水泥涵管因强度高、抗压性好，又耐腐蚀、不易渗漏、生产成本低而被广泛应用于基础设施建设和市政建设。影响水泥管道制品的性能和质量的因素，除水泥本身外，很大程度取决于内衬钢筋骨架的质量。
1问题的提出
滚焊机是砼制品行业的专用机械设备。目前我国在生产实际使用的滚焊机，一部分完全靠手工操作，生产效率低，产品质量没有稳定保证；一部分采用单片机控制，实现自动变径生产，提高了生产效率，满足多品种、多规格的产品需求，但是在保证螺距精度中仍然靠手工或机械传动调节。电机调速采用电磁调速，存在螺距误差大、滚焊速度和螺距无法随意调节、焊点无法跟踪等问题，仍然未从根本上保障产品质量的稳定。
滚焊机螺距自动调节代替手工操作是水泥制品行业技术进步的必然要求，本文介绍采用可编程序控制器(PLC)和交流电机变频调速技术，实现了螺距自动调节，提高了滚焊机的自动化控制水平。
2自动加工系统的结构及原理
采用PLC和交流电机变频调速技术的自动加工系统主要由主机控制和变频器行走控制及焊接控制电路两部分组成，图1所示为滚焊机自动控制系统的逻辑功能框图。
图1自动控制系统功能逻辑框图
2.1系统的组成
滚焊机计算机及变频自动控制系统主要由以下5个部分组成。
1）人机界面
它是控制系统运行的操作平台，主要显示工艺参数、操作指令、程序运行监控和报警等信息。
2）可编程序控制器
PLC作为系统的控制机用来完成加工中的螺距自动计算和大、小车电机转速匹配的计算以及各种工艺参数的输入、修改、故障诊断处理、异常报警等，完成在加工中焊点的检测和追踪。其特点是操作方便、通信监控容易，保证了产品的精度、质量和系统运行安全。
3）变频器
选用专用磁通矢量控制、恒转矩输出型变频器（INV）作为花盘与小车电机的驱动器。
4）焊接控制电路
主要完成焊接信号的检测与传输、执行PLC发出的工作指令。
5）通讯接口
采用MODBUS总线通讯方式，用RS485、RS232通讯接口来获取所有的实时数据和告警信息。
2.2系统工作原理
1）主机控制和变频器行走控制
系统根据工艺要求输入螺距宽度和主车花盘的给定转速，通过计算机自动计算控制螺距小车所行走的距离，并同设定的螺距值进行比较，产生纠偏控制量，经D/F数频变换后输出给小车变频器，自动保证螺距的尺寸不变。当主车花盘转速发生变化时，控制系统发出信号，控制小车的速度随之变化，使设定的螺距值保持不变；当加工工件接近预设的长度时，控制变频器输出减小，电机开始减速，达到要求尺寸时发出停机信号并报警，通知加工结束。
2）焊接控制
焊接电路通过安装在大盘后的焊接传感器对焊点进行检测、跟踪，PLC根据接收数据（脉冲计数、转速变化等）信息准确计算，采用脉宽调制控制触发双向可控硅，对焊接电路进行自动控制，实现间断通电，保证各焊点精确焊接，并通过控制软件对设定的过载参数进行过载保护，确保焊接质量。
3加工状态控制方式
为满足不同产品生产的需要，系统设有4种加工状态控制方式。
1)自动加工状态选择自动加工状态时，系统可根据预设定的螺距长度自动完成加工运算和焊接控制，花盘与小车的运行由PLC控制软件自动识别计算而相互匹配。
花盘转速人为变化时，小车行走的速度将跟随变化，保证加工的螺距长度不变。为防止误操作，在运行过程中工艺参数的改变无效，只有在停机状态下修改有效。该状态在大批量生产单一产品情况时十分有效。
2)调整加工状态选择调整加工状态时，花盘与小车的运行由各自的外部按键控制，运行频率由外部端子给定。该状态使用户可根据实际需要随意控制花盘与小车的位置，完成上、下料，主车正、反转，手动点焊及检修操作等。该状态适用于多品种、多规格产品的生产。
3)手动加工状态选择该状态时，花盘与小车的运行相互独立，运行频率由各自的外部端子调节，调节花盘与小车的运行频率可改变加工螺距的宽度。该状态可满足用户对特殊加工的需要。
4)特殊加工状态本系统还提供了两种焊接方式以及特型加工方式可供选择：①连续焊接方式，即对每一个焊接点都进行检测并焊接；②间隔焊接方式，对每一个焊接点都进行检测，根据需要按设定的焊接间隔点数对所需要焊接的焊点进行焊接；③特型加工，除了正常的直线加工之外，系统还可以对工件进行各种角度的锥度加工，以满足特型加工要求。
4系统软件
滚焊机计算机自动加工系统软件体系分为PWS图形界面、PLC运算控制程序、INV运行参数和故障诊断及自我保护四部分。软件运行于系统的各个硬件平台上，并通过系统通讯软件和通讯接口，彼此互为配合、互为协调，交换各种数据及管理、控制信息，来完成整个系统的各种功能。软件系统的基本流程见图2。
图2软件系统的基本流程
4.1图形界面
PWS图形界面采用了Windows风格的画面，具有简洁、清晰且完全汉化的特点，具有显示、设置、控制、告警和帮助等功能。
4.2PLC运算控制程序
PLC运算控制程序是本系统软件的主体，也是系统运行的核心部分，主要由以下几部分组成。
1)自动运算程序自动采集运行参数(螺距宽度、工件长度、大车转速、锥度角等)，自动进行螺距加工、大小车转速匹配、锥度加工的运算，并将运算结果送至运行程序。
2)运行程序包括自动运行、手动运行和调整运行程序，采集系统参数及加工参数，根据实际工艺要求发出控制指令，控制系统运转，此部分程序是整个软件体系的重点部分。
3)焊接控制程序检测传感信号，焊点自动追踪，控制焊接电路的动作(手动点焊、连续焊接)，调节焊接电流大小，满足生产工艺要求。
4)报警程序采集各个设备的故障检测信号，发出告警信息，将故障信息在人机界面中显示出来，同时自动保护。
5)通讯程序实现各设备、器件之间的数据传输、信号传递等。
4.3INV参数
变频器INV的功能参数包括用户参数，基本参数，操作方式参数和输入、输出功能参数等多个参数群，用户可根据实际工艺要求设定参数值。
4.4故障诊断及保护
本系统有较完善的自我诊断和保护功能，在系统的各个阶层（PLC及INV）进行实时故障诊断，将告警信息及故障信息通过通讯方式在人机界面中显示，并提示相应的故障处理方法。
报警形式可分为告警性报警和故障性报警，必要时辅以声光报警，操作者可根据情况处理。系统可检测到的报警包括有系统执行时间逾时、不合法指令、过电压、过电流、低电压和外部异常中断等。
5结论
采用上述系统对HG型排水管滚焊机进行技术改造，经实际使用证明其具有以下优点。
1)可靠性高系统采用人机界面(PWS)、可编程控制器和恒转矩变频器等比较先进的控制设备作为系统的主体，采用了模块化的焊接控制电路及焊接自动检测、追踪程序，并用通讯方式实现数据传输，保证了系统极高的可靠性。
2)自动化程度高采用PLC作为系统运算、控制的中心，实现螺距加工自动运算和全自动控制加工过程，通过选择不同加工状态控制方式，可加工多种规格及特殊规格的产品，加工中只需重新设置相应的加工参数即可，且加工精度高、产品一致性好。
3)操作安全简便采用液晶屏全汉化人机界面，以人机对话的方式进行参数设置、运行控制，对发生的故障进行监视、报警、分析、显示故障代码、分析故障原因、提示处理方法，操作安全、直观、简便，彻底改变以往手动加工中眼观手调的控制方式，降低劳动强度，提高了劳动生产率。
4)维修方便以往用交流接触器和中间继电器等传统的执行电器，控制电路复杂、故障率较高、维修保养难度大，本系统运用PLC，采用通讯方式实现电气控制，线路简单、故障率低，易维修保养。
5)节能效果好通过焊点跟踪、脉宽调制触发焊接方式，变频调速优化电机功率输出，节能达35%以上。
1问题的提出
滚焊机是砼制品行业的专用机械设备。目前我国在生产实际使用的滚焊机，一部分完全靠手工操作，生产效率低，产品质量没有稳定保证；一部分采用单片机控制，实现自动变径生产，提高了生产效率，满足多品种、多规格的产品需求，但是在保证螺距精度中仍然靠手工或机械传动调节。电机调速采用电磁调速，存在螺距误差大、滚焊速度和螺距无法随意调节、焊点无法跟踪等问题，仍然未从根本上保障产品质量的稳定。
滚焊机螺距自动调节代替手工操作是水泥制品行业技术进步的必然要求，本文介绍采用可编程序控制器(PLC)和交流电机变频调速技术，实现了螺距自动调节，提高了滚焊机的自动化控制水平。
2自动加工系统的结构及原理
采用PLC和交流电机变频调速技术的自动加工系统主要由主机控制和变频器行走控制及焊接控制电路两部分组成，图1所示为滚焊机自动控制系统的逻辑功能框图。
图1自动控制系统功能逻辑框图
2.1系统的组成
滚焊机计算机及变频自动控制系统主要由以下5个部分组成。
1）人机界面
它是控制系统运行的操作平台，主要显示工艺参数、操作指令、程序运行监控和报警等信息。
2）可编程序控制器
PLC作为系统的控制机用来完成加工中的螺距自动计算和大、小车电机转速匹配的计算以及各种工艺参数的输入、修改、故障诊断处理、异常报警等，完成在加工中焊点的检测和追踪。其特点是操作方便、通信监控容易，保证了产品的精度、质量和系统运行安全。
3）变频器
选用专用磁通矢量控制、恒转矩输出型变频器（INV）作为花盘与小车电机的驱动器。
4）焊接控制电路
主要完成焊接信号的检测与传输、执行PLC发出的工作指令。
5）通讯接口
采用MODBUS总线通讯方式，用RS485、RS232通讯接口来获取所有的实时数据和告警信息。
2.2系统工作原理
1）主机控制和变频器行走控制
系统根据工艺要求输入螺距宽度和主车花盘的给定转速，通过计算机自动计算控制螺距小车所行走的距离，并同设定的螺距值进行比较，产生纠偏控制量，经D/F数频变换后输出给小车变频器，自动保证螺距的尺寸不变。当主车花盘转速发生变化时，控制系统发出信号，控制小车的速度随之变化，使设定的螺距值保持不变；当加工工件接近预设的长度时，控制变频器输出减小，电机开始减速，达到要求尺寸时发出停机信号并报警，通知加工结束。
2）焊接控制
焊接电路通过安装在大盘后的焊接传感器对焊点进行检测、跟踪，PLC根据接收数据（脉冲计数、转速变化等）信息准确计算，采用脉宽调制控制触发双向可控硅，对焊接电路进行自动控制，实现间断通电，保证各焊点精确焊接，并通过控制软件对设定的过载参数进行过载保护，确保焊接质量。
3加工状态控制方式
为满足不同产品生产的需要，系统设有4种加工状态控制方式。
1)自动加工状态选择自动加工状态时，系统可根据预设定的螺距长度自动完成加工运算和焊接控制，花盘与小车的运行由PLC控制软件自动识别计算而相互匹配。
花盘转速人为变化时，小车行走的速度将跟随变化，保证加工的螺距长度不变。为防止误操作，在运行过程中工艺参数的改变无效，只有在停机状态下修改有效。该状态在大批量生产单一产品情况时十分有效。
2)调整加工状态选择调整加工状态时，花盘与小车的运行由各自的外部按键控制，运行频率由外部端子给定。该状态使用户可根据实际需要随意控制花盘与小车的位置，完成上、下料，主车正、反转，手动点焊及检修操作等。该状态适用于多品种、多规格产品的生产。
3)手动加工状态选择该状态时，花盘与小车的运行相互独立，运行频率由各自的外部端子调节，调节花盘与小车的运行频率可改变加工螺距的宽度。该状态可满足用户对特殊加工的需要。
4)特殊加工状态本系统还提供了两种焊接方式以及特型加工方式可供选择：①连续焊接方式，即对每一个焊接点都进行检测并焊接；②间隔焊接方式，对每一个焊接点都进行检测，根据需要按设定的焊接间隔点数对所需要焊接的焊点进行焊接；③特型加工，除了正常的直线加工之外，系统还可以对工件进行各种角度的锥度加工，以满足特型加工要求。
4系统软件
滚焊机计算机自动加工系统软件体系分为PWS图形界面、PLC运算控制程序、INV运行参数和故障诊断及自我保护四部分。软件运行于系统的各个硬件平台上，并通过系统通讯软件和通讯接口，彼此互为配合、互为协调，交换各种数据及管理、控制信息，来完成整个系统的各种功能。软件系统的基本流程见图2。
图2软件系统的基本流程
4.1图形界面
PWS图形界面采用了Windows风格的画面，具有简洁、清晰且完全汉化的特点，具有显示、设置、控制、告警和帮助等功能。
4.2PLC运算控制程序
PLC运算控制程序是本系统软件的主体，也是系统运行的核心部分，主要由以下几部分组成。
1)自动运算程序自动采集运行参数(螺距宽度、工件长度、大车转速、锥度角等)，自动进行螺距加工、大小车转速匹配、锥度加工的运算，并将运算结果送至运行程序。
2)运行程序包括自动运行、手动运行和调整运行程序，采集系统参数及加工参数，根据实际工艺要求发出控制指令，控制系统运转，此部分程序是整个软件体系的重点部分。
3)焊接控制程序检测传感信号，焊点自动追踪，控制焊接电路的动作(手动点焊、连续焊接)，调节焊接电流大小，满足生产工艺要求。
4)报警程序采集各个设备的故障检测信号，发出告警信息，将故障信息在人机界面中显示出来，同时自动保护。
5)通讯程序实现各设备、器件之间的数据传输、信号传递等。
4.3INV参数
变频器INV的功能参数包括用户参数，基本参数，操作方式参数和输入、输出功能参数等多个参数群，用户可根据实际工艺要求设定参数值。
4.4故障诊断及保护
本系统有较完善的自我诊断和保护功能，在系统的各个阶层（PLC及INV）进行实时故障诊断，将告警信息及故障信息通过通讯方式在人机界面中显示，并提示相应的故障处理方法。
报警形式可分为告警性报警和故障性报警，必要时辅以声光报警，操作者可根据情况处理。系统可检测到的报警包括有系统执行时间逾时、不合法指令、过电压、过电流、低电压和外部异常中断等。
5结论
采用上述系统对HG型排水管滚焊机进行技术改造，经实际使用证明其具有以下优点。
1)可靠性高系统采用人机界面(PWS)、可编程控制器和恒转矩变频器等比较先进的控制设备作为系统的主体，采用了模块化的焊接控制电路及焊接自动检测、追踪程序，并用通讯方式实现数据传输，保证了系统极高的可靠性。
2)自动化程度高采用PLC作为系统运算、控制的中心，实现螺距加工自动运算和全自动控制加工过程，通过选择不同加工状态控制方式，可加工多种规格及特殊规格的产品，加工中只需重新设置相应的加工参数即可，且加工精度高、产品一致性好。
3)操作安全简便采用液晶屏全汉化人机界面，以人机对话的方式进行参数设置、运行控制，对发生的故障进行监视、报警、分析、显示故障代码、分析故障原因、提示处理方法，操作安全、直观、简便，彻底改变以往手动加工中眼观手调的控制方式，降低劳动强度，提高了劳动生产率。
4)维修方便以往用交流接触器和中间继电器等传统的执行电器，控制电路复杂、故障率较高、维修保养难度大，本系统运用PLC，采用通讯方式实现电气控制，线路简单、故障率低，易维修保养。
5)节能效果好通过焊点跟踪、脉宽调制触发焊接方式，变频调速优化电机功率输出，节能达35%以上。
