搭接电阻焊机控制系统智能化改造措施

孙林林 戴宏伟

摘 要：对柳钢冷轧厂搭接电阻焊机目前存在的问题进行了阐述，对焊接控制原理及目前控制系统进行了分析，提出整改措施，实现焊机更加智能化控制。

关键词：搭接焊机；控制系统；改进；智能控制

1 前言

柳钢冷轧厂重卷机组为了实现连续生产，选用武汉凯奇搭接电阻焊机作为焊接设备，它的主要作用是将前卷带钢的带尾与后卷带钢的带头以一定的搭接量搭接在一起，通过焊接轮加以适当的电流将其焊接在一起。该设备已使用10年之久，设备大故障频发，随着冷轧厂产能的不断提高，对焊接的质量和设备稳定可靠的要求也越来高，急需进行智能化升级改造， 以便能更好地实现焊机的安全、高效、稳定运行， 给企业创造良好的效益。

2搭接焊机控制系统现状、焊接原理

2.1焊机控制系统主要由S7-200 西门子PLC程序控制系统、Medweld T2200焊接控制系统、西门子M440变频调速控制系统、执行驱动系统等构成。其中程序控制系统是整个电气系统的核心部份，焊接工作方式和工作流程均由程序控制器进行控制，其系统组成框图如图所示。

2.2 搭接电阻焊机通过将前后两钢卷的头尾以一定的搭接量搭接在一起，再通过焊接轮加以适当的电流，在材料自身的电阻、材料间及材料与电极间接触部分的集中电阻上产生热量，最终熔化而焊接起来。根据焦耳定律，焊接接头产生的热量用公式（1）表示。

Q=0.24I2Rt （1）

式中：在R（电阻）一定的条件下，Q（热量）与I2（电流的平方）成正比。在电流I一定的条件下，与发热体的电阻R 成正比。在焊接过程中，I、R、t 均为可调参数，I 的大小可直接在焊接控制器中设置（改变晶闸管的导通角即可实现），并有电流补偿功能；改变电极压力即可改变R的阻值（压力加大则R 减小；压力减小则R 增大）， 通过改变焊接速度来控制通电时间t（宽度一定的带钢，焊接越快，通電时间越短）。

3 全自动化控制改进措施

3.1 替换目前S7 200plc控制器。

目前使用的S7 200plc控制器扩展性差，最多安装8个模块，使其无法在监控更多的数据。同时，与生产线主PLC设备组网进行信息交换困难，效率低下。内部线路不用变动，在原有的基础上进行对接信号即可，只需将原来的控制程序进行转化，将各个接口重新按照新的定义进行控制。

3.2 增加焊轮压力自动调节、搭接量自动调节、速度自动选择调节控制功能。

根据搭接焊机的控制原理可知，焊接时的压力，带钢的搭接量，焊接的速度可直接影响焊缝的焊接的质量。搭接焊机控制系统可接收线上钢卷数据，根据钢卷的钢种、厚度和宽度进行自动选择焊接参数。在焊缝检测系统的评估下，给出焊缝质量的好坏，避免操作人员人工调节工艺参数造成质量波动，也使操作人员每次使用锤击带钢的方法检测焊缝质量的好坏。

3.3取消液压泵站控制，降低耗能，降低设备故障。

搭接焊机液压站目前属于独立液压系统，由于液压油箱体积小，若焊机多次重焊厚带钢，极易造成油温过高，损坏液压泵体或液压电机，更换电机最快也要2小时左右，对生产影响严重。因此，取消独自液压系统，使用机组生产线液压系统，既降低了设备故障率，又降低了电耗，为机组赢得了宝贵的生产时间。

3.4 使用可靠的威纶触摸屏替换TD220

目前使用的TD220属于文本编辑器，虽然价格稍便宜，但文本编辑器按键，长期使用后，容易出现脱层、按键不灵敏的故障现象，着实困扰操作人员，影响操作效率，操作人员意见很大。现已开发出新的触摸屏控制界面，并在我厂某重卷线上试验使用，操作人员使用反应非常好，画面清晰友好、操作设置准备灵敏，未出现任何故障。

3.5 带钢带头带尾定位控制系统

目前焊机带头带尾定位都是靠生产线来控制的，控制精度较差，大部分需要人工辅助定位，效率慢，还存在安全隐患。带头带尾控制系统主要在焊机入口和出口增加夹送辊，通过夹送辊上安装的DP绝对值编码器进行精确定位，将定位误差控制在毫米级别。

3.6 焊机介质流量压力温度监控系统

焊机主要使用冷却水、压缩空气和液压等介质，介质的好坏直接会决定焊机能否正常可靠工作。若冷却水的温度高，会造成焊接变压器和内部晶闸管散热不良，甚至直接损坏，修复的难度超出维修人员的想象，会造成长时间停机。冷却水的电导率超高，同样存在故障隐患，会使可控硅两侧存在导通的危险，造成变压器空载电流急剧增大，导致断路器快速跳闸，变压器的声音会明显变大，并且还伴有震动现象；压缩空气或液压系统压力不稳定也会造成控制异常。因此，加强对焊机介质的监控和报警，并联锁保护，对保证焊机的正常运行，非常重要。

3.7 焊接变压器接地检测以及绝缘监测系统

造成焊机接地报警的主要原因有焊机冷却水管漏水、油管漏油，油水夹杂铁屑流到焊轮与框架接头处，造成焊轮与框架短路；操作人员修磨焊轮时使铜屑掉在焊轮与框架连接处造成短路；焊机剪切过程中产生的带钢边丝或废料搭接在导流母排与焊机底座处造成短路等。若焊机接地检测失败，焊接时会导致一部分电流从其他路径漏掉，影响焊缝焊接质量，甚至造成设备损坏。基于其重要性，需要对其整个焊接系统进行接地检测监控，在焊机进行焊接前判断绝缘是否良好。

3.8 焊机故障自我检测判断系统

焊机根据每次焊接带钢时采集各种参数，并记录保存，进行数据分析处理，对焊机目前的运行状况进行评估，对于焊机的日常维护，进行周期提醒和进行，达到焊机系统自我诊断的目的。

4 预计改造后效果

4.1 更加符合现在制造业信息化和智能化要求，更加容易与其他数据网络进行连接，进行数据的采集和设备控制。

4.2 提高焊机焊缝的质量和稳定性和提高机组生产效率，降低操作人员劳动强度。

4.3 焊机设备安全联锁保护和故障报警监控更加完善，为电气维护人员维护也提供了数据支持。

4.4 可减少1人单独操作焊机，方便进行人力资源的优化配置。

5 结语

通过长期搭接焊机的使用维护经验积累，我们总结了焊机改进的方向和措施，为今后的工作提出了更高的目标，也为保养维护拓宽了思路。焊机自动化和智能化程度不断提高，使焊接更加稳定、高效，故障时间明显降低，对降低操作人员劳动强度改善工作环境、优化人力资源有着重要意义。

参考文献：

[1] 李九岭.带钢连续热镀锌（第2版）.北京：冶金工业出版社，1995

[2] 李良，侯健. 焊机控制系统的设计[C]. 北京：中国科技财富，2009.9

作者简介：

孙林林（1985-），男，河北衡水，本科，工程师，主要负责酸洗区域、焊机的电气设备管理。

戴宏伟（1986-），男，湖南常德人，本科，助理工程师，主要负责连轧机区域的电气设备管理。