三菱FX-PLC在电子束焊机中的应用

摘  要：根据电子束焊机的控制系统的要求，提出用三菱公司的FX系列的可编程逻辑控制器对电子束焊机进行数字量控制和模拟量控制。结合电子束焊机焊接工艺需要，分别对控制软件的作用和软件构成进行了说明。
关键词：PLC 电子束焊机（EBW） 控制
1 概论
　　电子束焊接机是高能束技术在焊接设备中。由于电子束焊接具有焊缝成形好，不用焊条，效率高，不易氧化等优点而成功地广泛地应用于原子能、国防、汽车、航空航天、电工仪表、冶金等工业领域，并随当今计算机技术及其它新技术的推广应用更进一步加速了电子束焊接技术的工业应用[1]。电子束焊机技术复杂，主要涉及的专业技术有电子光学、电磁场理论、计算机及其控制技术、自动化技术、真空技术、精密制造技术、高电压工程等多种学科的综合应用。电子束焊机控制系统复杂，既有数字量控制，也有模拟量控制，同时还要对一些参数进行实时控制。三菱公司生产的FX系列可编程控制器的功能较好地满足了其控制系统的要求[2]，较好地实现了PLC对电子束焊机的整机控制。
2 电子束焊机控制系统的组成
　　2.1 电子束焊机的工作过程
　　电子束焊接机的工作过程是真空系统完成对电子枪和焊接室的抽真空任务后（此时电子枪及焊接室的真空度满足工作要求），分别加上聚焦电源和偏压电源，聚焦电源为电子枪建立聚焦磁场，偏压电源控制和调节电子束流的大小。打开闸阀，加上阴极电源后合上高压，至此焊接机处于等待焊接状态，如果工件及工作台位置准备好，按下焊接按钮设备开始下束，通过调节电子束流给定和工作台速度大小来实现对焊接线能量的调整，以满足焊接工艺的要求，如果需要对电子束进行“搅拌”焊接可以加上扫描电源，电子束被扫描成圆、椭圆、半圆等多种图形以实现“搅拌”焊接的作用。零件焊接完成后，按下充气按扭打开焊接室拿出零件，第一次焊接任务完成。如果要继续焊接其它零件，重复以上过程。焊接室及电子枪的抽真空可以用手动或者自动程序完成，手动程序时人工控制有关泵及阀的操作，各种操作状态由人工管理。自动程序则由PLC按照程序要求自动管理有关泵及阀门的开启、真空状态、联锁条件等，自动完成设备的抽真空任务，使之满足设备需要的真空度。在抽气及焊接过程中，如果联锁条件不满足或者水、气等故障，PLC则自动判断工作状态，使设备恢复到有关的状态，或者发出故障指示供操作人员调整。
　　2.2 控制系统组成
　　控制系统组成的原理图如图1所示，整机以PLC为核心分别对设备各控制系统进行模拟和数字控制，PLC为三菱公司生产的FX2N-128MT可编程的逻辑控制器，实现对设备的各种逻辑控制。A/D、D/A单元亦为该公司的特殊模块，实现工作台运动速度给定的A/D转换和高压、束流的D/A转换，通过PLC的逻辑运算输出模拟量来控制高压、束流的给定。各控制系统的原理如下。  
　　高压控制系统：高压控制系统由PID调节器、高压电源、反馈环节、功率放大等组成，PLC经内部运算和D/A转换输出模拟信号给PID调节器，PID调节器在反馈环节的闭环控制作用下控制高压电源的高压输出，以实现高压的稳定和调节以及对高压的联锁控制。高压控制系统的主要功能有高压的梯度上升和下降、焊接过程中的高压打火保护、急停、故障显示等。
　　束流控制系统：束流控制系统由PID调节器、偏压电源、反馈环节、功率放大等组成。PLC经内部运算和D/A转换输出模拟信号给PID调节器，PID调节器在反馈环节的闭环控制作用下控制偏压电源的偏压输出，以实现对电子束流的稳定和调节以及对焊接工艺控制。束流控制系统的主要功能有束流的梯度上升和下降、束流的大小调节、焊接过程中的工艺控制、急停、故障显示等。
　　聚焦控制系统：聚焦控制系统由聚焦电源、聚焦线圈及PLC的控制指令组成，PLC管理聚焦电源的开启及与其他控制系统的联锁，保证设备处于聚焦状态。
　　阴极加热电流控制系统：阴极加热电流控制系统控制阴极加热电流的大小，保证电子枪的阴极能发射出足够的电子数目。PLC控制阴极电源的开启和阴极与高压、真空、闸阀等的联锁。
　　真空及阀门控制系统：真空及阀门控制系统保证设备具有正常的真空工作环境，主要由各种真空泵、阀门等组成。PLC对真空系统的控制分为手动和自动两种功能，手动时PLC根据输入条件判断阀门、泵的正常状态，阀门、泵的开启由人工控制，其开关动作还是由PLC完成。自动时PLC根据程序要求自动完成对设备的抽真空任务，泵、阀门、真空度的状态判断和联锁条件均通过PLC软件来实现。