专利名称：摩擦焊机闭环控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种摩擦焊机闭环控制装置。
背景技术：
参照图2，现有的摩擦焊机控制装置包括滑台1、油泵4、油箱5、两位两通换向阀6、溢流阀7、可编程控制器(以下简称PLC控制器)11、油缸14、压力继电器16、三位四通换向阀17、两位四通换向阀18、调速阀19、单向阀20和减压阀21，所述的PLC控制器11为开关型控制器，由PLC控制器11驱动压力继电器16上的六个电磁铁控制四个方向阀，并配合四个压力和速度控制阀来控制摩擦焊机轴向压力、滑台运动的方向和速度。在摩擦焊接过程中，这八个阀频繁交替动作，出现故障几率大。另外，该控制装置是PLC控制器开关量过程控制，通过PLC控制器内部程序的循环扫描，来读取按钮开关、压力继电器、时间继电器、行程开关等的开关信号作为开关阀输出的判断依据，开关阀和手动调速阀只能使轴向压力呈阶跃性变化，无法进行自动调节，不能对焊接过程中的干扰因素，如油温变化、环境温度变化、焊接材质及表面状态的波动等进行实时有效调节；且压力、流速等参量由手动调节，调节不便，重现性较差。
文献“摩擦焊接过程电液比例计算机闭环控制系统研制[J].杜随更，傅莉，鄢君辉等.《机械工程学报》，2002，38(12)135-137”公开了一种使用电液比例换向调速阀及电液比例溢流阀配合工业控制计算机搭建了压力闭环电液比例控制系统，此系统可以精确的对焊接压力进行控制，性能优良，压力控制精度达到2％，并已成熟地应用于许多生产现场，但系统复杂，制造成本较高，软件编制困难。
发明内容
为了克服现有技术所用阀门多而导致出现故障几率大、且不能进行实时闭环控制的不足，本发明提供一种摩擦焊机闭环控制装置，采用具有模拟量功能及人机界面功能的PLC控制器和电液比例换向调速阀及电液比例溢流阀来控制摩擦焊接过程中的轴向压力，可减少阀门的使用数量，降低故障率。同时，利用PLC控制器还可以进行实时闭环控制，以在摩擦和保压阶段保持稳定的压力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案一种摩擦焊机闭环控制装置，包括滑台、油泵、油箱、两位两通换向阀、溢流阀、PLC控制器和油缸，其特点是还包括电液比例换向调速阀、电液比例溢流阀、A功率放大板、B功率放大板、D/A模块、A/D模块、压力传感器以及人机界面模块，所述的压力传感器将检测到油缸压力值的模拟信号，通过AD模块转换成数字信号送给PLC控制器，与PLC控制器中由人机界面模块设定的压力值比较并进行误差运算，输出的数字信号经DA模块转换成模拟信号，经A功率放大板放大，调节电液比例溢流阀的溢流压力，实现施力油缸轴向压力的控制；同时，PLC控制器接受人机界面模块传递的方向及速度指令，输出的数字信号经DA模块转换成模拟信号，经B功率放大板放大，调节电液比例换向调速阀的电磁力来控制阀的开口方向及大小，实现油缸活塞的运动速度及方向控制。
本发明的有益效果是由于采用具有模拟量功能及人机界面功能的PLC控制器和电液比例换向调速阀及电液比例溢流阀来控制摩擦焊接过程中的轴向压力，减少了阀门的使用数量，降低了故障率。同时，PLC控制器能够实现闭环控制，对焊接过程中的干扰因素，如油温变化、环境温度变化、焊接材质及表面状态的波动等，可进行实时有效调节。压力、流速等参量调节方便，重现性好。与计算机闭环控制系统相比，硬件成本较低，编程容易。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
图1是本发明摩擦焊机闭环控制装置示意图。
图2是现有技术摩擦焊机控制装置示意图。
图3是采用图1所示装置焊接参数曲线图。
图中，1-滑台，2-电液比例换向调速阀，3-电液比例溢流阀，4-油泵，5-油箱，6-两位两通换向阀，7-溢流阀，8-A功率放大板，9-B功率放大板，10-D/A模块，11-PLC控制器，12-A/D模块，13-压力传感器，14-油缸，16-压力继电器，17-三位四通换向阀，18-两位四通换向阀，19-调速阀，20-单向阀，21-减压阀，22-人机界面模块。
具体实施例方式
参照图1，拖动滑台1的油缸14的压力值通过压力传感器13转换成电流或电压的模拟信号，通过AD模块12转换成数字信号送到PLC控制器11中与设定值比较。设定值由人机界面模块22传递给PLC控制器11。PLC控制器11进行误差运算，然后将输出数字值通过DA模块10转换成电压值去控制A功率放大板8的输出电流，A功率放大板8输出电流调节电液比例溢流阀3上比例电磁铁的电磁力来控制比例溢流阀3的溢流压力，实现轴向施力油缸14的压力控制。同时，PLC控制器11接受人机界面模块22传递的方向及速度指令，输出数字量通过DA模块10转换成电压值去控制B功率放大板9的输出电流，B功率放大板9输出电流调节电液比例换向调速阀2上比例电磁铁的压力来控制比例方向阀2的开口方向及大小，实现轴向施力油缸14活塞的运动速度及方向的控制。油泵4提供液压系统的压力。油箱5提供系统所需的液压油。两位两通阀6控制系统是否建压。溢流阀7调整液压系统压力。
PLC控制器11用以实现整个焊接过程的协调控制，包括故障检测、焊接过程时序控制、焊接压力线性调节和控制。人机界面模块22显示压力曲线和设置焊接参数，PLC控制器11的数据存储区存储了焊接过程中滑台运动所需要的快进、工进、摩擦、顶锻、快退的流量和压力数据，焊接过程中PLC控制器11实时检测各组成部分的状态，实时给出各个阶段所需数据。通过PLC控制器11闭环程序的循环扫描，实时控制系统压力。其中，在摩擦加热和顶锻保压两个阶段采用PID运算的压力闭环控制。
滑台1由油缸14驱动着往复运动。电液比例换向调速阀2通过油缸14控制滑台1的运动方向及速度。电液比例溢流阀3控制油缸14后腔压力。油泵4提供液压系统的压力。油箱5提供系统所需的液压油。两位两通阀6控制系统是否建压。溢流阀7调整液压系统压力。PLC控制器11给出的数字信号经D/A模块10转换得到的电压信号分别经A功率放大板8、B功率放大板9转换为电流信号，分别控制电液比例溢流阀3和电液比例换向调速阀2。压力传感器13检测油缸14的后腔压力，A/D模块12将压力传感器13给出的模拟信号转换为数字量。PLC控制器11完成信号的比较与控制，人机界面模块22显示压力曲线和设置焊接参数，PLC控制器11的数据存储区存储了焊接过程中滑台运动所需要的快进、工进、摩擦、顶锻、快退的流量和压力数据。该系统可以实现摩擦焊接过程中轴向压力的闭环控制、滑台进给速度的开环比例控制，轴向压力控制精度可达±5％。参数调节方便，可靠性高，系统稳定性好，对油源适应性好，提高了摩擦焊接过程控制水平。
利用本发明摩擦焊机闭环控制装置焊接Φ64mm钻杆，采用C320型摩擦焊机，焊接规范参数中摩擦压力设定为3.2MPa，顶锻压力设定为5.0MPa。在系统中加装转速传感器、电流传感器、位移传感器，从压力曲线图(参见图3)中可以看到，在闭环控制下压力反应速度快，在摩擦加热和顶锻保压阶段呈平直状态。从采集的实际数据来看，在摩擦加热阶段，压力均值3.2MPa，最大压力为3.27MPa，最小压力为3.12MPa，波动值保持在5％以内；顶锻保压阶段压力均值为5.0MPa，最大压力为5.24MPa最小压力为4.79MPa，压力的波动值不大于5％，即系统的压力控制精度大于5％。钻杆实际生产的焊接飞边大小均匀一致。对PLC控制器实时监测得出，该闭环控制系统在摩擦加热和顶锻保压两个阶段PLC控制器的扫描周期为16ms，即每16ms闭环控制系统检测、比较、调节一次压力，压力调节速度快，能及时稳定系统压力，完全可以满足焊机压力控制要求。相对于工业控制计算机的闭环控制系统，此PLC控制器构建的闭环控制系统的硬件投入低，控制精度也能满足要求，但不能实时显示监测各项参数运行情况，程序和参数修改困难。相对于常规的开关阀控制系统，轴向压力控制精度提高，焊接生产过程参数重现性好。
权利要求
1.一种摩擦焊机闭环控制装置，包括滑台、油泵、油箱、两位两通换向阀、溢流阀、PLC控制器和油缸，其特征在于还包括电液比例换向调速阀、电液比例溢流阀、A功率放大板、B功率放大板、D/A模块、A/D模块、压力传感器以及人机界面模块，所述的压力传感器将检测到油缸压力值的模拟信号，通过AD模块转换成数字信号送给PLC控制器，与PLC控制器中由人机界面模块设定的压力值比较并进行误差运算，输出的数字信号经DA模块转换成模拟信号，经A功率放大板放大，调节电液比例溢流阀的溢流压力，实现施力油缸轴向压力的控制；同时，PLC控制器接受人机界面模块传递的方向及速度指令，输出的数字信号经DA模块转换成模拟信号，经B功率放大板放大，调节电液比例换向调速阀的压力来控制阀的开口方向及大小，实现油缸活塞的运动速度及方向控制。
2.根据权利要求1所述的摩擦焊机闭环控制装置，其特征在于所述的PLC控制器数据存储区存储的焊接过程中滑台运动——快进、工进、摩擦、顶锻、快退所需要的流量和压力数据，与焊接过程中PLC控制器实时检测到的滑台运动——快进、工进、摩擦、顶锻、快退所需要的流量和压力数据比较，通过PLC控制器闭环程序的循环扫描，实时控制系统压力。
全文摘要
本发明公开了一种摩擦焊机闭环控制装置，包括电液比例换向调速阀、电液比例溢流阀、A、B功率放大板、D/A模块、A/D模块、压力传感器以及人机界面模块，所述的压力传感器将检测到油缸压力值的模拟信号，通过AD模块转换成数字信号，与PLC控制器中设定的压力值比较并进行误差运算，调节电液比例溢流阀的溢流压力，实现施力油缸轴向压力控制；同时，PLC控制器接受人机界面模块传递的方向及速度指令，输出的数字信号经DA模块转换成模拟信号，调节电液比例换向调速阀的压力来控制阀的开口方向及大小，实现油缸活塞的运动速度及方向控制。由于采用具有模拟量及人机界面功能的PLC控制器，减少了阀门的数量，降低了故障率。还实现了焊接过程中的实时闭环控制。
文档编号B23K20/12GK101059694SQ20071001799
公开日2007年10月24日 申请日期2007年6月5日 优先权日2007年6月5日
发明者杜随更, 陈强, 傅莉 申请人:西北工业大学