西门子PLC模块6ES7318-3FL01-0AB0技术参数

1　前言

　　在随动位置控制系统和位移量检测中，系统要控制的量有线位移或角位移。需要的检测装置较多，如自整角机、旋转变压器和感应同步器等。而对于旋转物体角位移的测量，旋转编码器的使用是必不可少的。旋转编码器是直接将角位移转换成数字信号，它分为增量式和式两种。根据制作工艺的不同，式编码器又分为二进制、二——十进制和格雷码盘等。现就格雷码盘式旋转编码器的特点介绍一下。

2　特点

　　格雷码盘的特点是，在相邻两扇面之间只有一个码发生变化。当读数时，即使发生改变，也只能有一光电管处在交接面上，也只不过是低一位的误差，不可能产生较大误差，因此此类编码器精度较高。其缺点是不能直接实现二进制的运算，在运算前必须通过逻辑电路转换成二进制码。旋转编码器的分辨率为360/N，值码盘N＝2ⁿ,n是输出字的位数。现就结合常用的16位数算一下轴的位置和对应的数码，见下表。

表

3　方法

3.1　逻辑电路
　　通过格雷码和二进制码对照参数表，不难发现格雷码转换成二进制码的规律。格雷码的第n位和二进制码的第n位是一样的。二进制码的第n-1位、……、第0位，可由Gray2^n－1(格雷码n-1位)逻辑“与”(二进制第n位)得出Bin2^n－1(二进制n-1位)。因此逻辑电路如图1所示。

图1　逻辑电路

3.2　PLC输入点转换
　　在实际应用中，如压力机滑块调整量、气垫调整量的检测，选用式旋转编码器，不但机械安装简单，而且检测位移精度高。在电气控制中，如果按照逻辑电路设计，那么成本造价高，不经济。通过PLC模块输入点以及内部继电器，完全可以实现格雷码向二进制码的转换。在PLC中，通过运算指令换算成实际调整量值。因此通过PLC可以实现数据通信、数据显示等。下面以AB公司PLC5的IVN模块为格雷码的输入点，此模块设为0框架，组的模块。格雷码转换成二进制码的过程可以以子程序被调用。当PLC主程序运算处理调整量时，可以直接调用此子程序，这样整个程序的处理就简单得多。其程序如图2所示。内部继电器B4/960～B4/975，B4/976～B4/991转换为二进制文件为B4∶60和B4∶61。按照B4∶61对应的二进制数，通过算术运算指令，就可按规定的比例换算成实际值。

图2　格雷码向二进制码的转换程序

4　结论

　　该编码器简单实用，在自动化程度控制比较高的地方，如机械手、机器人伺服控制系统中，对于自动回原点，记忆停车位置，此编码器的使用更是必不可少的。

一、自动焊机的设计与原理

1.设备焊接电源形式的配置与比较

众所周知，焊缝质量的关键因素之一是焊接电源的配置。目前围内外有四种电源配置或焊接方法，为了择优选取，我们进行了对比分析。

(1)CO₂气体保护电源(熔化极)利用CO₂气体做保护。优点：CO₂气体价格低、生产效率高、焊接电流密度大、焊件基体熔池深、熔化效率高、熔敷速度快，生产效率比手工焊高2～4倍，而且抗锈、抗裂性能好；缺点：大电流焊接时，焊接表面成形较差、飞溅较多，焊后需人工除掉粘在工件上的飞溅物。

(2)MIG气体保护焊(熔化极)，利用氩气做保护。优点：焊接熔池深度大、焊接电弧稳定、焊缝成形好、生产效率高；缺点：因保护气体用氩气来实现焊接过程，氩气价格偏高且MIG焊接电源较CO₂/MAG焊接电源在价格上贵3～4倍。

(3)MAG气体保护焊电源(熔化极)。利用氩气和CO₂混合气体保护，其中氩气为80％、CO₂为20％。优点：焊接熔池深度大、熔敷效率高、焊接飞溅较小，可获得稳定的焊接过程和美观的焊缝。

(4) TIG气体保护电源(非熔化极)，利用氩气做保护。我公司通常使用的焊接电源就是这一种(手工钨极氩弧焊)。优点：由于电极只通过电流加热工件，使工件和焊丝形成熔池故没有飞溅物产生，焊缝成形美观；缺点：电弧熔池深度浅、熔敷率低、生产效率不高。因焊接过程全部采用氩气做保护，价格偏高。

通过焊接电源配置的对比及专家的建议，确定采用CO₂/MAG焊接电源配置来制造双环缝自动焊接机床。

2.设备的构成与工作原理

(1)设备的构成　该设备由导轨床体、转动转台、气动尾顶滑台机构、转动机构、工件夹紧机构、中间托料机构、专机焊枪气动调节机构、焊枪三维微调节机构、焊枪夹持机构、气动尾顶及专机电控系统组成。卧式双环缝自动焊机结构如图1所示。

(2)工作原理　采用转动端夹紧工件，另一端顶紧工件的方式，双头CO₂焊枪相对不动的原理与CO₂/MAG焊接电源匹配实现工件环缝的焊接。

(3)设备的适用范围　①适用于碳钢与不锈钢阀体、法兰等平面圆形环缝焊接。②环缝小直径为25mm，大直径为120mm。③阀体与法兰组焊工件大长度为360mm，法兰大直径为260mm。④工件大重量为45kg，机床大回转直径450mm。

(4) 设备的特点　①主转动部分采用标准蜗轮减速机传动，交流变频电动机，转速无级调节，转动定位盘上装有工件夹持机构。②中间托料盘采用气动上下运动，同时托料盘与气动尾顶滑台机构沿着机床可纵向调节，以适应不同长度不同规格的工件。调节时方便、快捷，且定位准确。③利用平台式焊枪调节机构，调节焊枪的轴向位置；采用精密直线轴承支承，手动调节焊枪距离，焊枪三维调节机构及焊枪夹持机构采用铝合金十字调架使焊枪夹持牢固可靠，焊枪的位置调节也方便、灵活。④设备具有搭接量调节和自动复位到初始状态等功能。⑤设备具有任意点起、收弧功能。⑥控制部分采用进口高性能PLC作为核心控制部件，对系统进行集中数据采集控制，操作界面为按钮式操作机构，故障率低并易于掌握。⑦一次成形双环缝焊接。⑧操作方便、易于调整，组焊不同规格体兰组合件时，设备调整一般只需 5min左右即可完成。

3.设备的自动焊接程序

按下启动按钮→托料盘上升到位→待焊阀体、法兰件分别放在定位盘及托料盘上→气动尾顶到位顶紧工件→调整好焊枪位置和角度→调整好焊接速度、焊接电流、电压及有关参数→工件旋转→自动焊接→焊接完毕，气动尾顶松开→卸下工件、进入下一个循环。

二、阀体与法兰双环缝自动焊接实例

(1)阀体与法兰材料为ASME A105、其熔炼分析和产品化学成分见下表：

(2)锻钢承插焊闸阀、阀体与法兰焊接组合件规格、尺寸见图2。

(3)焊接工艺　焊材选用牌号：GB/MG—49—1，型号：GB/ER—49—1或ASME ER70S—G。焊丝选用规格：φ1.2mm、电弧电压20～30V、焊接电流200—300A、气体**20～25L/min。

(4)双环缝自动焊接结果　一次性焊接完毕，成形后的焊缝外观美观、流畅、整齐划一，内在焊接质量经RT检验无任何焊接缺陷。

三、新旧焊接设备与方法的对比

仅以型号为Z41H—40FB—50的阀体与法兰组合件为例进行焊接对比：以往的阀体与法兰组合件焊接通常是在专用定位机床上，先固定阀体与法兰位置，用焊条电弧焊或手工钨极氩弧焊进行三点定位焊，然后夹持在焊接变位器上用手工钨极氩弧焊进行环缝焊接，焊层为2～4层。一面焊接完后，再调换位置焊接另一面，一位熟练的焊工需要9～10min才能将一套组合件焊接完毕。这样的施焊过程使得焊工劳动强度大、生产效率低，并受人为的操作技能影响，焊接质量得不到保证，外观焊缝成形差，费工、费时且增加了焊接成本。

现在使用卧式双环缝自动焊机，只要把阀体与带孔法兰在焊接机床固定、夹紧后，就可进行双枪双丝同步环缝焊接，并且定位准确，两边法兰平行度误差极小。焊接时间只需1.5min，一次性完成全部焊接过程。

四、经济效益

以规格为50min阀体与带孔法兰为例：原组焊一套阀体与法兰固定点焊工时费用0.34元，组焊工时费用1.53元，气消耗费用0.82元，现用双环缝自动焊机焊接，把两道工序合并为一道工序完成。焊接工时费用为0.65元、气消耗费用0.30元，计每套可节约人工费用1.22元、节约气消耗费用0.50 元，按年组焊各种规格阀门8万套计算，其他项目不计，仅生产成本费用就可节约10万元左右，而此焊机购进费用仅用了9.4万元。原手工钨极氩弧焊组焊阀体与法兰件返修率一直在3％左右，现使用机床组焊返修率降到1％以下，为此每年可以节约返修费用达1万元以上。由此可见，其经济效益是非常可观的。

五、结语

清洁、高效、低成本和自动化是焊接技术长期追求的目标，用CSW—500卧式双环缝自动焊机替代传统的手工钨极氩弧焊，阀体与法兰的单丝焊接是实现这一目标的开始，它对于阀门行业小型锻钢阀体、法兰组合焊工序是一种新没备、新工艺、新方法，适于批量焊接。除具有省工、省时及焊接操作技术要求不高的特点外，在工作中也减少了强烈的弧光和有毒烟尘对焊工的危害，大大减轻了焊工的劳动强度，改善了工作环境，并使焊接生产效率**3～4倍。焊接机床操作简单、维修方便，具有较高的工艺稳定性，显著**了焊接质量。此设备的生产和使用为阀门行业焊接领域提供了良好的发展空间，使阀体与法兰组合件焊接质量产生质的飞跃，是值得大力推广和使用的