側(cè)墻龍門式雙頭自動點焊機是80年代初從東德引進(jìn)，用于鐵路車輛冷藏車側(cè)墻板與側(cè)墻立柱的全自動點焊。由于該設(shè)備運行的時間長，元器件損耗嚴(yán)重且缺少備件，故障率不斷提高，直接影響正常的生產(chǎn)過程，因此決定在維修該設(shè)備機械系統(tǒng)的同時進(jìn)行電器系統(tǒng)的重新設(shè)計，并采用先進(jìn)的可編程控制器PLC控制整個系統(tǒng)的運行。

圖1　側(cè)墻板與側(cè)墻立柱連接的焊點分布

2．1　焊接裝置

圖2　焊接回路原理圖
2．2　龍門架運行系統(tǒng)

圖3　龍門架運行原理圖
2．4　PLC控制系統(tǒng)

根據(jù)要求，該PLC系統(tǒng)由一個10槽母板、一個CPU模塊、5個ID212輸入模塊（每塊16點）、2塊OC225繼電器輸出的輸出模塊（每塊16點）、1塊ID212晶體管OC門的輸出模塊（16點）和1塊OC224獨接點（不互相共地，共8點）的繼電器輸出的輸出模塊所組成，各模塊在母板的分布如圖4所示。各模塊的地址與安裝在母板插槽的位置有關(guān)，它們之間可以互換。各模塊的類型、地址安排（通道號+通道內(nèi)順序號）、以及外接器件的類型和作用如表1和表2所示。
表1中所有輸入模塊的型號均為ID212，其中005通道中，龍門架軌跡選擇開關(guān)根據(jù)側(cè)墻立柱的距離的不同有兩種選擇，實質(zhì)上是選擇龍門架的其中一組步進(jìn)距離的光電開關(guān)進(jìn)行位置檢測。小車軌跡選擇和焊點數(shù)選擇相配合，以選擇每根側(cè)墻立柱所需的焊點數(shù)。小車步進(jìn)距離的檢測是由兩組接近開關(guān)組成的。當(dāng)選擇上軌跡時，實際是選擇其中一組接近開關(guān)進(jìn)行位置檢測，此時可選焊點數(shù)為40和32；選擇下軌跡時可選焊點數(shù)為44、36和28點。
   
圖4　C200H模塊式PLC的I/O模塊分布 表1　輸入信號分配表 通道號 輸入信號類型 作　　用 005
（00～15） 選擇開關(guān) 墻板選擇、龍門架運行軌跡選擇、焊點數(shù)選擇、手動選擇、小車軌跡選擇等 006
（00～15） 按鈕開關(guān) 手動龍門架快、慢、啟停；手動油泵、水泵、風(fēng)機啟停；手動小車啟停；自動啟停等 007
（00～15） 行程開關(guān)、壓力和
熱繼電器觸點 龍門架前后極限位置、小車左右極限位置、溫度、壓力、流量等信號 008
（00～15） 光電開關(guān)
接近開關(guān) 龍門架步進(jìn)距離、步進(jìn)軌跡的光電開關(guān)小車步進(jìn)距離、步進(jìn)軌跡的接近開關(guān) 009
（00～06） 繼電器接點 龍門架運行系統(tǒng)的變頻器的輸出及其運行狀態(tài)、故障信號、兩臺MED點焊控制器輸出的其運行狀態(tài)、故障報警信號 表2　輸出信號分配表 通道號 模塊型號及
輸出點類型 輸出器件類型 作　　用 000
（00～15） OC225
繼電器接點 指示燈、
發(fā)光二極管 龍門架、小車、油泵、水泵、風(fēng)機、水溫、變頻器、梅達(dá)控制器等系統(tǒng)運行狀態(tài)指示 001
（00～15） OC225
繼電器接點 繼電器線圈 小車左右行、風(fēng)機、油泵、水泵、電極上下運行等中間繼電器 002
（00～11） OD212
晶體管OC門 數(shù)碼管 每個工件的焊點數(shù)記數(shù)（共四位）
焊件數(shù)記數(shù)（共四位）<顯示屏> 003
（00～06） OD224
繼電器獨接點 繼電器線圈 兩臺梅達(dá)控制器的焊接啟動、變頻器速度選擇、正反轉(zhuǎn)控制信號 
3　系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計 　　根據(jù)該系統(tǒng)的要求，通過分析，可把側(cè)墻龍門式雙頭自動點焊機的PLC控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)分為手動、自動和故障三種狀態(tài)。由于系統(tǒng)中相互連鎖關(guān)系較多，動作循環(huán)過程較復(fù)雜。通過對其原理、動作順序進(jìn)行深入剖析可將整個系統(tǒng)的PLC控制軟件設(shè)計分為手動、自動、故障處理、顯示驅(qū)動和綜合輸出驅(qū)動五大模塊來解決。各模塊間的關(guān)系如圖5所示。
 
圖5　控制軟件的組成
 　　手動部分主要用于焊前調(diào)整，其主要功能包括小車左右行、龍門架前后慢行、龍門架前后快行、電極升降、水泵、風(fēng)機運行等。
故障部分主要用于焊機某一部分出現(xiàn)故障時。首先鎖定自動焊接程序，使焊接過程不可進(jìn)行，同時允許某些手動功能的運行，以便進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試和維修，使故障的排除更加方便。
顯示屏驅(qū)動模塊是用戶的指示界面，它主要的功能是用來顯示每塊墻板的焊點數(shù)計數(shù)和所焊工件數(shù)計數(shù)。
綜合輸出模塊是手動功能和自動功能的最終驅(qū)動模塊，手動功能和自動功能的程序模塊中利用PLC的內(nèi)部資源作為中間繼電器，來記憶程序運行的各種中間狀態(tài)。綜合輸出模塊的輸出是根據(jù)這些中間繼電器的狀態(tài)在每個掃描周期內(nèi)進(jìn)行刷新。
自動功能是整個控制軟件中最為復(fù)雜的一部分，也是整個軟件設(shè)計的重點，圖6給出了自動功能簡化的狀態(tài)流程圖。其主要動作順序的特點是在龍門架步進(jìn)運行循環(huán)中包含小車步進(jìn)運行的循環(huán)而實現(xiàn)逐個側(cè)墻立柱和逐個焊點的全自動焊接過程。全自動焊接的結(jié)束條件是龍門架前行到達(dá)前行的極限位置后，龍門架快回到原位停止。
 
圖6　全自動焊接功能狀態(tài)流程圖
4　結(jié)束語 　　用C200H可編程控制器對進(jìn)口全自動側(cè)墻雙頭龍門點焊機進(jìn)行技術(shù)改造后，并經(jīng)投入使用兩年多的實踐證明，工作可靠、性能優(yōu)良。且改造后的元器件替代容易方便，用戶反應(yīng)良好。由此證明，用可靠性高、編程容易的PLC對一些早期進(jìn)口的設(shè)備的電器控制系統(tǒng)進(jìn)行改造是提高設(shè)備運行效率和利用率的一種行之有效的方法。