小型移動式鋼軌氣壓焊控制系統改進

吳發杰，駱德陽，呂其兵

(西南交通大學 焊接研究所，四川 成都 610031)

小型移動式鋼軌氣壓焊控制系統改進

吳發杰，駱德陽，呂其兵

(西南交通大學 焊接研究所，四川 成都 610031)

原移動式鋼軌氣壓焊控制系統是以PLC為核心，通過4臺直流減速電機進行控制的，由電機1的正反轉來控制壓力的大小，電機2的正反轉來控制頂鍛液壓缸往返動作，電機3的正反轉來控制推瘤液壓缸往返動作，電機4則是控制加熱器的擺動。但是原系統采用DDM表進行數據采集和顯示，抗干擾能力差，經常出現死機的現象；采用調壓電機帶動錐形閥閥體旋轉控制壓力，旋轉時響應速度慢、精度低，有時會出現失控狀態。針對原移動式鋼軌氣壓焊控制系統存在的一些問題，采用觸摸屏代替DDM表、換向閥和比例溢流閥代替直流電機拖動，使得可靠性明顯提高，響應速度加快，具有廣泛應用前景。

氣壓焊；觸摸屏；比例溢流閥

0 前言

鐵路無縫線路具有可延長鋼軌使用壽命，降低線路養護費用，減少行車阻力和對車輛損害，有利于行車平穩等優點，大大提高了鐵路運營質量和運行可靠性。目前，國內鋼軌現場焊接主要采用小型移動式鋼軌氣壓焊和移動式閃光焊兩種。由于移動式閃光焊體積大、成本高，而小型移動式氣壓焊體積小、成本低，所以小型移動式鋼軌氣壓焊應用較為廣泛。但目前使用的小型移動式氣壓焊仍然存在一些問題：(1)移動式鋼軌氣壓焊采用DDM表進行數據采集、顯示和參數設置，DDM表在野外現場焊接過程中的抗干擾能力差，經常會使焊接突然中斷，不但影響焊接質量，同時也增加了工人的勞動量，影響生產效率；(2)移動式鋼軌氣壓焊采用電機帶動加熱器進行擺動加熱，換向時響應速度慢，控制精度低。而壓力控制也是通過電機帶動閥體旋轉，控制旋轉開合的大小進行調節，同樣旋轉時響應慢，精度低，有時會出現失控狀態。

基于上述問題，擬采用觸摸屏代替DDM表，換向閥和比例溢流閥代替電機拖動閥體，解決了小型移動式鋼軌氣壓焊存在的上述問題。

1 系統硬件的改進

1.1 壓力控制系統的改進

壓力控制系統原理如圖1所示，在可編程邏輯控制器(PLC)上增加了與PC和觸摸屏通信的接口；采用比例溢流閥和電磁換向閥代替電機拖動閥體動作，增加了控制放大板對比例溢流閥進行控制，從而控制了系統壓力，并且壓力的變化可以從觸摸屏上直觀顯示出來。

圖1 壓力控制系統結構Fig.1 Frame of pressure control system

本系統壓力控制采用的是閉環控制。由于開環控制系統的精度較低，無級調節系統輸入量可以無級調節系統輸出量，如力、速度和加速度等。這種控制系統的結構簡單，系統的輸出端和輸入端不存在反饋回路，系統輸出量對系統輸入控制作用沒有影響，沒有自動糾正偏差的能力，其控制精度主要取決于關鍵元器件的特性和系統調整精度，所以只能應用在精度要求不高，并且不存在內外干擾的場合。閉環控制系統即反饋控制系統的優點是對內部和外部干擾不敏感，系統工作原理是反饋控制原理或按偏差調整原理[1]。其原理如圖2所示，可編程控制器通過內部指令與反饋的信息進行比較，輸出電流信號，經放大后，控制比例閥動作，從而控制液壓缸往復活動，進而控制被控對象動作。

1.2 監控系統的改進

監控系統結構如圖3所示，通過可編程控制器PLC與觸摸屏的通信，壓力傳感器傳回壓力和氣體流量的大小、位移傳感器傳回的換算位移大小，并以曲線方式直觀地顯示在觸摸屏上，并且可以直接在觸摸屏上更改焊接參數。與以往在PLC程序中更改參數相比更為方便。而加熱器擺動速度的大小和位移是通過對擺火電機控制板上的調節電阻和電機支架上調節螺旋進行調節的。

圖3 監控系統結構Fig.3 Frame of monitor and control system

2 系統軟件的改進

在新系統中，由于采用換向閥和比例溢流閥代替電機拖動閥體，因此，必須對PLC程序進行重新編寫，使之與新的硬件系統相匹配，將對電機的控制轉變為對閥體的控制。

采用GT Designer2編寫觸摸屏程序，使PLC與觸摸屏進行通信，使得氧氣流量、乙炔流量、壓力、位移等焊接參數清楚直觀地顯示在顯示器上，并可直接在顯示器上更改焊接參數的設置，操作更加簡便快捷。觸摸屏的顯示界面如圖4所示。

3 結論

設計了基于PLC和觸摸屏的氣壓焊接控制系統，完成了系統中軟件、硬件以及人機界面的設計改進，通過可編程控制器(PLC)和觸摸屏的結合，克服了DDM表抗干擾能力差、可靠性低、故障率高等缺點，解決了原控制系統存在的問題，具有良好的應用前景。

[1]文 峰，戴 虹，呂其兵.鋼軌小型氣壓焊機氣流智能控制系統研究[J].電焊機，2001，31(2)：31-33.

[2]牛險峰.比例閥的應用[J].重型機械科技，2004(1)：51-53.

Transformation of traveling gas pressure welding control system

WU Fa-jie，LUO De-yang，LV Qi-bing
(Southwest Jiaotong Univercity，Welding Research Institute，Chengdu 610031，China)

In the original control system，which based on PLC，there was 4 DC deceleration electric motors：the first electric motor is used to control the pressure of hydraulic system，the second controls the reciprocation of hydraulic cylinder for forging，the third controls the reciprocation of hydraulic cylinder for eliminating weld bead，the fourth controls the swing of heater.DDM(Digital display and memory instrument)is used for data acquisition and display，whose anti-interference capability is poor，and sometimes make the control system crash.The pressure of system is regulated through conical valve rotation，which is drived by a electromotor，but the respond speed of rotation was poor,and sometimes it is out of control.For these problems mentioned above，the new control system takes touch-screen instead of DDM，valve and proportional relief valve instead of electrical motors.This new system is in good reliability，in faster respond speed,being with better prospect.

gas pressure welding；touch-screen；proportional relief valve

TU391

B

1001-2303(2010)01-0090-03

2008-11-27；

2009-05-15

吳發杰(1981—)，男，山東煙臺人，碩士，主要從事材料加工工程的研究。