CN101051221A - 多焊接电源群控系统 - Google Patents

Abstract

一种多焊接电源群控系统，包括用于控制多路焊接电源的群控控制器、用于焊接参数采集的A/D转换器、用于实现多个焊接电源的焊接参数实时控制的D/A转换器、用于参数输入与设定的键盘，用于参数显示的屏显部分，所述的群控控制器包括参数设置模块、信号采集模块、电网电压波动检测模块、优先级计算模块、优先级群控模块；参数设置模块、信号采集模块、电网电压波动检测模块连接优先级计算模块，优先级计算模块连接优先级群控模块，优先级群控模块的输出连接D/A转换器。本发明在电网电压发生波动时调整焊接电源参数时能够有效避免对电网电压造成干扰、焊接参数稳定、焊缝质量高。

Description

多焊接电源群控系统

(一)技术领域

本发明涉及一种多焊接电源群控系统

(二)背景技术

在微电子和数字技术的推动下，出现了一些数字化的智能焊接电源，在外界参数发生波动时，能够依靠焊接电源自身的控制系统进行自调整，实现焊接参数的稳定，从而保证了焊接质量。目前有EWM公司lintegrai系列，Fronius公司Transplus synergic系列等智能焊接电源，就是数字化的成果；还有焊接电源波形控制，焊接电源内部特性的估计和建模，对GMAW焊接的综合性能控制等控制算法等，这些控制策略对减少外电压波动对单一焊接电源的焊接过程的影响取得了积极的效果。

但是在现代化的生产线上，焊接一些复杂工件时，需要多把焊枪同时工作来完成焊接任务。一把焊枪对应一台焊接电源，当电网电压发生波动时，各焊接电源依靠自身的控制系统进行自调整，由于焊接电源的功率较大，各焊枪之间电流、电压相互耦合，多焊接电源同时调整务必对电网电压将产生更大的波动，进一步影响到焊缝质量和焊后产品的变形。

(三)发明内容

为了克服已有多焊接电源群控系统的在电网电压发生波动时自动、同时调整给电网电压造成更大干扰、焊接参数不稳定、焊缝质量低的不足，本发明提供一种在电网电压发生波动时调整焊接电源参数时能够有效避免对电网电压造成干扰、焊接参数稳定、焊缝质量高的多焊接电源群控系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多焊接电源群控系统，包括用于控制多路焊接电源的群控控制器、用于焊接参数采集的A/D转换器、用于实现多个焊接电源的焊接参数实时控制的D/A转换器、用于参数输入与设定的键盘，用于参数显示的屏显部分，所述的群控控制器包括：

参数设置模块，用于根据键盘输入的设定参数值，设置多个焊接电源的焊接参数；

信号采集模块，用于通过A/D转换器采集各个焊接电源的在线参数；

电网电压波动检测模块，用于采集电网电压的波动值，当电网电压波动值大于电压调整阈值时，判定为电压波动；

所述的群控控制器还包括：

优先级计算模块，用于采用位置系数D表示焊缝位置，n个焊接电源对应d₁、d₂、......、d_n，工件两侧焊缝的位置系数大于中间焊缝的位置系数，同时让工件两侧焊缝的位置系数保持对称与一致；当判定为电压波动后，采集各个焊接电源的在线参数，并将在线参数与设定参数的差值定义为误差系数E，n个焊接电源对应e₁、e₂、......、e_n，位置系数D与误差系数E的乘积表示为调整优先级P：

                     P＝D·E；

优先级群控模块，用于依照优先级的大小顺序，先后设定各个焊接电源的参数值，将焊接电源调整到设定参数值；

所述的参数设置模块、信号采集模块、电网电压波动检测模块连接优先级计算模块，所述优先级计算模块连接优先级群控模块，所述的优先级群控模块的输出连接D/A转换器。

进一步，在所述的优先级群控模块中，按照设定的时间间隔，先后将各个焊接电源调整到设定参数值。

再进一步，所述的A/D转换器通过多路开关连接多路焊接电源，所述的D/A转换器通过多路开关连接多路焊接电源。

更进一步，所述的焊接参数包括焊接电流、焊接电压、送丝速度。

本发明的技术构思为：在实际使用过程中，当电网电压波动时，现有技术中，各焊接电源的控制系统会立即启动自调整。多焊接电源同时调整务必对电网电压将产生更大的波动，进一步影响到焊缝质量和焊后产品的变形。

为阻止多焊接电源的同时调整，在计算出优先级后，应将优先级较小的焊接电源(较后调整)参数设定为采样值，在优先级较大的焊接电源调整一段时间后，再设回给定值，让焊接电源自行调整。

用位置系数D(d₁、d₂、......、d_n)表示焊缝位置，工件12两侧焊缝的位置系数大于中间焊缝的位置系数，同时让工件12两侧焊缝的位置系数保持对称与一致。

用误差系数E(e₁、e₂、......、e_n)表示由信息采集通道传回的实际参数与设定参数的误差大小。误差越大，设定的误差系数越大。位置系数D与误差系数E的乘积表示为调整优先级P：

                    P＝D·E

由此获得的优先级不同，按此优先级顺序来调整相应的焊接电源13。例如，d₁＝3，e₁＝8，d₃＝6，e₃＝2，虽然i₃＞i₁，但p₁＝d₁×e₁＝24＞p₃＝d₃×e₃＝12，所以优先调整第一个焊接电源13。此控制策略的思想是，优先调整位置重要和误差较大的焊接电源参数，兼顾了焊接参数和参数误差两个方面。

本发明的有益效果主要表现在：1、当外界参数发生波动时，本发明提供的多焊接电源群控系统能有序地协调多焊接电源进行自调整，保证了焊接参数的稳定，提高了焊缝质量；2、实现了复杂的多焊接电源群控，又能适应恶劣的工业环境，能够满足不同的焊接需要。

(四)附图说明

图1是多焊接电源焊接系统结构示意图。

图2是多焊接电源群控系统的控制系统构示意图。

图3是软件系统的主流程图。

图4是具有优先级的群控策略流程图。

图5是依照焊接参数规律的实时调整策略。

图6是群控控制器的原理框图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图6，一种多焊接电源群控系统，包括用于控制多路焊接电源的群控控制器3、用于焊接参数采集的A/D转换器7、用于实现多个焊接电源的焊接参数实时控制的D/A转换器8、用于参数输入与设定的键盘4，用于参数显示的屏显部分2，所述的群控控制器3包括：参数设置模块14，用于根据键盘输入的设定参数值，设置多个焊接电源的焊接参数；信号采集模块15，用于通过A/D转换器采集各个焊接电源的在线参数；电网电压波动检测模块16，用于采集电网电压的波动值，当电网电压波动值大于电压调整阈值时，判定为电压波动；优先级计算模块17，用于采用位置系数D表示焊缝位置，n个焊接电源对应d₁、d₂、......、d_n，工件两侧焊缝的位置系数大于中间焊缝的位置系数，同时让工件两侧焊缝的位置系数保持对称与一致；当判定为电压波动后，采集各个焊接电源的在线参数，并将在线参数与设定参数的差值定义为误差系数E，n个焊接电源对应e₁、e₂、......、e_n，位置系数D与误差系数E的乘积表示为调整优先级P：

                     P＝D·E；

优先级群控模块18，用于依照优先级的大小顺序，先后设定各个焊接电源的参数值，将焊接电源调整到设定参数值；

所述的参数设置模块14、信号采集模块15、电网电压波动检测模块16连接优先级计算模块17，所述优先级计算模块17连接优先级群控模块18，所述的优先级群控模块18的输出连接D/A转换器8。

在所述的优先级群控模块18中，按照设定的时间间隔，先后将各个焊接电源调整到设定参数值。所述的A/D转换器7通过多路开关11连接多路焊接电源，所述的D/A转换器8通过多路开关连接多路焊接电源。所述的焊接参数包括焊接电流、焊接电压、送丝速度。

本实施例为多焊接电源焊接系统结构示意图。控制部分包括嵌入式控制器3、A/D通道7、D/A通道8、多路开关11、LCD显示屏2、键盘4、RS485接口6。其中嵌入式控制器是控制系统的核心，内含多焊接电源群控智能控制算法，DSP、ARM等均适合在所述的系统中担当控制器。A/D通道7、D/A通道8、多路开关11用于对多个焊接电源实行参数采集和参数控制。LCD显示屏2、键盘实现焊接参数的设定和显示。多个嵌入式焊机控制系统可以通过RS-485接口6实现连网，再通过RS-485转RS-232模块与上位机实现通信，即可让管理者及时了解多台设备的焊接过程，还可以在上位机上实现焊接工艺和参数的存取，便于分析多种焊接工艺和参数的优劣，实现焊接过程评价。

受控部分包括多个焊接电源13(其包括上焊接电源组1和下焊接电源组5)、上焊枪9、下焊枪10。其中系统通过A/D通道7实现多个焊接电源的实时焊接参数采集(如焊接电流、焊接电压，送丝速度等)；通过D/A通道8实现多个焊接电源的焊接参数实时控制，主要是控制焊接电源组的焊接电压和电流，以及送丝速度，从而实现对焊接过程的控制。

参照图3，焊机控制系统的软件由主程序、键盘和显示子程序、采样和输出子程序及通信子程序组成。程序存储在Flash中，上电后，嵌入式处理器从Flash中装入程序，用户通过键盘4和LCD2设定或选择已存储的焊接参数，焊接参数以数据表的形式存储，工件12长度与焊接参数相对应。焊接过程中，主程序根据当前的焊接长度，经查表后向不同的焊机下传相应的焊接参数，从而实现实时调整。

焊机控制系统的软件不仅完成一般控制功能，还实现如下两个控制策略：具有优先级的群控策略和焊接参数实时调整策略。

参照图4，为了提高焊缝质量和减小焊接变形量，在控制系统中引入具有优先级的群控策略：

用位置系数D(d₁、d₂、......、d_n)表示焊缝位置，工件12两侧焊缝的位置系数大于中间焊缝的位置系数，同时让工件12两侧焊缝的位置系数保持一致。

用误差系数E(e₁、e₂、......、e_n)表示由信息采集通道传回的实际参数与设定参数的误差大小。误差越大，设定的误差系数越大。位置系数D与误差系数E的乘积表示为调整优先级P：

P＝D·E

由此获得的优先级不同，按此优先级顺序来调整相应的焊接电源13。例如，d₁＝3，e₁＝8，d₃＝6，e₃＝2，虽然i₃＞i₁，但p₁＝d₁×e₁＝24＞p₃＝d₃×e₃＝12，所以优先调整第一个焊接电源13。此控制策略的思想是，优先调整位置重要和误差较大的焊接电源参数，兼顾了焊接参数和参数误差两个方面。

在实际使用过程中，当电网电压波动时，各焊接电源的控制系统会立即启动自调整。为阻止多焊接电源的同时调整，在计算出优先级后，应将优先级较小的焊接电源(较后调整)参数设定为采样值，在优先级较大的焊接电源调整一段时间后，再设回给定值，让焊接电源自行调整。

参照图5，在工件12焊接过程中，虽然不同的焊接电源13可以设定为不同的焊接参数，但同一把焊枪(焊接电源)从起弧到收弧过程中的参数一般是固定的，而起弧和收弧时的传热条件不同，起弧时温度较低，收弧时散热差，温度较高，这就造成了在起弧和落弧的时候，焊缝成形与稳弧段不一致，从而引起工件两端变形(轴向变形)，在工厂中，一般要从两端切除部分工件，浪费了材料。所以，在本控制系统中，将焊接过程的参数按图5所示规律进行实时调控。

从试验结果和生产实践来看，当外部电压波动时，应用本控制系统，减小了参数调整时间和调整误差，改善了焊缝质量，有效抑制了工件宽度和长度方向的变形，达到了生产需要。

Claims (4)

1、一种多焊接电源群控系统，包括用于控制多路焊接电源的群控控制器、用于焊接参数采集的A/D转换器、用于实现多个焊接电源的焊接参数实时控制的D/A转换器、用于参数输入与设定的键盘，用于参数显示的屏显部分，所述的群控控制器包括：

参数设置模块，用于根据键盘输入的设定参数值，设置多个焊接电源的焊接参数；

信号采集模块，用于通过A/D转换器采集各个焊接电源的在线参数；电网电压波动检测模块，用于采集电网电压的波动值，当电网电压波动值大于电压调整阈值时，判定为电压波动；

其特征在于：所述的群控控制器还包括：

优先级计算模块，用于采用位置系数D表示焊缝位置，n个焊接电源对应d₁、d₂、……、d_n，工件两侧焊缝的位置系数大于中间焊缝的位置系数，同时让工件两侧焊缝的位置系数保持对称与一致；

当判定为电压波动后，采集各个焊接电源的在线参数，并将在线参数与设定参数的差值定义为误差系数E，n个焊接电源对应e₁、e₂、……、e_n，位置系数D与误差系数E的乘积表示为调整优先级P：

                      P＝D·E；

优先级群控模块，用于依照优先级的大小顺序，先后将各个焊接电源调整到设定参数值；

所述的参数设置模块、信号采集模块、电网电压波动检测模块连接优先级计算模块，所述优先级计算模块连接优先级群控模块，所述的优先级群控模块的输出连接D/A转换器。

2、如权利要求1所述的多焊接电源群控系统，其特征在于：在所述的优先级群控模块中，按照设定的时间间隔，先后将各个焊接电源调整到设定参数值。

3、如权利要求1或2所述的多焊接电源群控系统，其特征在于：所述的A/D转换器通过多路开关连接多路焊接电源，所述的D/A转换器通过多路开关连接多路焊接电源。

4、如权利要求3所述的多焊接电源群控系统，其特征在于：所述的焊接参数包括焊接电流、焊接电压、送丝速度。

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