CN101140466A - 一种主从结构的焊接控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主从结构的焊接控制系统，它包括主控模块、从控模块、第一总线，所述的主控模块包括第一中央处理器，所述第一中央处理器控制所述主控模块与所述从控模块通过所述第一总线的通信，所述的从控模块包括电流控制模块、轨迹控制模块，所述的电流控制模块与所述主控模块通过所述第一总线相通信，用于控制与焊接电流输出有关的设备；所述的轨迹控制模块与所述的主控模块通过所述第一总线相通信，用于控制与焊枪或工件运动有关的设备，所述的电流控制模块和所述的轨迹控制模块在所述第一总线上被分配有不同的通信地址，这种基于总线的模块化焊接控制系统具有很好的功能可扩展性。

Description

一种主从结构的焊接控制系统

技术领域

本发明涉及一种焊接控制系统，尤其是一种具有主从结构的焊接控制系统。

背景技术

随着计算机系统功能的飞速发展，在计算机构建的工作站中通过总线来连接主控模块和从控模块以控制相应设备的结构模式已经出现，但是在现有的焊接控制系统中，通常单片机通过扩展I/O槽来连接更多的集成电路以控制与焊接有关的设备，如送丝设备、与焊接电流输出有关的设备、与焊枪或工件运动有关的设备等，在这种结构模式中单片机和集成电路的控制功能区域不清晰，所以这种结构模式的功能可扩展性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于总线的模块化焊接控制系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种主从结构的焊接控制系统，用于自动化焊接过程，它包括主控模块、从控模块、连接所述主控模块和所述从控模块的第一总线，所述的主控模块包括第一中央处理器，所述第一中央处理器控制所述主控模块与所述从控模块通过所述第一总线的通信，所述的从控模块包括电流控制模块、轨迹控制模块，所述的电流控制模块与所述主控模块通过所述第一总线相通信，所述的电流控制模块用于控制与焊接电流输出有关的设备；所述的轨迹控制模块与所述的主控模块通过所述第一总线相通信，所述的轨迹控制模块用于控制与焊枪或工件运动有关的设备，所述的电流控制模块和所述的轨迹控制模块在所述第一总线上被分配有不同的通信地址。

所述的电流控制模块包括第二中央处理器，所述的第二中央处理器通过所述第一总线与所述主控模块相通信以控制与焊接电流输出有关的设备；所述的轨迹控制模块包括第三中央处理器，所述的第三中央处理器通过所述第一总线与所述主控模块相通信以控制与焊枪或工件运动有关的设备。

所述第一总线上连接有操作机构，所述操作机构用于向所述主控模块和所述从控模块发送控制信息或接收反馈信息。

所述主控模块的第一中央处理器包括第一子中央处理器、第二子中央处理器，第二子中央处理器通过所述第一总线和所述从控模块通信，所述主控模块还包括数据存储器，第一子中央处理器和第二子中央处理器之间通过所述数据存储器交换数据。

所述的主控模块通过所述第二总线连接有上位机，所述的上位机和第一子中央处理器通过所述第二总线相通信。

所述的从控模块还包括送丝控制模块、横摆控制模块、弧长控制模块，所述的送丝控制模块、所述的横摆控制模块和所述的弧长控制模块在所述第一总线上各自被分配有唯一的通信地址，所述的送丝控制模块通过所述第一总线与所述的主控模块通信，所述的送丝控制模块包括第四中央处理器，所述的第四中央处理器通过所述第一总线和所述主控模块相通信以控制送丝设备；所述的横摆控制模块通过所述第一总线与所述的主控模块通信，所述的横摆控制模块包括第五中央处理器，所述的第五中央处理器通过所述第一总线和所述主控模块相通信以控制横摆设备；所述的弧长控制模块通过所述第一总线与所述的主控模块通信，所述的弧长控制模块包括第六中央处理器，所述的第六中央处理器通过所述第一总线和所述主控模块相通信以控制弧长设备。

与所述从控模块相连的的第一总线是RS485型总线。

与所述上位机相连的第二总线是RS232型总线。

所述主控模块具有第一出错急停电路，所述的第一出错急停电路用于输出和接收急停信号，所述从控模块中的各个控制模块上分别具有第二出错急停电路，所述的第二出错急停电路用于输出和接收急停信号，当至少一个模块输出急停信号时，其他模块会接收急停信号以响应急停。

所述的第一出错急停电路包括第一产生急停信号电路部分和第一接收急停信号电路部分，所述第一产生急停信号电路部分的输入端和所述主控模块的第一中央处理器的一输出端相连接，所述第一产生急停信号电路部分的输入端和输出端通过光电耦合传送急停信号，所述第一接收急停信号电路部分的输出端和所述第一中央处理器的一输入端相连接，所述第一接收急停信号电路部分的输入端和输出端通过光电耦合传送急停信号。

在所述从控模块中的每个控制模块中，所述的第二出错急停电路包括第二产生急停信号电路部分和第二接收急停信号电路部分，所述第二产生急停信号电路部分的输入端和控制模块上的一输出端相连接，所述第二产生急停信号电路部分的输入端和输出端通过光电耦合传送急停信号，所述第二接收急停信号电路部分的输出端和控制模块的一输入端相连接，所述第二接收急停信号电路部分的输入端和输出端通过光电耦合传送急停信号。

所述主控模块上具有复位急停电路，所述复位急停电路的输出端和所述主控模块的第一中央处理器的复位端相连接，所述复位急停电路的输入端与所述操作机构的一输出端相连接，当所述操作机构通过输入操作命令使主控模块复位后，所述主控模块输出急停信号。

所述复位急停电路的输入端和输出端通过光电耦合。

由于上述技术方案的运用，本发明具有如下优点：

从控模块的每个控制模块都具有独立的中央处理器，在各个控制模块通过第一总线和主控模块通信后，各个控制模块能独立工作，控制不同的设备以完成各自的功能，在复杂应用中需要增加其他功能时，在总线上可扩展相应的控制模块，这种基于总线的模块化焊接控制系统具有很好的功能可扩展性。

附图说明

附图1为本发明的结构框图；

附图2为本发明的主控模块中第一出错急停电路和复位急停电路的优选实施方式的电路原理图；

附图3为本发明的从控模块中第二出错急停电路的优选实施方式的电路原理图；

其中：

1、上位机；2、主控模块；3、从控模块；4、电流控制模块；5、轨迹控制模块；6、第一中央处理器；7、送丝控制模块；8、横摆控制模块；9、弧长控制模块；10、操作机构；11、数据存储器；12、第二出错急停电路；13、第一总线；14、第二总线；15、第一出错急停电路；16、复位急停电路；17、操作面板；18、线控器；19、第一子中央处理器；20、第二子中央处理器。

具体实施方式

下面结合附图来进一步阐述本发明的结构和工作原理。

参见附图1所示，一种主从结构的焊接控制系统，用于自动化焊接过程，它包括主控模块2、从控模块3、连接所述主控模块2和所述从控模块3的第一总线13，在本实施例中，所述第一总线13选用RS485型总线，所述的主控模块2包括第一中央处理器6，所述第一中央处理器6控制所述主控模块2与所述从控模块3通过所述第一总线13的通信，所述第一中央处理器6包括第一子中央处理器19、第二子中央处理器20，第二子中央处理器20通过所述第一总线13和所述从控模块3通信，所述主控模块2还包括数据存储器11，第一子中央处理器19和第二子中央处理器20之间通过所述数据存储器11交换数据，所述的主控模块2通过所述第二总线14连接有上位机1，所述的上位机1和第一子中央处理器19通过所述第二总线4相通信，在本实施例中所述第二总线14选用RS232型总线，所述的上位机1对通过第二总线14输入的焊接数据进行备份，或者以图形形式显示所述焊接数据的实时变化，所述的上位机1还可以编辑通过第二总线14输入的数据，并向所述主控模块2输出编辑后的数据，所述的从控模块3包括电流控制模块4、轨迹控制模块5、送丝控制模块7、横摆控制模块8、弧长控制模块9，所述的电流控制模块4与所述主控模块2通过所述第一总线13相通信，所述的电流控制模块4包括第二中央处理器，所述的第二中央处理器通过所述第一总线13与所述主控模块2相通信以控制与焊接电流输出有关的设备；所述的轨迹控制模块5在本实施例中选用旋转控制模块，所述的轨迹控制模块5与所述的主控模块2通过所述第一总线13相通信，所述的轨迹控制模块5包括第三中央处理器，所述的第三中央处理器通过所述第一总线13与所述主控模块2相通信以控制与焊枪或工件进行旋转运动有关的设备，所述的送丝控制模块7通过所述第一总线13与所述的主控模块2通信，所述的送丝控制模块7包括第四中央处理器，所述的第四中央处理器通过所述第一总线13与所述主控模块2相通信以控制送丝设备；所述的横摆控制模块8通过所述第一总线13与所述的主控模块2通信，所述的横摆控制模块8包括第五中央处理器，所述的第五中央处理器通过所述第一总线13与所述主控模块2相通信以控制横摆设备；所述的弧长控制模块9通过所述第一总线13与所述的主控模块2通信，所述的弧长控制模块9包括第六中央处理器，所述的第六中央处理器通过所述第一总线13与所述主控模块2相通信以控制弧长设备，所述从控模块3中的各个控制模块在所述第一总线13上各自被分配有唯一的通信地址。

所述第一总线13上连接有操作机构10，如附图1所示，所述操作机构10用于向所述主控模块2和所述从控模块3发送控制信息或接收反馈信息，所述操作机构10由操作面板17和线控器18组成，所述操作面板17和所述线控器18都连接在所述第一总线13上，在所述操作面板17上设定焊接工艺参数，通过第一总线13传送给主控模块2，然后主控模块根据通信地址，将相应的参数发送给从控模块3中相应的控制模块以控制相应的设备，所述操作面板17还可以显示从主控模块2输入的工作信息，并可编辑所述工作信息，然后向所述主控模块2输出编辑后的数据，所述线控器18通过第一总线13向主控模块2发送控制命令，如开始命令、结束命令以及衰减命令等，在等待焊接的过程中，线控器18还可以向主控模块2发送点动命令，主控模块2再将点动命令发送给相应的控制模块来完成点动动作，在自动化焊接过程中，主控模块2控制焊接时序，适时向从控模块3发送命令，从控模块3在接收到命令后进行控制动作，电流控制模块4控制电流输出，轨迹控制模块5控制旋转机构带动焊枪或者工件的旋转，送丝控制模块7控制送丝机，以一定速度送丝，横摆控制模块8控制横摆机构，带动焊枪头以设定宽度、设定速度横向摆动，弧长控制模块9控制弧长机构，带动枪头沿垂直于工件表面的方向调整枪头的高度。

参见附图2和附图3所示，所述主控模块2具有第一出错急停电路15，所述的第一出错急停电路15用于输出和接收急停信号，所述从控模块3中的各个控制模块上分别具有第二出错急停电路12，所述的第二出错急停电路12用于输出和接收急停信号，当至少一个模块输出急停信号时，其他模块会接收急停信号以响应急停，所述的第一出错急停电路15包括第一产生急停信号电路部分和第一接收急停信号电路部分，所述第一产生急停信号电路部分的输入端和所述主控模块2上第一子中央处理器19和第二子中央处理器20的一引脚端P3.5相连接，所述第一产生急停信号电路部分的输入端经二极管D1或者二极管D2、反相器U1、光电耦合器U2、反相器U3、二极管D3耦接至输出端，所述第一接收急停信号电路部分的输出端和所述主控模块2上第一子中央处理器19和第二子中央处理器20的INT0端相连接，所述第一接收急停信号电路部分的输入端经反相器U6、光电耦合器U5、反相器U4耦接至输出端，在所述从控模块3中的电流控制模块4中，所述的第二出错急停电路12包括第二产生急停信号电路部分和第二接收急停信号电路部分，所述第二产生急停信号电路部分的输入端和电流控制模块4上的第二中央处理器的一引脚端P3.5相连接，所述第二产生急停信号电路部分的输入端经反相器U11、光电耦合器U12、反相器U13、二极管D11耦接至输出端，所述第二接收急停信号电路部分的输出端和所述电流控制模块4上第二中央处理器的INT0端相连接，所述第二接收急停信号电路部分的输入端经反相器U14、光电耦合器U15、反相器U16耦接至输出端，从控模块3中其他控制模块的第二出错急停电路12和电流控制模块4上的是相同的。

当主控模块2发生故障输出急停信号时，第一子中央处理器19或第二子中央处理器20产生的急停信号经D1或者D2、U1、U2、U3、D3到达端口并输出到从控模块3中的各个控制模块，在各个控制模块中，该急停信号经U14、U15、U16至各控制模块中央处理器的外部中断引脚INT0，各控制模块响应急停；当从控模块3中的一控制模块中发生故障输出急停信号时，该控制模块的中央处理器产生的急停信号经U11、U12、U13、D11到达端口并输出到主控模块2或者从控模块3中的其他控制模块中，当输出到主控模块2中时，该急停信号经U6、U5、U4至第一子中央处理器19或第二子中央处理器20的外部中断引脚INT0，主控模块2也会响应急停，当输出到从控模块3中的其他控制模块中时，该急停信号经U14、U15、U16至控制模块中央处理器的外部中断引脚INT0，控制模块响应急停，综合前面所述，在焊接控制系统出现故障时，如缺水、过压、过流、旋转限位、碰工件等，只要有一个模块发生急停，其他模块会响应急停，即整个焊接控制系统处于急停状态。

所述主控模块2上具有复位急停电路16，所述复位急停电路16的输入端与所述操作机构10中的线控器18的一输出端相连接，所述复位急停电路16的输入端经反相器U10、光电耦合器U9、反相器U8、二极管D4、反相器U7耦接至所述主控模块2的第一子中央处理器19或第二子中央处理器20的复位端，当操作线控器18上的急停按钮产生复位信号，经U10、U9、U8、D4、U7进入第一子中央处理器19或第二子中央处理器20的复位端，使主控模块2复位后，所述主控模块2输出急停信号，从控模块3中的各个控制模块响应急停。

当所述主控模块2或者所述从控模块3中的各个控制模块发生故障时，所述上位机1或者操作面板17上显示相关故障信息；当所述主控模块2发生复位而引起所述从控模块3中的各个控制模块发生急停时，所述上位机1或者操作面板17上也会显示相关信息。

急停状态是指除主控模块之外的其他模块都处于等待状态，等待错误解除，当发生急停时，主控模块依次询问其它模块，要求回复当前状态信息并记录状态信息以做显示，产生急停信号的模块被主控功能模块询问到时，除发送错误代码外，还将保持的急停信号清除，使网络退出急停状态。

根据具体应用，焊接控制系统可以减少部分控制模块，例如在薄壁管焊接中无需送丝、横摆、弧长功能，则可减少这部分控制模块，在有些复杂应用中，必须增加控制模块，例如纵、环缝焊接中，通过扩展通用电机功能模块，从而增加横梁、纵梁控制，使其它机构在横梁、纵梁上较大的空间内运动，满足工件尺寸，将旋转机构换为滚轮架，拖动工件滚动，完成纵缝和环缝焊接。再例如，以上焊接控制系统与工业机器人构成复杂系统时，焊接控制系统需扩展I/O模块，与机器人实现数字信号通讯。

Claims (13)

1.一种主从结构的焊接控制系统，用于自动化焊接过程，它包括主控模块(2)、从控模块(3)、连接所述主控模块(2)和所述从控模块(3)的第一总线(13)，其特征在于：所述的主控模块(2)包括第一中央处理器(6)，所述第一中央处理器(6)控制所述主控模块(2)与所述从控模块(3)通过所述第一总线(13)的通信，所述的从控模块(3)包括电流控制模块(4)、轨迹控制模块(5)，所述的电流控制模块(4)与所述主控模块(2)通过所述第一总线(13)相通信，所述的电流控制模块(4)用于控制与焊接电流输出有关的设备；所述的轨迹控制模块(5)与所述的主控模块(2)通过所述第一总线(13)相通信，所述的轨迹控制模块(5)用于控制与焊枪或工件运动有关的设备，所述的电流控制模块(4)和所述的轨迹控制模块(5)在所述第一总线(13)上被分配有不同的通信地址。

2.根据权利要求1所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：所述的电流控制模块(4)包括第二中央处理器，所述的第二中央处理器通过所述第一总线(13)与所述主控模块(2)相通信以控制与焊接电流输出有关的设备；所述的轨迹控制模块(5)包括第三中央处理器，所述的第三中央处理器通过所述第一总线(13)与所述主控模块(2)相通信以控制与焊枪或工件运动有关的设备。

3.根据权利要求1所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：所述第一总线(13)上连接有操作机构(10)，所述操作机构(10)用于向所述主控模块(2)和所述从控模块(3)发送控制信息或接收反馈信息。

4.根据权利要求1所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：所述主控模块(2)的第一中央处理器(6)包括第一子中央处理器(19)、第二子中央处理器(20)，第二子中央处理器(20)通过所述第一总线(13)和所述从控模块(3)通信，所述主控模块(2)还包括数据存储器(11)，第一子中央处理器(19)和第二子中央处理器(20)之间通过所述数据存储器(11)交换数据。

5.根据权利要求4所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：所述的主控模块(2)通过所述第二总线(14)连接有上位机(1)，所述的上位机(1)和第一子中央处理器(19)通过所述第二总线(4)相通信。

6.根据权利要求1所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：所述的从控模块(3)还包括送丝控制模块(7)、横摆控制模块(8)、弧长控制模块(9)，所述的送丝控制模块(7)、所述的横摆控制模块(8)和所述的弧长控制模块(9)在所述第一总线(13)上各自被分配有唯一的通信地址，所述的送丝控制模块(7)通过所述第一总线(13)与所述的主控模块(2)通信，所述的送丝控制模块(7)包括第四中央处理器，所述的第四中央处理器通过所述第一总线(13)和所述主控模块(2)相通信以控制送丝设备；所述的横摆控制模块(8)通过所述第一总线(13)与所述的主控模块(2)通信，所述的横摆控制模块(8)包括第五中央处理器，所述的第五中央处理器通过所述第一总线(13)和所述主控模块(2)相通信以控制横摆设备；所述的弧长控制模块(9)通过所述第一总线(13)与所述的主控模块(2)通信，所述的弧长控制模块(9)包括第六中央处理器，所述的第六中央处理器通过所述第一总线(13)和所述主控模块(2)相通信以控制弧长设备。

7.根据权利要求4所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：与所述从控模块(3)相连的的第一总线(13)是RS485型总线。

8.根据权利要求5所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：与所述上位机(1)相连的第二总线(14)是RS232型总线。

9.根据权利要求1或6所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：所述主控模块(2)具有第一出错急停电路(15)，所述的第一出错急停电路(15)用于输出和接收急停信号，所述从控模块(3)中的各个控制模块上分别具有第二出错急停电路(12)，所述的第二出错急停电路(12)用于输出和接收急停信号，当至少一个模块输出急停信号时，其他模块会接收急停信号以响应急停。

10.根据权利要求9所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：所述的第一出错急停电路(15)包括第一产生急停信号电路部分和第一接收急停信号电路部分，所述第一产生急停信号电路部分的输入端和所述主控模块(2)的第一中央处理器(6)的一输出端相连接，所述第一产生急停信号电路部分的输入端和输出端通过光电耦合传送急停信号，所述第一接收急停信号电路部分的输出端和所述第一中央处理器(6)的一输入端相连接，所述第一接收急停信号电路部分的输入端和输出端通过光电耦合传送急停信号。

11.根据权利要求9所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：在所述从控模块(3)中的每个控制模块中，所述的第二出错急停电路(12)包括第二产生急停信号电路部分和第二接收急停信号电路部分，所述第二产生急停信号电路部分的输入端和控制模块上的一输出端相连接，所述第二产生急停信号电路部分的输入端和输出端通过光电耦合传送急停信号，所述第二接收急停信号电路部分的输出端和控制模块的一输入端相连接，所述第二接收急停信号电路部分的输入端和输出端通过光电耦合传送急停信号。

12.根据权利要求1所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：所述主控模块(2)上具有复位急停电路(16)，所述复位急停电路(16)的输出端和所述主控模块(2)的第一中央处理器(6)的复位端相连接，所述复位急停电路(16)的输入端与所述操作机构(10)的一输出端相连接，当所述操作机构(10)通过输入操作命令使主控模块(2)复位后，所述主控模块(2)输出急停信号。

13.根据权利要求12所述的一种主从结构的焊接控制系统，其特征在于：所述复位急停电路(16)的输入端和输出端通过光电耦合。

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