水泥涵管因強度高、抗壓性好，又耐腐蝕、不易滲漏、生產成本低而被廣泛應用于基礎設施建設和市政建設。影響水泥管道制品的性能和質量的因素，除水泥本身外，很大程度取決于內襯鋼筋骨架的質量。
1問題的提出
滾焊機是砼制品行業的專用機械設備。目前我國在生產實際使用的滾焊機，一部分完全靠手工操作，生產效率低，產品質量沒有穩定保證；一部分采用單片機控制，實現自動變徑生產，提高了生產效率，滿足多品種、多規格的產品需求，但是在保證螺距精度中仍然靠手工或機械傳動調節。電機調速采用電磁調速，存在螺距誤差大、滾焊速度和螺距無法隨意調節、焊點無法跟蹤等問題，仍然未從根本上保障產品質量的穩定。
滾焊機螺距自動調節代替手工操作是水泥制品行業技術進步的必然要求，本文介紹采用可編程序控制器(PLC)和交流電機變頻調速技術，實現了螺距自動調節，提高了滾焊機的自動化控制水平。
2自動加工系統的結構及原理
采用PLC和交流電機變頻調速技術的自動加工系統主要由主機控制和變頻器行走控制及焊接控制電路兩部分組成，圖1所示為滾焊機自動控制系統的邏輯功能框圖。
圖1自動控制系統功能邏輯框圖
2.1系統的組成
滾焊機計算機及變頻自動控制系統主要由以下5個部分組成。
1）人機界面
它是控制系統運行的操作平臺，主要顯示工藝參數、操作指令、程序運行監控和報警等信息。
2）可編程序控制器
PLC作為系統的控制機用來完成加工中的螺距自動計算和大、小車電機轉速匹配的計算以及各種工藝參數的輸入、修改、故障診斷處理、異常報警等，完成在加工中焊點的檢測和追蹤。其特點是操作方便、通信監控容易，保證了產品的精度、質量和系統運行安全。
3）變頻器
選用專用磁通矢量控制、恒轉矩輸出型變頻器（INV）作為花盤與小車電機的驅動器。
4）焊接控制電路
主要完成焊接信號的檢測與傳輸、執行PLC發出的工作指令。
5）通訊接口
采用MODBUS總線通訊方式，用RS485、RS232通訊接口來獲取所有的實時數據和告警信息。
2.2系統工作原理
1）主機控制和變頻器行走控制
系統根據工藝要求輸入螺距寬度和主車花盤的給定轉速，通過計算機自動計算控制螺距小車所行走的距離，并同設定的螺距值進行比較，產生糾偏控制量，經D/F數頻變換后輸出給小車變頻器，自動保證螺距的尺寸不變。當主車花盤轉速發生變化時，控制系統發出信號，控制小車的速度隨之變化，使設定的螺距值保持不變；當加工工件接近預設的長度時，控制變頻器輸出減小，電機開始減速，達到要求尺寸時發出停機信號并報警，通知加工結束。
2）焊接控制
焊接電路通過安裝在大盤后的焊接傳感器對焊點進行檢測、跟蹤，PLC根據接收數據（脈沖計數、轉速變化等）信息準確計算，采用脈寬調制控制觸發雙向可控硅，對焊接電路進行自動控制，實現間斷通電，保證各焊點精確焊接，并通過控制軟件對設定的過載參數進行過載保護，確保焊接質量。
3加工狀態控制方式
為滿足不同產品生產的需要，系統設有4種加工狀態控制方式。
1)自動加工狀態選擇自動加工狀態時，系統可根據預設定的螺距長度自動完成加工運算和焊接控制，花盤與小車的運行由PLC控制軟件自動識別計算而相互匹配。
花盤轉速人為變化時，小車行走的速度將跟隨變化，保證加工的螺距長度不變。為防止誤操作，在運行過程中工藝參數的改變無效，只有在停機狀態下修改有效。該狀態在大批量生產單一產品情況時十分有效。
2)調整加工狀態選擇調整加工狀態時，花盤與小車的運行由各自的外部按鍵控制，運行頻率由外部端子給定。該狀態使用戶可根據實際需要隨意控制花盤與小車的位置，完成上、下料，主車正、反轉，手動點焊及檢修操作等。該狀態適用于多品種、多規格產品的生產。
3)手動加工狀態選擇該狀態時，花盤與小車的運行相互獨立，運行頻率由各自的外部端子調節，調節花盤與小車的運行頻率可改變加工螺距的寬度。該狀態可滿足用戶對特殊加工的需要。
4)特殊加工狀態本系統還提供了兩種焊接方式以及特型加工方式可供選擇：①連續焊接方式，即對每一個焊接點都進行檢測并焊接；②間隔焊接方式，對每一個焊接點都進行檢測，根據需要按設定的焊接間隔點數對所需要焊接的焊點進行焊接；③特型加工，除了正常的直線加工之外，系統還可以對工件進行各種角度的錐度加工，以滿足特型加工要求。
4系統軟件
滾焊機計算機自動加工系統軟件體系分為PWS圖形界面、PLC運算控制程序、INV運行參數和故障診斷及自我保護四部分。軟件運行于系統的各個硬件平臺上，并通過系統通訊軟件和通訊接口，彼此互為配合、互為協調，交換各種數據及管理、控制信息，來完成整個系統的各種功能。軟件系統的基本流程見圖2。
圖2軟件系統的基本流程
4.1圖形界面
PWS圖形界面采用了Windows風格的畫面，具有簡潔、清晰且完全漢化的特點，具有顯示、設置、控制、告警和幫助等功能。
4.2PLC運算控制程序
PLC運算控制程序是本系統軟件的主體，也是系統運行的核心部分，主要由以下幾部分組成。
1)自動運算程序自動采集運行參數(螺距寬度、工件長度、大車轉速、錐度角等)，自動進行螺距加工、大小車轉速匹配、錐度加工的運算，并將運算結果送至運行程序。
2)運行程序包括自動運行、手動運行和調整運行程序，采集系統參數及加工參數，根據實際工藝要求發出控制指令，控制系統運轉，此部分程序是整個軟件體系的重點部分。
3)焊接控制程序檢測傳感信號，焊點自動追蹤，控制焊接電路的動作(手動點焊、連續焊接)，調節焊接電流大小，滿足生產工藝要求。
4)報警程序采集各個設備的故障檢測信號，發出告警信息，將故障信息在人機界面中顯示出來，同時自動保護。
5)通訊程序實現各設備、器件之間的數據傳輸、信號傳遞等。
4.3INV參數
變頻器INV的功能參數包括用戶參數，基本參數，操作方式參數和輸入、輸出功能參數等多個參數群，用戶可根據實際工藝要求設定參數值。
4.4故障診斷及保護
本系統有較完善的自我診斷和保護功能，在系統的各個階層（PLC及INV）進行實時故障診斷，將告警信息及故障信息通過通訊方式在人機界面中顯示，并提示相應的故障處理方法。
報警形式可分為告警性報警和故障性報警，必要時輔以聲光報警，操作者可根據情況處理。系統可檢測到的報警包括有系統執行時間逾時、不合法指令、過電壓、過電流、低電壓和外部異常中斷等。
5結論
采用上述系統對HG型排水管滾焊機進行技術改造，經實際使用證明其具有以下優點。
1)可靠性高系統采用人機界面(PWS)、可編程控制器和恒轉矩變頻器等比較先進的控制設備作為系統的主體，采用了模塊化的焊接控制電路及焊接自動檢測、追蹤程序，并用通訊方式實現數據傳輸，保證了系統極高的可靠性。
2)自動化程度高采用PLC作為系統運算、控制的中心，實現螺距加工自動運算和全自動控制加工過程，通過選擇不同加工狀態控制方式，可加工多種規格及特殊規格的產品，加工中只需重新設置相應的加工參數即可，且加工精度高、產品一致性好。
3)操作安全簡便采用液晶屏全漢化人機界面，以人機對話的方式進行參數設置、運行控制，對發生的故障進行監視、報警、分析、顯示故障代碼、分析故障原因、提示處理方法，操作安全、直觀、簡便，徹底改變以往手動加工中眼觀手調的控制方式，降低勞動強度，提高了勞動生產率。
4)維修方便以往用交流接觸器和中間繼電器等傳統的執行電器，控制電路復雜、故障率較高、維修保養難度大，本系統運用PLC，采用通訊方式實現電氣控制，線路簡單、故障率低，易維修保養。
5)節能效果好通過焊點跟蹤、脈寬調制觸發焊接方式，變頻調速優化電機功率輸出，節能達35%以上。
1問題的提出
滾焊機是砼制品行業的專用機械設備。目前我國在生產實際使用的滾焊機，一部分完全靠手工操作，生產效率低，產品質量沒有穩定保證；一部分采用單片機控制，實現自動變徑生產，提高了生產效率，滿足多品種、多規格的產品需求，但是在保證螺距精度中仍然靠手工或機械傳動調節。電機調速采用電磁調速，存在螺距誤差大、滾焊速度和螺距無法隨意調節、焊點無法跟蹤等問題，仍然未從根本上保障產品質量的穩定。
滾焊機螺距自動調節代替手工操作是水泥制品行業技術進步的必然要求，本文介紹采用可編程序控制器(PLC)和交流電機變頻調速技術，實現了螺距自動調節，提高了滾焊機的自動化控制水平。
2自動加工系統的結構及原理
采用PLC和交流電機變頻調速技術的自動加工系統主要由主機控制和變頻器行走控制及焊接控制電路兩部分組成，圖1所示為滾焊機自動控制系統的邏輯功能框圖。
圖1自動控制系統功能邏輯框圖
2.1系統的組成
滾焊機計算機及變頻自動控制系統主要由以下5個部分組成。
1）人機界面
它是控制系統運行的操作平臺，主要顯示工藝參數、操作指令、程序運行監控和報警等信息。
2）可編程序控制器
PLC作為系統的控制機用來完成加工中的螺距自動計算和大、小車電機轉速匹配的計算以及各種工藝參數的輸入、修改、故障診斷處理、異常報警等，完成在加工中焊點的檢測和追蹤。其特點是操作方便、通信監控容易，保證了產品的精度、質量和系統運行安全。
3）變頻器
選用專用磁通矢量控制、恒轉矩輸出型變頻器（INV）作為花盤與小車電機的驅動器。
4）焊接控制電路
主要完成焊接信號的檢測與傳輸、執行PLC發出的工作指令。
5）通訊接口
采用MODBUS總線通訊方式，用RS485、RS232通訊接口來獲取所有的實時數據和告警信息。
2.2系統工作原理
1）主機控制和變頻器行走控制
系統根據工藝要求輸入螺距寬度和主車花盤的給定轉速，通過計算機自動計算控制螺距小車所行走的距離，并同設定的螺距值進行比較，產生糾偏控制量，經D/F數頻變換后輸出給小車變頻器，自動保證螺距的尺寸不變。當主車花盤轉速發生變化時，控制系統發出信號，控制小車的速度隨之變化，使設定的螺距值保持不變；當加工工件接近預設的長度時，控制變頻器輸出減小，電機開始減速，達到要求尺寸時發出停機信號并報警，通知加工結束。
2）焊接控制
焊接電路通過安裝在大盤后的焊接傳感器對焊點進行檢測、跟蹤，PLC根據接收數據（脈沖計數、轉速變化等）信息準確計算，采用脈寬調制控制觸發雙向可控硅，對焊接電路進行自動控制，實現間斷通電，保證各焊點精確焊接，并通過控制軟件對設定的過載參數進行過載保護，確保焊接質量。
3加工狀態控制方式
為滿足不同產品生產的需要，系統設有4種加工狀態控制方式。
1)自動加工狀態選擇自動加工狀態時，系統可根據預設定的螺距長度自動完成加工運算和焊接控制，花盤與小車的運行由PLC控制軟件自動識別計算而相互匹配。
花盤轉速人為變化時，小車行走的速度將跟隨變化，保證加工的螺距長度不變。為防止誤操作，在運行過程中工藝參數的改變無效，只有在停機狀態下修改有效。該狀態在大批量生產單一產品情況時十分有效。
2)調整加工狀態選擇調整加工狀態時，花盤與小車的運行由各自的外部按鍵控制，運行頻率由外部端子給定。該狀態使用戶可根據實際需要隨意控制花盤與小車的位置，完成上、下料，主車正、反轉，手動點焊及檢修操作等。該狀態適用于多品種、多規格產品的生產。
3)手動加工狀態選擇該狀態時，花盤與小車的運行相互獨立，運行頻率由各自的外部端子調節，調節花盤與小車的運行頻率可改變加工螺距的寬度。該狀態可滿足用戶對特殊加工的需要。
4)特殊加工狀態本系統還提供了兩種焊接方式以及特型加工方式可供選擇：①連續焊接方式，即對每一個焊接點都進行檢測并焊接；②間隔焊接方式，對每一個焊接點都進行檢測，根據需要按設定的焊接間隔點數對所需要焊接的焊點進行焊接；③特型加工，除了正常的直線加工之外，系統還可以對工件進行各種角度的錐度加工，以滿足特型加工要求。
4系統軟件
滾焊機計算機自動加工系統軟件體系分為PWS圖形界面、PLC運算控制程序、INV運行參數和故障診斷及自我保護四部分。軟件運行于系統的各個硬件平臺上，并通過系統通訊軟件和通訊接口，彼此互為配合、互為協調，交換各種數據及管理、控制信息，來完成整個系統的各種功能。軟件系統的基本流程見圖2。
圖2軟件系統的基本流程
4.1圖形界面
PWS圖形界面采用了Windows風格的畫面，具有簡潔、清晰且完全漢化的特點，具有顯示、設置、控制、告警和幫助等功能。
4.2PLC運算控制程序
PLC運算控制程序是本系統軟件的主體，也是系統運行的核心部分，主要由以下幾部分組成。
1)自動運算程序自動采集運行參數(螺距寬度、工件長度、大車轉速、錐度角等)，自動進行螺距加工、大小車轉速匹配、錐度加工的運算，并將運算結果送至運行程序。
2)運行程序包括自動運行、手動運行和調整運行程序，采集系統參數及加工參數，根據實際工藝要求發出控制指令，控制系統運轉，此部分程序是整個軟件體系的重點部分。
3)焊接控制程序檢測傳感信號，焊點自動追蹤，控制焊接電路的動作(手動點焊、連續焊接)，調節焊接電流大小，滿足生產工藝要求。
4)報警程序采集各個設備的故障檢測信號，發出告警信息，將故障信息在人機界面中顯示出來，同時自動保護。
5)通訊程序實現各設備、器件之間的數據傳輸、信號傳遞等。
4.3INV參數
變頻器INV的功能參數包括用戶參數，基本參數，操作方式參數和輸入、輸出功能參數等多個參數群，用戶可根據實際工藝要求設定參數值。
4.4故障診斷及保護
本系統有較完善的自我診斷和保護功能，在系統的各個階層（PLC及INV）進行實時故障診斷，將告警信息及故障信息通過通訊方式在人機界面中顯示，并提示相應的故障處理方法。
報警形式可分為告警性報警和故障性報警，必要時輔以聲光報警，操作者可根據情況處理。系統可檢測到的報警包括有系統執行時間逾時、不合法指令、過電壓、過電流、低電壓和外部異常中斷等。
5結論
采用上述系統對HG型排水管滾焊機進行技術改造，經實際使用證明其具有以下優點。
1)可靠性高系統采用人機界面(PWS)、可編程控制器和恒轉矩變頻器等比較先進的控制設備作為系統的主體，采用了模塊化的焊接控制電路及焊接自動檢測、追蹤程序，并用通訊方式實現數據傳輸，保證了系統極高的可靠性。
2)自動化程度高采用PLC作為系統運算、控制的中心，實現螺距加工自動運算和全自動控制加工過程，通過選擇不同加工狀態控制方式，可加工多種規格及特殊規格的產品，加工中只需重新設置相應的加工參數即可，且加工精度高、產品一致性好。
3)操作安全簡便采用液晶屏全漢化人機界面，以人機對話的方式進行參數設置、運行控制，對發生的故障進行監視、報警、分析、顯示故障代碼、分析故障原因、提示處理方法，操作安全、直觀、簡便，徹底改變以往手動加工中眼觀手調的控制方式，降低勞動強度，提高了勞動生產率。
4)維修方便以往用交流接觸器和中間繼電器等傳統的執行電器，控制電路復雜、故障率較高、維修保養難度大，本系統運用PLC，采用通訊方式實現電氣控制，線路簡單、故障率低，易維修保養。
5)節能效果好通過焊點跟蹤、脈寬調制觸發焊接方式，變頻調速優化電機功率輸出，節能達35%以上。
