摘 要：根據電子束焊機的控製係統的要求，提出用三菱公司的FX係列的可編程邏輯控製器對電子束焊機進行數字量控製和模擬量控製。結合電子束焊機焊接工藝需要，分別對控製軟件的作用和軟件構成進行了說明。
關(guan) 鍵詞：PLC 電子束焊機（EBW） 控製
1 概論
　　電子束焊接機是高能束技術在焊接設備中。由於(yu) 電子束焊接具有焊縫成形好，不用焊條，效率高，不易氧化等優(you) 點而成功地廣泛地應用於(yu) 原子能、國防、汽車、航空航天、電工儀(yi) 表、冶金等工業(ye) 領域，並隨當今計算機技術及其它新技術的推廣應用更進一步加速了電子束焊接技術的工業(ye) 應用[1]。電子束焊機技術複雜，主要涉及的專(zhuan) 業(ye) 技術有電子光學、電磁場理論、計算機及其控製技術、自動化技術、真空技術、精密製造技術、高電壓工程等多種學科的綜合應用。電子束焊機控製係統複雜，既有數字量控製，也有模擬量控製，同時還要對一些參數進行實時控製。三菱公司生產(chan) 的FX係列可編程控製器的功能較好地滿足了其控製係統的要求[2]，較好地實現了PLC對電子束焊機的整機控製。
2 電子束焊機控製係統的組成
　　2.1 電子束焊機的工作過程
　　電子束焊接機的工作過程是真空係統完成對電子槍和焊接室的抽真空任務後（此時電子槍及焊接室的真空度滿足工作要求），分別加上聚焦電源和偏壓電源，聚焦電源為(wei) 電子槍建立聚焦磁場，偏壓電源控製和調節電子束流的大小。打開閘閥，加上陰極電源後合上高壓，至此焊接機處於(yu) 等待焊接狀態，如果工件及工作台位置準備好，按下焊接按鈕設備開始下束，通過調節電子束流給定和工作台速度大小來實現對焊接線能量的調整，以滿足焊接工藝的要求，如果需要對電子束進行“攪拌”焊接可以加上掃描電源，電子束被掃描成圓、橢圓、半圓等多種圖形以實現“攪拌”焊接的作用。零件焊接完成後，按下充氣按扭打開焊接室拿出零件，第一次焊接任務完成。如果要繼續焊接其它零件，重複以上過程。焊接室及電子槍的抽真空可以用手動或者自動程序完成，手動程序時人工控製有關(guan) 泵及閥的操作，各種操作狀態由人工管理。自動程序則由PLC按照程序要求自動管理有關(guan) 泵及閥門的開啟、真空狀態、聯鎖條件等，自動完成設備的抽真空任務，使之滿足設備需要的真空度。在抽氣及焊接過程中，如果聯鎖條件不滿足或者水、氣等故障，PLC則自動判斷工作狀態，使設備恢複到有關(guan) 的狀態，或者發出故障指示供操作人員調整。
　　2.2 控製係統組成
　　控製係統組成的原理圖如圖1所示，整機以PLC為(wei) 核心分別對設備各控製係統進行模擬和數字控製，PLC為(wei) 三菱公司生產(chan) 的FX2N-128MT可編程的邏輯控製器，實現對設備的各種邏輯控製。A/D、D/A單元亦為(wei) 該公司的特殊模塊，實現工作台運動速度給定的A/D轉換和高壓、束流的D/A轉換，通過PLC的邏輯運算輸出模擬量來控製高壓、束流的給定。各控製係統的原理如下。
　　高壓控製係統：高壓控製係統由PID調節器、高壓電源、反饋環節、功率放大等組成，PLC經內(nei) 部運算和D/A轉換輸出模擬信號給PID調節器，PID調節器在反饋環節的閉環控製作用下控製高壓電源的高壓輸出，以實現高壓的穩定和調節以及對高壓的聯鎖控製。高壓控製係統的主要功能有高壓的梯度上升和下降、焊接過程中的高壓打火保護、急停、故障顯示等。
　　束流控製係統：束流控製係統由PID調節器、偏壓電源、反饋環節、功率放大等組成。PLC經內(nei) 部運算和D/A轉換輸出模擬信號給PID調節器，PID調節器在反饋環節的閉環控製作用下控製偏壓電源的偏壓輸出，以實現對電子束流的穩定和調節以及對焊接工藝控製。束流控製係統的主要功能有束流的梯度上升和下降、束流的大小調節、焊接過程中的工藝控製、急停、故障顯示等。
　　聚焦控製係統：聚焦控製係統由聚焦電源、聚焦線圈及PLC的控製指令組成，PLC管理聚焦電源的開啟及與(yu) 其他控製係統的聯鎖，保證設備處於(yu) 聚焦狀態。
　　陰極加熱電流控製係統：陰極加熱電流控製係統控製陰極加熱電流的大小，保證電子槍的陰極能發射出足夠的電子數目。PLC控製陰極電源的開啟和陰極與(yu) 高壓、真空、閘閥等的聯鎖。
　　真空及閥門控製係統：真空及閥門控製係統保證設備具有正常的真空工作環境，主要由各種真空泵、閥門等組成。PLC對真空係統的控製分為(wei) 手動和自動兩(liang) 種功能，手動時PLC根據輸入條件判斷閥門、泵的正常狀態，閥門、泵的開啟由人工控製，其開關(guan) 動作還是由PLC完成。自動時PLC根據程序要求自動完成對設備的抽真空任務，泵、閥門、真空度的狀態判斷和聯鎖條件均通過PLC軟件來實現。
　　工作台運動控製係統：工作台運動控製係統由PWM信號發生器、驅動電源、步進電機、運動機構及夾具組成。工作台運動控製分為(wei) 手動控製和計算機的聯機控製，手動時PWM信號由PLC產(chan) 生，具體(ti) 的工作過程是速度模擬量給定經A/D轉換輸入給PLC，PLC通過內(nei) 部功能處理，產(chan) 生的PWM信號經高速信號輸出口Y0、Y1分別送到X、Y軸的驅動電源的接口上，速度大小的調節通過改變模擬量給定的大小來實現，模擬量給定的改變後，經A/D轉換後到PLC內(nei) 部的數字量亦發生改變，經PLC運算後形成的PWM信號頻率亦發生改變，從(cong) 而實現對工作台運動的控製。計算機的聯機控製時由計算機控製和管理工作台的各種運動、焊接過程及焊接工藝。
　　計算機聯機控製：計算機聯機控製是用來連接PLC和計算機之間的指令傳(chuan) 輸，PLC指令通過RS232通訊輸入給計算機，計算機控製指令通過開關(guan) 板和隔離板把計算機機信號輸入給PLC，實現PLC對計算機和焊接過程的實時控製。
　　偏轉掃描控製係統：由偏轉電源和偏轉線圈組成，實現對電子束的偏轉和掃描。
　　測量及故障顯示：用來測量有關(guan) 焊接工藝參數，故障類型顯示，供操作人員調整和控製。
3 軟件構成
　　根據以上對電子束焊機的組成及控製原理的分析，電子束焊機的軟件由以下程序構成，其流程圖如圖2所示，各程序的功能如下：
　　初始化程序：對一些數據寄存器及定時器清零複位，使設備處於(yu) 初始工作狀態。
　　高壓控製程序：控製高壓條件的聯鎖、高壓給定、高壓上升及下降梯度、急停等。
　　電子束流控製程序：控製電子束流的上升及下降梯度、電子束流的給定輸出等。
　　檢查程序：供維修人員使用，進入此程序後，聯鎖條件解除，焊接機完全由人工控製各部件的開啟。
　　手動程序：處於(yu) 手動程序時，人工操作真空泵及閥門的開關(guan) ，使設備進入焊接等待狀態，此時各部件之間的聯鎖通過PLC內(nei) 部軟件設置，保證設備和人身安全。
　　自動程序：自動條件滿足時焊接機進入自動程序控製狀態，PLC完全控製真空泵、閥的開啟，使設備自動進入等待焊接狀態。
　　計算機聯機控製：聯接計算機和PLC之間的指令傳(chuan) 送，使計算機能適時控製工作台的運動及焊接工藝控製，進入計算機聯機控製程序時，計算機管理焊接程序。
　　A/D D/A轉換程序：實現A/D、D/A的數據轉換，實現工作台速度給定的模擬量轉換為(wei) 數字量，供PLC運算並變換成一定頻率的PWM信號，控製工作台的速度。同時實現高壓、電子束流的數字量向模擬量的轉換，用以分別控製高壓、束流的大小和上升及下降梯度。 #p#分頁標題#e#
　　故障報警程序：根據輸入信號的不同類型顯示不同的故障類別，引起操作人員注意和幫助維修人員修理設備，確保設備和人身安全。
　　停機程序：執行本程序時，PLC按照設備所處的工作狀態依次關(guan) 閉有關(guan) 部件、電源、真空泵、閥、加熱電爐等。
　　結束程序：END
4 結語
　　電子束焊接機應用PLC控製，並結合PC機的通信技術，設備功能齊全，工作可靠，操作簡單。PLC同時還能對工作台運動進行控製，使工作台驅動係統結構簡單，控製方便。經過電子束焊機的運行，結果表明PLC控製電子束焊機的硬、軟件安全可靠，提高了電子束焊機的自動化水平。
參考文獻
　　1. 葉漢民. 電子束技術及應用簡介. 適用技術市場.2000.1
　　2. 葉漢民. 真空電子束焊機中的PLC控製技術.真空,2000,3