plc的水壶焊接设备设计
日 期： 【摘要】本次课题是关于水壶焊接设备的设计，它使用了西门子S7-300PLC，通过PLC实现对于设备的控制。本课题设计的设备被用于自动化生产线上，实现最后一步焊接，将产品的上下盖通过热板焊接组装在一起。本课题大大减少了劳动力的使用量，使生产标准化，增加生产效率。设备在设计之初需要考虑到方便设备的调试与部分其他要求，增加自动和手动模式的切换。本文介绍了设备的机械结构，工作原理与流程，使用PLC对于设备中不同元件的控制，使得设备更好设计程序以及制作，可以通过PLC使得设备实现不同程度的运动，而且会在后期的改装以及优化中提供很大的便利。
目录
引言 1
一、机器概述 2
（一）主要参数 2
（二）水壶焊接设备的组成 3
（三）热板焊接工作原理 4
（四）左右合模机构 5
二、电气控制系统 7
（一）主要电气元件 7
（二）电箱分布 8
（三）气动控制中心 10
三、PLC的应用 10
（一）PLC控制部分 10
（二）控制系统软硬件设计 12
四、HMI操作 16
（一）主界面 16
（二）自动模式界面 16
（三）手动模式 18
（四）产品选型界面 19
（五）生产记录界面 22
（六）I/0监控界面 22
五、故障报警界面 22
六、操作流程 25
（一）开机步骤 25
（二）关机步骤 25
总结 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
引言
现代工业中正在发展可替代金属部件在汽车上的应用，为了减轻汽车的重量，减少燃油的消耗以及尾气的排放，但不能影响汽车的安全系数，经过对于材料的研究，应用高强度混合塑料来实现应要达到的要求，除了材料上的应用，还需要在工艺上来保证产品的强度，在工艺方面有很多种，各种焊接方式在
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不同的产品上有不同的优势，热板焊接在焊接行业中应用及其广泛，热板焊接简单，而且可以保证焊接强度，本台设备的产品比较大，焊接面是平面，热板焊接在其上的应用优势很大，此台设备应用PLC使得设备实现自动化以及标准化，降低产品生产的难度，提高产品的产量。
一、机器概述
本设备是特别为劳士领汽车配件（昆山）有限公司订制的MMC SCR TANK上下盖焊接机（如图11）。本设备属于热板焊接机，把产品的上盖与下盖通过热板焊接组装在一起，并且保证焊接强度达到1.8bar强度。
图11 上下盖水壶焊接机
（一）主要参数
1、工作环境要求常温环境温度：0℃38℃;
2、空气相对湿度：不大于90% 湿度：MAX 90%；
3、海拔高度：1500米以下；
4、无爆炸危险介质，无腐蚀气体及导电尘埃等；
5、工作参数设置：
6、压缩空气：56bar；
7、电压：380VAC±10%；
8、频率：50HZ
9、相数：三相；
10、设备功率≤10KW；
（二）水壶焊接设备的组成
本台热板焊接设备主要由以下部分组成（如图12、图13）：
1、机架
采用方钢方通焊接而成，用以承载和安装其他机件。下部可以用铲车搬运，便于运输安装，下部安装有减震地脚，用于减震及水平调整。上部四角安装有吊环，方便吊装。
2、机器保护罩
由铝型材及钣金件喷塑后包覆在机架上，一方面使工作人员与机器隔开，保护工作人员的人身安全，另一方面也使机器更加美观；在机器上设置维修门（机器后侧调试维修门），使维修人员方便进行维修操作。
3、左右合模机构
人工将上下盖放在左右合模机构上，伺服电机驱动热烫和焊接过程。采用整体换模机构，生产不同产品时，安装及调试方便、快捷、相对位置精度高。
4、热板移动机构
热板前后运动：动力系统由伺服电机驱动，带动热板到热烫位置或退回。热板角度调节机构：伺服电机带动热板旋转，以调节热板竖直方向的角度。
5、气动系统
由气源、管道、气阀、气缸等组成。主要用于在焊接过程中完成加压、保压等压力工作需要。气源进气位于机器左侧下方位置，在气源处理器前放置总气源开关，方便操作。
6、电气控制系统
电气柜和HMI操作盒两大部分。电气柜位于机身左侧，电源进线位于机器顶盖板后侧。
7、机器四周安装钣金件（操作区除外）和设备维修门。
8、操作区防护门装有安全触边），当人体或物件压住安全触边时，机器将报警。
9、维修门上设置门安全开关，自动运行时，当门打开，机器将报警不能动作。
10、机器设置急停开关，机器发生意外，可拍下急停按钮，机器将停止动作。
11、设备设有360°旋转悬臂式触摸屏，配备有手动和自动的操作按钮在设备需要调试以及校准的时候采用手动调试的界面，便于操作与观看。
图12 设备主视图
图13 设备俯视图
（三）热板焊接工作原理
热塑性材料在加热元件加热下，分子达到熔融状态，两塑件在短时间内以一定压力下压合，相互间通过分子的运动，并经过一定时间的冷却后，两个塑件就会熔合为一体，并且达到一定的熔接强度，这样就实现了塑件的熔接功能。（如图14）。
图14 热板
（四）左右合模机构
1、动模移动机构
动模移动机构（如图15）有两个伺服电机驱使左右动模的移动，左右夹具放在台板上，在台板下面各有两根导轨滑块，伺服电机通过齿轮齿条传动使得台板在滑轨上面滑动，在移动极限位置都有一个电容传感器，通过伺服驱动器控制位移距离以及速度。
图15 动模移动机构
2、热板移动机构
热板移动机构（如图16）伺服电机驱动同步带，同步带带动热板机构前后移动，移动的导向是直线导轨，通过伺服驱动器的控制，控制热板移动的速度以及方向，位置的控制通过极限位置的传感器控制。
图16 热板移动机构
3、热板旋转机构
热板旋转机构（如图17），因为产品偏大且是塑料件，很容易会出现产品焊接面变形，而且为了焊接面的融化均匀，需要对于热板进行角度的调整，以到达良好的焊接效果，热板旋转机构可以对于热板进行角度的调整，在焊接时两边夹具对于热板进行挤压，这时可以使热板恰好处在上下盖的正中间，保证焊接面的融化均匀。
目录
引言 1
一、机器概述 2
（一）主要参数 2
（二）水壶焊接设备的组成 3
（三）热板焊接工作原理 4
（四）左右合模机构 5
二、电气控制系统 7
（一）主要电气元件 7
（二）电箱分布 8
（三）气动控制中心 10
三、PLC的应用 10
（一）PLC控制部分 10
（二）控制系统软硬件设计 12
四、HMI操作 16
（一）主界面 16
（二）自动模式界面 16
（三）手动模式 18
（四）产品选型界面 19
（五）生产记录界面 22
（六）I/0监控界面 22
五、故障报警界面 22
六、操作流程 25
（一）开机步骤 25
（二）关机步骤 25
总结 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
引言
现代工业中正在发展可替代金属部件在汽车上的应用，为了减轻汽车的重量，减少燃油的消耗以及尾气的排放，但不能影响汽车的安全系数，经过对于材料的研究，应用高强度混合塑料来实现应要达到的要求，除了材料上的应用，还需要在工艺上来保证产品的强度，在工艺方面有很多种，各种焊接方式在
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
不同的产品上有不同的优势，热板焊接在焊接行业中应用及其广泛，热板焊接简单，而且可以保证焊接强度，本台设备的产品比较大，焊接面是平面，热板焊接在其上的应用优势很大，此台设备应用PLC使得设备实现自动化以及标准化，降低产品生产的难度，提高产品的产量。
一、机器概述
本设备是特别为劳士领汽车配件（昆山）有限公司订制的MMC SCR TANK上下盖焊接机（如图11）。本设备属于热板焊接机，把产品的上盖与下盖通过热板焊接组装在一起，并且保证焊接强度达到1.8bar强度。
图11 上下盖水壶焊接机
（一）主要参数
1、工作环境要求常温环境温度：0℃38℃;
2、空气相对湿度：不大于90% 湿度：MAX 90%；
3、海拔高度：1500米以下；
4、无爆炸危险介质，无腐蚀气体及导电尘埃等；
5、工作参数设置：
6、压缩空气：56bar；
7、电压：380VAC±10%；
8、频率：50HZ
9、相数：三相；
10、设备功率≤10KW；
（二）水壶焊接设备的组成
本台热板焊接设备主要由以下部分组成（如图12、图13）：
1、机架
采用方钢方通焊接而成，用以承载和安装其他机件。下部可以用铲车搬运，便于运输安装，下部安装有减震地脚，用于减震及水平调整。上部四角安装有吊环，方便吊装。
2、机器保护罩
由铝型材及钣金件喷塑后包覆在机架上，一方面使工作人员与机器隔开，保护工作人员的人身安全，另一方面也使机器更加美观；在机器上设置维修门（机器后侧调试维修门），使维修人员方便进行维修操作。
3、左右合模机构
人工将上下盖放在左右合模机构上，伺服电机驱动热烫和焊接过程。采用整体换模机构，生产不同产品时，安装及调试方便、快捷、相对位置精度高。
4、热板移动机构
热板前后运动：动力系统由伺服电机驱动，带动热板到热烫位置或退回。热板角度调节机构：伺服电机带动热板旋转，以调节热板竖直方向的角度。
5、气动系统
由气源、管道、气阀、气缸等组成。主要用于在焊接过程中完成加压、保压等压力工作需要。气源进气位于机器左侧下方位置，在气源处理器前放置总气源开关，方便操作。
6、电气控制系统
电气柜和HMI操作盒两大部分。电气柜位于机身左侧，电源进线位于机器顶盖板后侧。
7、机器四周安装钣金件（操作区除外）和设备维修门。
8、操作区防护门装有安全触边），当人体或物件压住安全触边时，机器将报警。
9、维修门上设置门安全开关，自动运行时，当门打开，机器将报警不能动作。
10、机器设置急停开关，机器发生意外，可拍下急停按钮，机器将停止动作。
11、设备设有360°旋转悬臂式触摸屏，配备有手动和自动的操作按钮在设备需要调试以及校准的时候采用手动调试的界面，便于操作与观看。
图12 设备主视图
图13 设备俯视图
（三）热板焊接工作原理
热塑性材料在加热元件加热下，分子达到熔融状态，两塑件在短时间内以一定压力下压合，相互间通过分子的运动，并经过一定时间的冷却后，两个塑件就会熔合为一体，并且达到一定的熔接强度，这样就实现了塑件的熔接功能。（如图14）。
图14 热板
（四）左右合模机构
1、动模移动机构
动模移动机构（如图15）有两个伺服电机驱使左右动模的移动，左右夹具放在台板上，在台板下面各有两根导轨滑块，伺服电机通过齿轮齿条传动使得台板在滑轨上面滑动，在移动极限位置都有一个电容传感器，通过伺服驱动器控制位移距离以及速度。
图15 动模移动机构
2、热板移动机构
热板移动机构（如图16）伺服电机驱动同步带，同步带带动热板机构前后移动，移动的导向是直线导轨，通过伺服驱动器的控制，控制热板移动的速度以及方向，位置的控制通过极限位置的传感器控制。
图16 热板移动机构
3、热板旋转机构
热板旋转机构（如图17），因为产品偏大且是塑料件，很容易会出现产品焊接面变形，而且为了焊接面的融化均匀，需要对于热板进行角度的调整，以到达良好的焊接效果，热板旋转机构可以对于热板进行角度的调整，在焊接时两边夹具对于热板进行挤压，这时可以使热板恰好处在上下盖的正中间，保证焊接面的融化均匀。
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