王兴刚中核建中核燃料元件有限公司，四川宜宾 644000

DZ-30n-A自动点焊机电气控制系统研究

王兴刚
中核建中核燃料元件有限公司，四川宜宾 644000

DZ-30n-A自动点焊机是我单位为满足格架生产的需求与合作单位联合研制的用于核燃料元件定位格架条带弹簧的组装点焊设备。本论文对该设备的电气控制系统的组成，工作原理，电气特点，设备的优缺点进行了研究，分析了电气控制系统的核心部件：三菱PLC的逻辑工作流程，以及其与三菱GOT人机界面、运动控制模块FX2N-10PG、伺服模块MR-J2S的工作原理和使用方法。研究了其与SPATZ高频逆变式焊接电源的电气接口与连接。

自动点焊机；三菱PLC；GOT人机界面；运动控制模块；SPATZ高频逆变焊接；电源

随着我公司产品的市场需求的逐年扩大，人力成本的不断增加，以及对产品质量精益求精的追求，生产线现有的设备产能已不能满足实际需求，迫切需要研制效率更高、性能稳定的新一代设备。DZ-30n-A自动点焊机和上一代DZ-30n自动点焊机相比，主要有以下电气特点：1）电控系统硬件升级。新焊机采用日本三菱PLC、三菱伺服定位模块、三菱GOT人机界面，产品的稳定性和各项电气性能指标都优于第一代焊机；2）电气控制的集成度有较大的提高，缩小了设备的体积和占地面积，美观程度优于第一代；3）由于使用了三菱GOT1000系列的人机界面，使得可以显示的信息量和可以操作的软元件种类都要优于第一代的产品，使得人机界面可以设计得非常友好和便于操作；4）三菱FX2N系列定位模块的使用使得焊机速度有了极大的提升，提高了生产效率。

1 DZ-30n-A自动点焊机的结构组成及工作原理概述

自动点焊机为台式结构，主要由焊接电源、工作台、气动系统、二维滑台、上下机头、夹具和控制器等组成。该焊机在焊接过程中，由人工安放工件后，启动焊机自动完成焊接过程。每次焊接循环完成一个条带的焊接。

2 DZ-30n-A自动点焊机电气控制系统组成及工作原理

2.1 DZ-30n-A自动点焊机电气控制系统组成

DZ-30n-A自动点焊机电气控制系统主要由三菱FX2N-80MR型PLC、FX2N-10PG脉 冲 输 出 模 块、MRJ2S-40A伺服驱动模块、HC-KFS43伺服电机、GT1175-VNBA-C人机界面、SPATZ6000H逆变电源单元和SPATZ BG-02焊接编程单元，以及隔离变压器、直流电源模块等外围元件组成。

2.2 DZ-30n-A自动点焊机电气控制系统工作原理

DZ-30n-A自动点焊机电气控制系统的核心是PLC，它接收来自外围开关和GOT人机界面的开关信号和控制数据，并对它们进行运算。将运算的结果送到GOT人机界面和输出模块，实时显示状态信息和控制外围开关量来控制各个气阀的开闭以及焊接动作控制，达到控制机器动作的目的。

PLC对于X轴的位置控制是通过FX2N-10PG脉冲输出模块、MR-J2S-40A伺服驱动模块、HC-KFS43伺服电机来实现的。PLC接收来自GOT人机界面的运动控制命令并进行运算，将运算结果传递给FX2N-10PG脉冲输出模块，MR-J2S-40A伺服驱动模块接收来自FX2N-10PG脉冲输出模块的控制信息，进行运算放大来推动HCKFS43伺服电机，再由HC-KFS43伺服电机带动X轴丝杠进行旋转，再由工作台上的丝杠螺母将丝杠的旋转运动转换为X轴的直线运动，从而达到控制X轴精确定位的目的。

DZ-30n-A半自动点焊机电气控制系统工作原理框图如图1所示。

3 伺服定位系统在DZ-30n-A自动点焊机中的应用

3.1 自动点焊机伺服定位系统组成及工作原理

DZ-30n-A自动点焊机伺服定位系统是由三菱FX2N-80MR型PLC、FX2N-10PG脉冲输出模块、MR-J2S-40A伺服驱动模块、HC-KFS43伺服电机组成的。

PLC将控制运动所需的零点地址、进给速率、原点数量、脉冲率、最大速度、偏置速度、加速时间、减速时间、目标地址等参数通过“TO”或者“DTO”指令送到FX2N-10PG脉冲输出模块的BFM（数据缓冲寄存器）中，并通过“FROM”或者“DFROM”指令读取FX2N-10PG内BFM（数据缓冲寄存器）的实时信息。PLC的输出触点控制FX2N-10PG的启动和中断。FX2N-10PG根据PLC输入的参数信息产生1Hz-1MHz的脉冲序列并输出到MR-J2S-40A伺服驱动模块，MR-J2S-40A伺服驱动模块对脉冲序列进行运算放大驱动HC-KFS43伺服电机，伺服电机带动X轴丝杠进行旋转，再由工作台上的丝杠螺母将丝杠的旋转运动转换为X轴的直线运动，从而达到控制X轴精确定位的目的。

3.2 MR-J2S伺服驱动模块的使用分析

三菱MR-J2S伺服驱动模块是在MR-J2伺服基础上开发的具有更高性能的更多功能的伺服系统。控制模式有位置控制、速度控制、扭矩控制3种。还有位置/速度控制、速度/转矩控制、转矩/位置控制这些切换控制方式可供选择，使用灵活。该模块在DZ-30n-A自动点焊机中使用的是位置控制方式。三菱MR-J2S系列的伺服电机编码器采用了分辨率为131072脉冲/转的高分辨率的编码器，所以能够实现高精度的位置控制。它可以使用高达500kpps的高速脉冲串控制电机的速度和方向，故能够实现较高的运动速度。

MR-J2S伺服驱动模块在使用时必须根据需要正确地设置伺服参数，否则将不能正确运行。MR-J2S伺服驱动模块的参数分为：基本参数（No.0-No.19）、扩展参数1（No.20-No.49）、扩展参数2（No.50-No.84）。其中No.3、No.4（电子齿轮）、No.21（指令脉冲串）设置时要与FX2N-10PG中的相关参数一致，否则设备将不能正常运行。

4 SPATZH6000高频逆变电源在DZ-30n-A自动点焊机中的应用

德国进口的SPATZH6000高频逆变电源的开关频率高达20KHz，能够实现对放电电流的精确控制。焊接电流最高能够达到9 000A。可编程63套焊接规范，16个焊接脉冲/每个规范。选择恒压，恒流，恒功率控制。记录最近10 000个焊接数据，用于质量保证。13个数字量输入，8个数字量输出。在SPATZ BG-02编程器上可以显示焊接电流，电极电压，电阻，功率，电极压力，电极压痕深度，触发角等。用图形表示最近100次焊接的测量值曲线。能记录最近100次不良焊接的故障，具有清晰主题信息的故障分析。

5 对DZ-30n-A自动点焊机电气控制系统的分析研究总结

DZ-30n-A自动点焊机电气控制系统与DZ-30n自动点焊机相比，主要在以下3个方面有较大进步：1）工作效率有了较大提高；2）人机界面功能丰富，信息量大大增加，方便了操作者的使用和对各种参数进行调整，使用的灵活性大大增加；3）电气控制的集成度有较大的提高，缩小了设备的体积和占地面积，美观程度优于第一代。

DZ-30n-A自动点焊机电气控制系统可以进行以下3个方面改进：1）可以增加X轴反向间隙补偿功能，提高定位精度；2）在GOT中增加维修用的诊断界面；3）优化运动参数，提高工作效率。

［1］廖常初.FX系列PLC编程及应用［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［2］陈苏波，等.三菱PLC快速入门与实例提高［M］.北京：人民邮电出版社，2008.

［3］三菱电机.FX1SFX1NFX2N2NC系列编程手册.

［4］三菱电机.MR-J2S-A技术资料集.

［5］三菱电机.GT Designer2版本2画面设计手册（对应GOT1000系列）.

［6］三菱电机.FX2N-10PG用户手册.

TP2

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1674-6708（2016）168-0173-02

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