介紹了礦用梯子梁生產線自適應自動焊接單片機控制系統設計與實現。礦用梯子梁生產線主要由鋼筋調直系統、送料緩存與反饋系統、自動焊接系統和剪切裝置等部分組成，產品生產過程連續進行。為了解決鋼帶調直系統連續送料與自動焊接系統斷續工作之間的矛盾，設計了送料緩存裝置，通過單片機自適應控制實現了焊接生產線的連續自動運行。通過自適應自動焊接單片機控制系統，能夠實現自動步進焊接，保證焊接尺寸要求，提高了生產效率。

　　關鍵詞：礦用梯子梁;自動焊接;自適應控制

　　礦用梯子梁(鋼筋梯子梁)主要用于錨桿支護煤巷掘進以及隧道加固等，應用廣泛，需求量大。礦用梯子梁由兩個并列的梁(長鋼筋)和連接2個梁的若干個肋組構成，梁由2根圓鋼并列焊接而成，肋組的單肋(短節)由2根圓鋼并列焊接構成，肋組的單肋之間為限位孔，其結構示意圖如圖1所示。目前國內礦用梯子梁的生產技術多為人工焊接，受焊工技能的影響，質量一致性差，生產效率較低。據此，本文設計了一種礦用梯子梁自動焊接生產線。生產線是綜合國內外先進技術，針對礦用梯子梁自動焊接生產的特殊情況專門設計的由單片機控制的連續自動生產設備。該礦用梯子梁全自動焊接生產線就是自動將調直的長鋼筋和剪切機制備的短節傳送至焊機處進行自動焊接，再經過整形剪切后自動出料的整個過程。礦用梯子梁的生產全部由生產線自動焊接來完成。減少了人員的投入，減輕了工人勞動強度，提高了員工工作環境的舒適度，系統的人機接口界面設計簡單，為現場人員的使用及維護帶來極大方便。

　　1生產線結構設計

　　全自動礦用梯子梁焊接生產線由長料調直及步進送料裝置，短節上料裝置，電阻壓焊焊接系統，鋼帶整形、下料及短節下料裝置，成品出料裝置幾部分組成，如圖2所示。礦用梯子梁自動焊接生產線自動將調直的長鋼筋和剪切機制備的短節傳送至焊機處進行自動焊接，再經過整形剪切后自動出料的整個過程。

　　2自適應自動焊接單片機控制原理

　　電阻壓力焊具有生產效率高、潔凈環保、易于自動化的優勢，生產線采用電阻壓力焊的焊接方式。為了提高焊接接頭的質量，運用該焊接方式時，需要長鋼筋處于靜止狀態。生產線的鋼筋調直過程是連續進行的，而自動焊接時長鋼筋是靜止不動的。為了解決生產線鋼筋調直系統連續送料與長鋼筋斷續送料之間的矛盾，設計了送料緩存裝置。由送料緩存與反饋系統和單片機控制系統實現自適應自動焊接過程。系統的鋼筋調直裝置與對焊裝置連接，對焊裝置和送料緩存與反饋系統通過滾輪傳送裝置連接，拉線式傳感器安裝在送料緩存與反饋系統的內部，送料緩存與反饋系統、長料同步送料裝置和電阻壓焊焊接系統依次設置，短節上料裝置位于電阻壓焊焊接系統的前下方。鋼筋通過卷料調直系統后變成直的長料，送料緩存與反饋系統存儲長料并將長料傳送給長料同步送料裝置，長料同步送料裝置將長料傳送給電阻壓焊焊接系統，短節上料裝置將短料傳送給電阻壓焊焊接系統，電阻壓焊焊接系統將長料和短料焊接形成礦用梯子梁，儲料緩存與反饋系統內設置的滑塊裝置隨長料的儲量的多少而上下移動，滑塊裝置在移動的過程中帶動拉線式傳感器，拉線式傳感器檢測到長料的儲量并將儲量反饋給單片機。單片機根據長料的儲量調節長料同步送料裝置的送料速度。

　　3程序設計與調試

　　3.1控制系統軟件程序流程圖

　　圖3為控制系統軟件程序流程圖。控制系統主要完成卷料調直裝置和長料同步送料裝置的啟動停止以及對其速度進行控制，可以通過拉線式傳感器對長料儲量的值進行采集，控制系統根據采集的數值對卷料調直裝置和長料同步送料裝置的速度進行調整。開關量輸入及輸出配合電磁閥對氣缸的動作進行控制，構成了短節上料裝置的控制部分，短節上料裝置中接近開關的使用可以使控制系統對焊接前短料是否到位進行判斷。在設備發生故障時，使得短節送料動作完成后，短節沒能到位的情況下，監控系統可以發出報警并立即停機。此外，可以對生產中需要的加工參數進行數據采集及修改，并且對設備的一些變量進行監控，在設備調試階段進行輔助調試。用戶可以通過觸摸屏實現下料尺寸控制、送料速度調節和焊接工藝參數的輸入、修改和存儲。在設備啟動前，通過手動的方式在觸摸屏中輸入加工產品的尺寸信息及需要焊接的網格數目，通過單片機中的運算程序可以自動計算出焊接及剪切的位置，實現自動加工的目的。

　　3.2控制系統硬件設計

　　根據礦用梯子梁生產線的控制要求，控制系統的主控制器采用單片機，變頻器1和變頻器2分別控制卷料調直系統的2臺異步電機，可以對電動機1和電動機2進行變頻調速，使長料儲量始終保持在合適的范圍內。當設備處于焊接和剪切狀態時，要使伺服電機處于停止狀態，以實現精確焊接和精確剪切。此時，單片機可以根據信號輸入對伺服電機的啟停進行控制，由于伺服電機的非連續性工作以及卷料調直系統的持續運行，勢必會導致長料儲量發生變化，單片機可以根據傳感器反饋的長料儲量對伺服電機和卷料調直系統的運行速度進行調整。圖4為自適應自動焊接單片機控制系統原理框圖。

　　3.3調試出現問題及解決思路

　　后期調試中主要出現的問題主要有兩個方面，由于采用增量型編碼器采集數據，并使用該數據作為單片機控制焊接及剪切的依據，通過單片機控制系統根據運算程序自主計算出焊接及剪切的位置數據與增量型編碼器采集數據進行比較來實現剪切或者焊接。在現場實際情況下，發現采用該控制方式時，長料的停止距離上會出現1~2mm的誤差，為了解決這一問題，將前期的采用增量型編碼器采集數據的方式改為利用單片機控制系統根據運算程序自主計算出焊接及剪切的位置數據，然后以該數據為依據，結合伺服電機的分辨率及其電子齒輪比，單片機計算出運動距離所需要的脈沖數，并以該脈沖數發送脈沖，有效地解決了剪切焊接精度不足的問題。

　　4結論

　　自適應自動焊接單片機控制系統解決了生產線鋼筋調直系統連續送料與自動焊接系統間斷工作之間的矛盾，克服了各工位送料速度同步性問題、電阻壓焊焊接接頭的質量均勻性控制等問題。能夠實現步進焊接和自動連續生產，礦用梯子梁外觀平整一致，焊接點的穩定性及剪切性能滿足技術要求，生產效率高。

　　作者：王亞軍 周好斌 王志剛 單位：神華神東煤炭集團有限責任公司