6ES7231-7PB22-0XA8技术参数

6ES7231-7PB22-0XA8技术参数

根据电子束焊机的控制系统的要求，提出用三菱公司的FX系列的可编程逻辑控制器对电子束焊机进行数字量控制和模拟量控制。结合电子束焊机焊接工艺需要，分别对控制软件的作用和软件构成进行了说明。 
关键词：PLC 电子束焊机（EBW） 控制 
1 概论 
电子束焊接机是高能束技术在焊接设备中。由于电子束焊接具有焊缝成形好，不用焊条，效率高，不易氧化等优点而成功地广泛地应用于原子能、、汽车、航空航天、电工仪表、冶金等工业领域，并随当今计算机技术及其它新技术的推广应用更进一步加速了电子束焊接技术的工业应用[1]。电子束焊机技术复杂，主要涉及的专业技术有电子光学、电磁场理论、计算机及其控制技术、自动化技术、真空技术、精密制造技术、高电压工程等多种学科的综合应用。电子束焊机控制系统复杂，既有数字量控制，也有模拟量控制，同时还要对一些参数进行实时控制。三菱公司生产的FX系列可编程控制器的功能较好地满足了其控制系统的要求[2]，较好地实现了PLC对电子束焊机的整机控制。 
2 电子束焊机控制系统的组成 
2.1 电子束焊机的工作过程 
电子束焊接机的工作过程是真空系统完成对电子和焊接室的抽真空任务后（此时电子及焊接室的真空度满足工作要求），分别加上聚焦电源和偏压电源，聚焦电源为电子建立聚焦磁场，偏压电源控制和调节电子束流的大小。打开闸阀，加上阴极电源后合上高压，至此焊接机处于等待焊接状态，如果工件及工作台位置准备好，按下焊接按钮设备开始下束，通过调节电子束流给定和工作台速度大小来实现对焊接线能量的调整，以满足焊接工艺的要求，如果需要对电子束进行“搅拌”焊接可以加上扫描电源，电子束被扫描成圆、椭圆、半圆等多种图形以实现“搅拌”焊接的作用。零件焊接完成后，按下充气按扭打开焊接室拿出零件，第一次焊接任务完成。如果要继续焊接其它零件，重复以上过程。焊接室及电子的抽真空可以用手动或者自动程序完成，手动程序时人工控制有关泵及阀的操作，各种操作状态由人工管理。自动程序则由PLC按照程序要求自动管理有关泵及阀门的开启、真空状态、联锁条件等，自动完成设备的抽真空任务，使之满足设备需要的真空度。在抽气及焊接过程中，如果联锁条件不满足或者水、气等故障，PLC则自动判断工作状态，使设备恢复到有关的状态，或者发出故障指示供操作人员调整。 
2.2 控制系统组成 
控制系统组成的原理图如图1所示，整机以PLC为核心分别对设备各控制系统进行模拟和数字控制，PLC为三菱公司生产的FX2N-128MT可编程的逻辑控制器，实现对设备的各种逻辑控制。A/D、D/A单元亦为该公司的特殊模块，实现工作台运动速度给定的A/D转换和高压、束流的D/A转换，通过PLC的逻辑运算输出模拟量来控制高压、束流的给定。各控制系统的原理如下。 
高压控制系统：高压控制系统由PID调节器、高压电源、反馈环节、功率放大等组成，PLC经内部运算和D/A转换输出模拟信号给PID调节器，PID调节器在反馈环节的闭环控制作用下控制高压电源的高压输出，以实现高压的稳定和调节以及对高压的联锁控制。高压控制系统的主要功能有高压的梯度上升和下降、焊接过程中的高压打火保护、急停、故障显示等。 
束流控制系统：束流控制系统由PID调节器、偏压电源、反馈环节、功率放大等组成。PLC经内部运算和D/A转换输出模拟信号给PID调节器，PID调节器在反馈环节的闭环控制作用下控制偏压电源的偏压输出，以实现对电子束流的稳定和调节以及对焊接工艺控制。束流控制系统的主要功能有束流的梯度上升和下降、束流的大小调节、焊接过程中的工艺控制、急停、故障显示等。 
聚焦控制系统：聚焦控制系统由聚焦电源、聚焦线圈及PLC的控制指令组成，PLC管理聚焦电源的开启及与其他控制系统的联锁，保证设备处于聚焦状态。 
阴极加热电流控制系统：阴极加热电流控制系统控制阴极加热电流的大小，保证电子的阴极能发射出足够的电子数目。PLC控制阴极电源的开启和阴极与高压、真空、闸阀等的联锁。 
真空及阀门控制系统：真空及阀门控制系统保证设备具有正常的真空工作环境，主要由各种真空泵、阀门等组成。PLC对真空系统的控制分为手动和自动两种功能，手动时PLC根据输入条件判断阀门、泵的正常状态，阀门、泵的开启由人工控制，其开关动作还是由PLC完成。自动时PLC根据程序要求自动完成对设备的抽真空任务，泵、阀门、真空度的状态判断和联锁条件均通过PLC软件来实现。 
工作台运动控制系统：工作台运动控制系统由PWM信号发生器、驱动电源、步进电机、运动机构及夹具组成。工作台运动控制分为手动控制和计算机的联机控制，手动时PWM信号由PLC产生，具体的工作过程是速度模拟量给定经A/D转换输入给PLC，PLC通过内部功能处理，产生的PWM信号经高速信号输出口Y0、Y1分别送到X、Y轴的驱动电源的接口上，速度大小的调节通过改变模拟量给定的大小来实现，模拟量给定的改变后，经A/D转换后到PLC内部的数字量亦发生改变，经PLC运算后形成的PWM信号频率亦发生改变，从而实现对工作台运动的控制。计算机的联机控制时由计算机控制和管理工作台的各种运动、焊接过程及焊接工艺。 
计算机联机控制：计算机联机控制是用来连接PLC和计算机之间的指令传输，PLC指令通过RS232通讯输入给计算机，计算机控制指令通过开关板和隔离板把计算机机信号输入给PLC，实现PLC对计算机和焊接过程的实时控制。 
偏转扫描控制系统：由偏转电源和偏转线圈组成，实现对电子束的偏转和扫描。 
测量及故障显示：用来测量有关焊接工艺参数，故障类型显示，供操作人员调整和控制。 
3 软件构成 
根据以上对电子束焊机的组成及控制原理的分析，电子束焊机的软件由以下程序构成，其流程图如图2所示，各程序的功能如下： 
初始化程序：对一些数据寄存器及定时器清零复位，使设备处于初始工作状态。 
高压控制程序：控制高压条件的联锁、高压给定、高压上升及下降梯度、急停等。 
电子束流控制程序：控制电子束流的上升及下降梯度、电子束流的给定输出等。 
检查程序：供维修人员使用，进入此程序后，联锁条件解除，焊接机完全由人工控制各部件的开启。 
手动程序：处于手动程序时，人工操作真空泵及阀门的开关，使设备进入焊接等待状态，此时各部件之间的联锁通过PLC内部软件设置，保证设备和人身安全。 
自动程序：自动条件满足时焊接机进入自动程序控制状态，PLC完全控制真空泵、阀的开启，使设备自动进入等待焊接状态。 
计算机联机控制：联接计算机和PLC之间的指令传送，使计算机能适时控制工作台的运动及焊接工艺控制，进入计算机联机控制程序时，计算机管理焊接程序。 
A/D D/A转换程序：实现A/D、D/A的数据转换，实现工作台速度给定的模拟量转换为数字量，供PLC运算并变换成一定频率的PWM信号，控制工作台的速度。同时实现高压、电子束流的数字量向模拟量的转换，用以分别控制高压、束流的大小和上升及下降梯度。

三菱PLC模块QD75有几大功能。QD75 功能可以分为主要功能、辅助功能、公用功能三类，下面是对三菱PLC模块QD75的几大功能的划分和解释。
一、主要功能 （1）OPR 控制 “OPR 控制”是为了执行定位控制而建立起动点并向着该起动点执行定位的功能。该功能用于在接通电源时或定位停止后使位于OP 以外位置的工件返回到OP。“OPR 控制”预先注册在 QD75 中作为“起动数据编号9001（机器OPR）”和“起动数据编号9002 （快速OPR）”。（参考“第8 章 OPR 控制”。）（2）主要的定位控制 使用QD75 中存储的“数据”执行该控制。通过设置该“数据” 中需要的项目并起动该数据执行基本控制，诸如位置控制和速度控制。在该 “数据”中可以设置“运行形式”并且通过它可以设置是否用连续数据执行控制（例：数据编号 1、编号2、编号3 ...）。（参考“第9 章 主要的定位控制”。）（3）高级定位控制 该控制使用“块起动数据”执行QD75 中存储的“数据”。可以执行下面几种应用定位控制。*是把几个连续数据项目当作“块”处理的随机块，它们可按*顺序执行。* “条件判断”可以添加到位置控制和速度控制中。*可以同时起动为多个轴设置的*数据编号的运行。（脉冲同时输出到多个伺服装置。）**的数据可以重复执行等。（参考“第10 章 高级定位控制”。）（4）手动控制 通过从外源把信号输入 QD75，QD75 会输出随机脉冲串并执行控制。使用该手动控制把工件移动到随机位置（JOG 运行），并精细调节定位（微动运行、手动脉冲发生器运行）等。（参考“第 11 章 手动控制”。）二、辅助功能 当执行主要功能时，可以添加控制补偿、限制和功能。（参考“第 12 章 控制辅助功能”。）三、公用功能 可以执行使用QD75 的公用控制“参数初始化”或“执行数据的备份”。（参考 “第13 章 公用功能”。）