。

圖5 主操作界面

4 結(jié)語(yǔ)

PLC及氣體質(zhì)量流量計(jì)的完美配合使得該系統(tǒng)克服了以往焊接機(jī)的諸多缺陷，且該控制系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)際投入使用一年的時(shí)間，達(dá)到了***初的設(shè)計(jì)要求，工作穩(wěn)定，故障率低，維護(hù)和使用都很方便，做到了一鍵式的操作，深受用戶的好評(píng)。