摘  要：應用觸摸式液晶屏即人機介麵，直接輸入焊接參數，顯示參數、曆史趨勢曲線
，控製工程現場軌道接軌焊接。

　　關鍵詞：軌道 頂鍛  現場  自動化

　　1  引言

　　鐵路和軌道交通的路軌是在工程現場完成接軌焊接的
，最終使一般長50miduangangguitiaojinghanjiechengweichangjuwufengtiegui。xianchangwanchengjieguihanjieshiyongdeqiyahanjishuheshebei
，guoquershijinianyizhiyanyongshougongcaozuoleixingdeqiyahanshebei

，gongyihegongxujinchengwanquanpingshigongrenyuanjingyanheyanlipanding，dingduanyutuitugongbubulianguan，dingduanwanchenghoubixujiangyalixieshifangnengkaishituitu，qibiduanshicikegangguihanfengchuwendurengzai1200℃zuoyou，hanfengchujinshuyuanzizhengchuyuhuxiangkuosanerjinxingzaijiejingdesuxingzhuangtai，xieyatuitushibiyanzhongyingxiangzaijiejingxiaoguo
，jiangdihanjiezhiliang
，shaoyouyanchihanfengchuwendukuaisuxiajiang，youqidongjilishigonggengweimingxian，shenzhiwufatuituhuohanfengbeilakai，renweiyinsuduobingqienanyibaozhenghanjiecanshuyizhixing。

　　2 係統原理設計 

　　針對上述諸多問題，提出移動式小型氣壓軌道自動化焊機改造項目。整套設備采用模塊化設計，保壓推凸。由可編程序控製器（PLC）控製整個焊接過程
，氧氣和乙炔流量控製采用PID調節
，人機介麵完成參數設置，畫麵監控，USB口(kou)數(shu)據(ju)轉(zhuan)儲(chu)，作(zuo)業(ye)次(ci)數(shu)記(ji)錄(lu)打(da)印(yin)等(deng)。克(ke)服(fu)人(ren)為(wei)因(yin)素(su)與(yu)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)對(dui)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)的(de)影(ying)響(xiang)
，減(jian)少(shao)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)及(ji)勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)。保(bao)正(zheng)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)持(chi)續(xu)穩(wen)定(ding)。係(xi)統(tong)組(zu)成(cheng)如(ru)圖(tu)1所示。　　

圖1 係統組成

　　3  係統工藝設計

　　檢查氧氣和乙炔鋼瓶出口壓力是否在規定的範圍之內，在確認冷卻係統水管暢通條件下，按動自動控箱操作麵板上“啟動”按鈕之後
，以下各個工步將按照所設置的參數自動地執行下去；直到焊接結束包括打印報告數據轉儲在內一次性完成
，最後自動將機械複位

，為下次焊接作好準備。

　　3.1 係統啟動

　　按下啟動按鈕，PLC中係統控製區畫麵編號寄存器（SNIR）將人機切換到“工作狀態一覽表”畫麵，見圖2所示。油泵起動油壓從0 Mpa升到預頂壓強
，將兩段待焊鋼軌對嚴
，下一步自動地開啟兩個氣體質量流量控製器，點燃加熱器，擺火機構開始慢速　

圖2 主工藝畫麵

　　擺動，鋼軌焊接端麵在無汙染條件下加熱升溫，我們稱謂此為待頂工步，在此期間鋼瓶內氣體壓力有向低變化趨勢；加熱器本身溫度上升使火孔縮小，為此在氧氣和乙炔氣體質量流量的控製中應用了PID調節程序,使(shi)其(qi)加(jia)熱(re)功(gong)率(lv)大(da)，火(huo)焰(yan)穩(wen)定(ding)，熱(re)力(li)場(chang)分(fen)布(bu)合(he)理(li)，這(zhe)方(fang)麵(mian)手(shou)工(gong)操(cao)作(zuo)方(fang)式(shi)的(de)氣(qi)體(ti)控(kong)製(zhi)箱(xiang)是(shi)不(bu)能(neng)比(bi)擬(ni)的(de)。在(zai)此(ci)期(qi)間(jian)也(ye)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)自(zi)控(kong)箱(xiang)上(shang)的(de)微(wei)調(tiao)按(an)鈕(niu)隨(sui)時(shi)調(tiao)節(jie)氧(yang)氣(qi)乙(yi)炔(que)流(liu)量(liang)和(he)配(pei)比(bi)，使(shi)其(qi)加(jia)熱(re)火(huo)力(li)達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)狀(zhuang)態(tai)。

　　3.2 接軌焊接控製

　　軌道接軌焊接的工藝由頂鍛與推凸過程實現。PLC通tong過guo磁ci性xing標biao尺chi的de相xiang對dui位wei置zhi變bian化hua檢jian測ce到dao預yu頂ding鍛duan量liang達da到dao設she定ding值zhi時shi，自zi動dong將jiang係xi統tong壓ya力li降jiang到dao待dai頂ding壓ya力li值zhi
，加jia熱re器qi繼ji續xu加jia熱re，待dai加jia熱re時shi間jian到dao設she定ding值zhi後hou立li即ji進jin入ru頂ding鍛duan工gong步bu
，同tong時shi擺bai火huo速su度du加jia快kuai
，磁ci性xing標biao尺chi檢jian測ce到dao頂ding鍛duan量liang等deng於yu設she置zhi的de數shu值zhi時shi則ze關guan閉bi氧yang氣qi和he乙yi炔que閥fa門men，停ting止zhi擺bai火huo和he加jia熱re。保bao壓ya閥fa切qie換huan保bao壓ya位wei置zhi使shi壓ya機ji處chu保bao壓ya狀zhuang態tai不bu變bian
，爾er後hou推tui凸tu閥fa動dong切qie換huan到dao進jin刀dao位wei置zhi，係xi統tong油you壓ya上shang調tiao的de同tong時shi開kai始shi推tui凸tu操cao作zuo


，刀dao架jia前qian移yi趨qu動dong推tui刀dao除chu掉diao焊han瘤liu部bu分fen。PLC通過壓力傳感器判別推凸狀態，如果推凸壓力在增大趨勢時突然變小說明推凸結束。整個焊接周期五分鍾左右時間。

　　3.3 降溫保壓控製

　　推凸結束後推凸閥自動切換到推凸退刀位置，使其退刀到位後，高壓油泵壓力自動調節到0 Mpa，爾後油泵電動機停止工作。PLC中係統控製區畫麵編號寄存器（SNIR）將人機切換到“工作報告”畫麵並啟動打印程序，將其打印輸出（根據需要可以多次打印輸出）。次刻壓機仍然在保壓，直到焊口自然冷卻後方撤壓。

　　3.4 數據記錄

　　關於畫麵轉儲
，自動控製箱麵板上除了微型熱敏漢字打印機外
，還有一個USB接口（USB Host Ver1.1口用於接駁可移動U盤）,通過在人機畫麵放置一個按鈕,此按鈕屬性為：據取畫麵

，其功能將本畫麵上的全部內容以BMP格式存儲在可移動U盤上（人機編輯軟件Sersion 1.05.76版本有此功能，要求U盤格式化為FAT32）。這樣焊接工作數據報表和曆史趨勢曲線等資料十分方便地通過U盤轉儲到個人計算機上作為技術留檔

，為以後查閱分析總結打印提供原始數據，如圖3所示。 

 圖3 工藝數據記錄

　　4 自動化係統實現

　　4.1 電控係統

　　（1）人機界麵：人機介麵型號選擇台達DOP-AE80THTD型觸摸屏。其特點是DOP-AE80THTD型人機介麵，在野外冬季工作溫度可以達零度

；夏季在陽光陰影下圖形和文本顯示清晰。（估測DOP-AE80THTD亮度在350cd/m２）。

　　DOP-AE80THTD的顯示分辯率為640×480；65536種顏色；畫麵和數碼照片一樣逼真
，外觀精美大方。開發使用方便
，功能完善強大的編輯軟件賦有人性化，完全適合該係統要求。配置2個串通訊接口UART和2個USB接口
，其中COM2/RS458和可編程序控製器（PLC）相連
；一個USB Host Ver1.1口用於接駁移動U盤
，作為整個畫麵內容轉儲。

　　人機介麵中的焊接參數設置畫麵運用了畫麵開啟宏和畫麵關閉宏功能及畫麵周期宏功能Cycle。在校對PLC內部時鍾與人機介麵時鍾時
，要求同步，用GETSYSTEMTIME命令和資料搬移MOV命令，配合畫麵上“係統時間日期按鈕”十分方便地將實時時間設置在PLC中，這樣PLC內nei時shi鍾zhong與yu人ren機ji時shi鍾zhong和he當dang地di時shi區qu時shi間jian三san者zhe統tong一yi，保bao正zheng作zuo業ye記ji錄lu的de實shi時shi性xing和he準zhun確que性xing。其qi他ta如ru氧yang氣qi流liu量liang設she置zhi，乙yi炔que流liu量liang設she置zhi，位wei移yi量liang設she置zhi，預yu頂ding壓ya力li設she置zhi
，頂ding鍛duan壓ya力li設she置zhi等deng完wan全quan用yong實shi數shu，既ji三san位wei整zheng數shu二er位wei小xiao數shu表biao示shi。而er加jia熱re時shi間jian參can數shu設she置zhi等deng用yong三san位wei整zheng數shu表biao示shi。重zhong要yao參can數shu如ru預yu頂ding壓ya力li和he待dai頂ding壓ya力li
，如ru果guo您nin在zai數shu值zhi上shang設she置zhi不bu合he符fu要yao求qiu人ren機ji則ze會hui用yong閃shan動dong“錯”字和聲音報警，一直到設置正確顯示“對”字為止。並且係統掉電後所設置的參數也不會丟失。

　　 設置參數一共八項：①預頂壓力  12.34  Mpa ；②待頂時間 123  Sec ；③待頂長度  12.34  mm 
；④待頂壓力  12.34  Mpa ；⑤頂鍛長度  1.23  mm ；⑥頂鍛壓力  12.34  Mpa ；⑦氧氣流量  123.45 SLM ；⑧乙炔流量  123.45  SLM ，如圖4所示 。

圖4 工藝參數設置畫麵

　　（2）可編程序控製器PLC:可編程序控製器是整個係統的核心
，由CPU單元含數字量和擴展模擬量模塊組成。其中數字量完成各個閥門位置檢測和限位及氣體流量微調等功能
；模擬量A/D部分對氧氣和乙炔氣體質量流量采樣
、係統壓力采樣
、鋼軌頂鍛位移量的采樣等。D/A部分對氧氣和乙炔氣體質量流控製閥門開度的控製，氣體質量流量的控製由兩個獨立的具有PID調節功能的閉環係統完成。壓力傳感器采用擴散矽型
，內置壓力變送器和線性校正電路，24V供電
，輸出4—20mA的標準電流信號對應壓強0—60Mpa。

　　4.2 油泵與壓機係統

　　超高壓油泵使傳遞動力的液壓油產生最大壓強達到60Mpa ，供油量每分鍾4立升以上。電動錐式調壓閥，壓力傳感器，PLCherenjijiemiangouchengyigebihuankongzhixitong，youbengyaliwenzhunkuaidigenzongrenjisuoshezhiyalizhi。diandongshichaogaoyajiezhifamennengshiyouluzaigaodiyadetiaojianxiakuaisujinxinghuanxiangbingyoubaochiyagongnengdeng；其閥門的位置由接近開關（OMRON--PNP）限製。壓機總承是在高壓油泵作用下能產生最大70噸力，滿足鋼軌在焊接時頂鍛和推凸、保bao壓ya等deng工gong步bu所suo需xu要yao的de力li。保bao正zheng在zai焊han接jie全quan部bu過guo程cheng中zhong兩liang段duan鋼gang軌gui中zhong心xin在zai一yi條tiao直zhi線xian上shang
，使shi軌gui頂ding麵mian底di麵mian軌gui腰yao對dui齊qi，滿man足zu機ji械xie強qiang度du要yao求qiu。油you泵beng和he壓ya機ji之zhi間jian油you路lu用yong專zhuan門men快kuai速su連lian結jie器qi交jiao連lian。目mu前qian在zai壓ya強qiang大da於yu32.5 Mpa時換向在液壓控製領域裏還是尖端技術。

　　4.3 加熱係統

　　由氣源
、壓力表
、控製器；氣體混合器
；乙炔回火防止器，外燃型加熱器；氣體過濾器及氣體快速接頭
；冷卻循環泵等組成。加熱器的火焰孔徑大小及分布應保正鋼軌斷麵處受熱均勻，按照焊接工藝標準將鋼軌加熱到塑性狀態的溫度（一般為1300℃）。應有防止管路回火和防止漏氣等安全措施。控製器比較複雜；由PLC部分開關量、模擬單元、人機介麵、兩個氣體質量控製器（D07—9E）組成。特點流量大200SML（N2）；線性度±0.2％F.S
；準確度高±1.5％F.S
；重複精度±0.2％F.S
；響應時間1Sec

；泄漏率＜1×10-8SCCSHe
；具有氣體通道清洗
、關閉、閥控功能

　　4.4 磁性標尺

　　由電阻式位移傳感器和5.2V基準電源構成，其測量精度達百分之一豪米。三塊釹鐵硼鑲嵌其中，使用時安裝拆卸十分便利
，不需要設定磁尺幾何原點。頂鍛量是由PLC程序自動檢測並運算出鋼軌位移量的相對差值，由人機介麵直接顯示出來。鋼軌被加熱到200—1000℃時軸向膨漲明顯


，則人機界麵直接顯示出來是負值
，同時係統壓力有所上升
，人機介麵實時地動態地反映焊接過程各個參數的變化。

　　4.5 擺火機構

　　youzhiliuketiaosudiandongjihekebianshiqubinglianganjigoujihuadongxiaotaichezucheng，diandonganniunengshijiareqihuokongzhengduizhunlianggangguijianhanfeng，baozhengdianhuoshihanfengjianwujitanwuran。baihuodiandongjizhuandongsuduyouchengxugaibian

，baihuoweiyixiansuduanyuxianguilvbianhua，zheyangnengshidegangguishourexiaoguodadaozuijiahua。

　　5  軟件設計

　　PLC係統配置與梯形圖編程，人機介麵用畫麵編輯Screen Editor編程（Sersion 1.05.7），兩部分相互配合。

　　5.1 PLC編程

　　PLC程序采用模塊化方式，將控製程序根據功能分為不同邏輯塊即子程序，在主程序（ OB1）中可以根據條件調用不同的邏輯塊，其特點是主程序簡單明了，調試方便
，由於邏輯塊是有條件的調用，所以CPU利用率高，與人機介麵通訊可靠。

　　5.2 觸摸屏編程

　　（1）設定模組參數：係統控製區8個字長。通迅設置：①人機站號 0 ； ②PLC預置站號2 
； ③通迅端口RS-485 ； ④停止位1Bits ；⑤波特率 9600 ； ⑥奇偶校驗 Even。

　　（2）用畫麵Gycle宏完成PLC內時鍾與人機內時鍾同步,創建一個所謂係統畫麵,並放置<係統時間日期>按鈕,其畫麵開啟宏和畫麵關閉宏指令巨集如下:

　　SETB （）  //係統畫麵開啟宏V490.0=1

　　END

　　CLRB （）  //係統畫麵關閉宏490.0=0

    END

　　在係統畫麵上可以隨時地調整人機內時鍾（星期暫不用）
，配合PLC時鍾寫命令，完成時鍾同步。

　　  $100=GETSYSTEMTIME

　　  (2@V236) =$100     //年

　　(2@V238) =$101     //月

　　(2@V240) =$102     //日

　　(2@V242) =$104     //時

　　(2@V244) =$105     //分

　　(2@V246) =$106     //秒

　　END

　　（3）曆史趨勢曲線：係統壓力與標尺位移共用1號緩衝區，讀取PLC地址2@1000；數值單位4（字）；取樣周期1000 ms ；取樣點111 
；觸發源 PLC ；記錄時間日期 Yes ；

　　氧氣流量與乙炔流量共用2號緩衝區
，讀取PLC地址2@1008；數值單位4（字）；取樣周期1000 ms
；取樣點111
；觸發源 PLC ；記錄時間日期 Yes 。

　　6 結束語

　　應(ying)用(yong)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)鋼(gang)軌(gui)氣(qi)壓(ya)焊(han)接(jie)設(she)備(bei)，一(yi)次(ci)性(xing)連(lian)續(xu)地(di)對(dui)十(shi)五(wu)個(ge)鋼(gang)軌(gui)焊(han)接(jie)頭(tou)進(jin)行(xing)破(po)壞(huai)性(xing)落(luo)錘(chui)試(shi)驗(yan)，合(he)格(ge)率(lv)為(wei)百(bai)分(fen)之(zhi)百(bai)。在(zai)實(shi)際(ji)線(xian)路(lu)上(shang)經(jing)過(guo)一(yi)年(nian)多(duo)千(qian)餘(yu)次(ci)焊(han)接(jie)施(shi)工(gong)，合(he)格(ge)率(lv)為(wei)百(bai)分(fen)之(zhi)百(bai)
，用(yong)戶(hu)反(fan)映(ying)良(liang)好(hao)。基(ji)於(yu)台(tai)達(da)自(zi)動(dong)化(hua)技(ji)術(shu)平(ping)台(tai)的(de)智(zhi)能(neng)型(xing)移(yi)動(dong)式(shi)鋼(gang)軌(gui)氣(qi)壓(ya)焊(han)接(jie)設(she)備(bei)已(yi)經(jing)通(tong)過(guo)路(lu)局(ju)技(ji)術(shu)鑒(jian)定(ding)。