自動焊錫機(jī)是指能將包含焊點(diǎn)定位、出錫、焊接和焊錫殘?jiān)謇淼榷鄠€(gè)工序的完整焊接過程一次性完成的焊錫裝置 . 雖然焊錫機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，然而，隨著焊接工藝的更新、焊接材料的變化和焊接工作量的增加，傳統(tǒng)焊錫機(jī)的焊接可靠性、焊接質(zhì)量和焊接效率已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化焊接生產(chǎn)的需要 . 因此，針對新一代焊錫機(jī)的功能需求，本文提出一套基于 PLC 控制技術(shù)，并結(jié)合光電傳感器等硬件構(gòu)建自動焊錫機(jī)控制系統(tǒng)的方案，實(shí)現(xiàn)了焊錫過程完全自動化，提高了焊錫機(jī)的工作效率.

1 系統(tǒng)功能需求在日常的工業(yè)生產(chǎn)中有很多元器件的固定與連接需要依靠錫焊工藝. 焊接的質(zhì)量、準(zhǔn)確性將直接影響部件的功能，也是產(chǎn)品安全性、可靠性的決定因素之一. 根據(jù)某企業(yè)自動化生產(chǎn)線上對產(chǎn)品的錫焊要求，兼顧焊接可靠性、質(zhì)量和效率，該自動焊錫控制系統(tǒng)需要具備如下功能：

(1)能夠確保對焊點(diǎn)的精確定位，有效降低漏焊和錯焊率.

(2)焊錫系統(tǒng)加熱溫度、出錫速度和錫絲直徑等相關(guān)參數(shù)能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié).

(3)系統(tǒng)具備溫度報(bào)警和錫絲報(bào)警功能.

(4)焊錫系統(tǒng)需要具有良好的人機(jī)交互界面，能夠?qū)崟r(shí)的對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，提示報(bào)警信息等功能. 并且能夠在界面中實(shí)現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)的設(shè)置.

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)自動焊錫系統(tǒng)采用 PLC 作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，通過對到位信號、溫度信號和安全光柵信號的采集與處理確保整個(gè)自動焊錫過程的安全與可靠. 電缸控制器實(shí)現(xiàn)對夾具位置、運(yùn)動速度等參數(shù)的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)對焊點(diǎn)的準(zhǔn)確定位. 采用焊錫裝置可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)加熱溫度、出錫速度的調(diào)節(jié)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高溫與缺錫絲報(bào)警. 運(yùn)用觸摸屏與 PLC 實(shí)現(xiàn)信息交互，達(dá)到實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的生產(chǎn)狀態(tài)、提示系統(tǒng)報(bào)警信息并控制生產(chǎn)流程 的 目 的. 系 統(tǒng) 軟 件 由 基 于 Windows 的 STEP7-Micro/WIN32 編 制 ，并 結(jié) 合 Wincc 組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對整個(gè)自動焊錫過程的監(jiān)控.

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)

選取 PLC 時(shí)，一定要注意 I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)這項(xiàng)指標(biāo). 需要提前統(tǒng)計(jì)出被控對象的 I/O 點(diǎn)數(shù)，再根據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果選取合適的 PLC. 一般情況下，一個(gè)輸入輸出元件需要占用一個(gè)輸入輸出端口. 通常會在總點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上加上 20%左右的備用量.根據(jù)焊錫系統(tǒng)的控制要求，確定了PLC的輸入/輸出的地址分配表. 根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)一共需要22個(gè)輸入點(diǎn)和15個(gè)輸出點(diǎn).

3.2 PLC的選取

本 系 統(tǒng) 采 用 西 門 子 S7-200 系 列 PLC， S7-200 是針對低性能需求的小型 PLC，它的硬件配置很靈活，自帶了通信接口、內(nèi)置電源以及 I/O 端口. 一個(gè) S7-200CPU 可以構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)，如果要構(gòu)成中等規(guī)模的控制系統(tǒng)，可以通過擴(kuò)展電纜進(jìn)行 I/O 模塊的擴(kuò)展. 它適用于各種控制系統(tǒng)，各種檢測、監(jiān)測和控制等[6-7] . 選用 S7-200 CPU226，它集成了 24 個(gè)輸入點(diǎn) 16 個(gè)輸出點(diǎn)，共有 40 個(gè)數(shù)字量 I/O. 它可以擴(kuò)展 7個(gè)模塊，擴(kuò)展至 248點(diǎn)數(shù)字量或 35點(diǎn)模擬量 I/O，滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求.

3.3 到位信號檢測電路設(shè)計(jì)

到位信號檢測通過光電傳感器實(shí)現(xiàn)，它通過感受光強(qiáng)度的變化來改變電信號實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的控制. 在檢測到實(shí)物之后，信號導(dǎo)通傳輸給 PLC 控制器. 本設(shè)計(jì)采用 8 路光電傳感器實(shí)現(xiàn) 8 種到位狀態(tài)檢測.

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)總體流程本系統(tǒng)主要的生產(chǎn)流程如下：啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)處于原位，放上待焊錫的生產(chǎn)元器件. 在檢測到放置無誤之后按下控制啟動按鈕，電缸根據(jù)設(shè)置好的值將夾具送到位置 C1. 到達(dá)規(guī)定位置之后，出錫裝置出錫，焊頭氣缸將到伸出位 S2進(jìn)行第一次的焊錫工作，第一次焊錫完成之后，焊錫頭回到縮回位 S1，夾具被送到設(shè)置好的位置 C2，此時(shí)焊錫頭下來進(jìn)行第二個(gè)焊接點(diǎn)的焊接，焊錫完成之后清理錫渣氣缸進(jìn)行錫渣清理，在一個(gè)循環(huán)的焊錫工序之后，系統(tǒng)回歸原位狀態(tài). 如果途中出現(xiàn)錫料不足或者待焊錫的元器件未放置好，系統(tǒng)將會報(bào)警. 重新上料或重置 元 器 件 既 可 消 除 報(bào) 警.

4.2 PLC程序設(shè)計(jì)

由于系統(tǒng)調(diào)試的需要，設(shè)計(jì)一個(gè)手動控制模式的界面，可以單獨(dú)控制相應(yīng)的控制位，也可以實(shí)時(shí)觀察到各個(gè)位的狀態(tài). 比如檢測氣缸位、焊頭上下氣缸位、清理錫渣氣缸位等. 手動控制模式主要用于調(diào)試過程的手動調(diào)試.

5 系統(tǒng)調(diào)試首先，將一個(gè)待焊錫的元件放置并固定在夾具上，啟動 PLC 使光電傳感器開始工作，檢測待焊錫元件放置無誤后，按下系統(tǒng)啟動按鈕. 在安全光柵接收到操作人員的手離開危險(xiǎn)區(qū)的信號后，夾具會把待焊錫的器件送到電缸設(shè)置好的位置 1. 出錫之后，焊錫頭會下降進(jìn)行第一次的焊錫. 在反復(fù)調(diào)試之后，最終確定焊錫的時(shí)間大約為 5 s. 通過參數(shù)設(shè)置界面可以進(jìn)行焊錫時(shí)間的設(shè)置. 間隔 2 s之后，再重復(fù)一次，完成了焊點(diǎn) 1 的焊錫之后，焊頭回到原位.

然后夾具會走到電缸設(shè)置好的位置 2，此時(shí)焊頭再次下降，出錫管再次出錫，進(jìn)行對第二個(gè)待焊錫點(diǎn)的焊錫工作. 清理錫渣氣缸會到伸出位，在焊頭下面收集途中所產(chǎn)生的錫渣，再由氣管吸走錫渣盒里面收集到的錫渣，清理工作現(xiàn)場. 整個(gè)焊錫過程可由監(jiān)控界面進(jìn)行監(jiān)控.

6 結(jié)論

全自動焊錫機(jī)通過本文講述了在綜合運(yùn)用 PLC編程技術(shù)和 Wincc組態(tài)技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合電缸，傳感器，焊錫組件等硬件設(shè)備完成了全自動焊錫機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了焊錫過程的完全自動化. 實(shí)踐應(yīng)用表明：該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)且實(shí)時(shí)性高等優(yōu)點(diǎn)，能夠切實(shí)提高生產(chǎn)效率，具有一定的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景