信号公共 端 急 停步进电机故障= 20步进电机脉冲步进电机方向焊机方向焊机引弧工件压紧 工件松开托架下降 托架上升自动焊接专机每台件数高层代号位置代号控制原图共 张＝第 张材料
图2 PLC 控制原理图
工件定位过程中要完成上、下方向的运动；夹紧过程工作台沿机床导轨在水平方向的平动、焊接过程工件在水平面内的旋转运动，均由交流伺服电机通过伺服驱动模块和CNC输出点相连，实现控制系统的控制指令所要求的动作过程。
控制过程所需要的工件位置信号和机床状态信号是由位置检测元件产生的使用了光电传感器，限位开关和接近开关，分别用于工件的检测，轴向限位和定位。它们分别通过接口电路和PLC输入点相连，从而将各自的信号传输到PLC，作为控制的输入信号。
焊接加工过程所需要的焊接电源和相应的送丝机构都有直接的远程控制接口。可以通过接口电路接至PLC输出点。使得控制系统可对起弧、息弧及电流切换等过程进行控制。
实际电路中，由于输出点的负载能力较弱。故采用继电器输出。其负载能力取决于继电器触点的输出能力；同时继电器输出可将控制电路和外围功率驱动电路分离，实现电气隔离。此外，输出电路中接入发光二极管用以显示输出点是否有输出信号。
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４、系统软件部分设计
４.1系统软件通信协议的设定
通讯时，PLC采用的通讯格式如表2所示：
表2.PLC通讯协议
数据传输方式 波特率 起始位 停止位 奇偶校验 字符码
起止同步（ASYNC） 9600bps 1位 1位 偶数 ASC?7位
最终的绝对数据PM通过表3中的公式求出。驱动器的设置与串行模块的设置必须严格遵守上述通讯格式，才能保证通讯数据的正确传输。
表3.绝对数据换算表
PE=MXR+P0 PM=PE-PS 反转模式 （Pn000.0=1） 时为下述算式 PE=-MXR+P0 PM=PE-PS
软件部分设计主要涉及到带动旋转部分的电机转速的调节。 ４.2步进电机控制方案
在定位移动过程中，为了保证定位精度则要降低速度，即定位过程分为粗定位阶段和精定位阶段。实现上述过程可以使步进电机的脉冲频率相同，而脉冲当
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PE M P0
从编码器读取的当前值 多匝数据 初始增量型脉冲数
在设置的那一点上读取的初始增量型脉冲数
PS （该值由指令控制器保存与管理）
PM R
用户系统中所需使用的当前值 编码器旋转一圈的脉冲数(分频后的值)
量不同，但这种方法需要两套变速机构。为了节省硬件设备，同时考虑步进电机的启动是一个加速过程，为了维护电机及其驱动设备，要求驱动脉冲频率线性增加，所以本系统采用脉冲当量不变，改变脉冲频率的方法。台达系列的PLC具有高速脉冲输出功能，由于在启动和定位移动过程中PLC要输出一定数量的多串脉冲，因此确定用PTO(高速脉冲输出)的多段管线方式。多段管线方式，即一次设定多段脉冲的属性，属性存储在V存储器的包络表中。PTO开始工作后，CPU自动从V存储器区的包络表中读出每个脉冲串的特性。相关的参数可由下式计算：
脉冲当量?步进电机步距角?螺距
360?传动速比移动速度?步进电机细分数
脉冲当量移动速度?步进电机细分数
脉冲当量脉冲频率上限?最大脉冲数量?４.3 控制系统软件的整体设计
焊接过程控制主程序具体执行过程如下(以一次焊接的全过程来描述各组成部分的动作)：
(1)数据设定。操作人员首先要根据焊接工艺技术人员拟订的焊接参数输入 机，主要是焊接电流、电压、速度。通过TD400的数据输入按键，很容易的以数字方式输入，按下数据确认键后，数据实际已经通过TD400与S7—200PLC之间设定好的交换速率送入PLC的程序指定数据变量。
(2)开始焊接，进入引弧程序。在启动焊接之前，需要调整好焊接机头的位置和焊丝的伸出长度，这可以通过操作键盘的功能按钮调整，十分方便。在按下启动按钮后2秒，程序启动，首先送出焊接电流给定和焊机电源启动指令，以及焊接引弧电压给定，一般是要求焊机输出大于45V；同时启动直流电机，按照设定的焊接速度，以一个固定的送丝速度(称为引弧送丝速度，用于引弧，速度很低)送出焊丝。
(3)引弧成功。进入正常焊接。PLC通过电流传感器，检测焊接电流，当焊
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丝与工件开始接触短路时，该电流被检测到，如果电流大于设定的引弧判断电流阀值，认为此时电弧己经点燃，应该快速进入自动调节送丝方式，以便维持电弧。通过电流判断，调用自动焊接子程序，启动定时中断，开始将送丝速度的调整交给PID调节器。此时，PID程序不断读入焊接电压，并与事先己经输入的焊接电压，做PID运算，输出的计算量作为送丝的位置给定。直流电机闭环控制开始作用，当焊接电压因某种原因升高时，PLC系统会加快送丝速度，减少焊丝与工件之间的距离，也就是电弧长度，由前述可知，在一定环境条件下，电弧电压与电弧长度成正比，因而，就降低了电弧电压；当电弧电压降低时，则调节动作相反。在这种动态的调整过程中，焊接电压保持稳定；焊接电流的稳定则依赖于焊接电源本身的恒流(降特性)来实现。
(4)焊接结束。当两道道焊缝完成后，按下停止按钮，PLC首先停止送丝和前进动作，此时，焊丝尚与工件有粘连，延时2s后，焊接电流将焊丝熔化，断开，停止焊接电源的输出，熄灭电弧。调整机头的位置，进行下一次的焊接，本次焊接结束。
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