CN102821903A - 采用内部以太网通信的焊接系统和方法 - Google Patents

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奎恩·W·沙尔特纳
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Abstract

提供了一种采用内部以太网通信的焊接系统(10)和方法。一种焊接系统(10)包括被设置用于为焊接生成电力的电源(12)。电源包括用于实施预定焊接方案的第一处理电路(50)和连接至第一处理电路并且被设置用于通过以太网协议通信的第一以太网接口(52)。该系统还包括连接至电源(12)以从电源(12)接收电力并为焊接提供焊丝的送丝机(30)。送丝机(30)包括用于控制送丝机(30)操作的第二处理电路(64)和连接至第二处理电路(64)并且被设置用于通过以太网协议通信的第二以太网接口(52)。焊接电源和送丝机根据以太网协议通过连接在各以太网接口之间的以太网媒体电缆交换焊接参数数据。

Description

采用内部以太网通信的焊接系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年4月5日提交的申请号为61/320,977且发明名称为“使用快速以太网作为用于焊接系统的系统互联和通信(Use of Fast Ethernet asSystem Interconnect/Communications For Welding System)”的美国临时专利申请以及2011年2月24日提交的申请号为13/034,252且发明名称为“采用内部以太网通信的焊接系统和方法(Welding System and Method UtilizingInternal Ethernet Communications)”的优先权，通过引用将其内容并入本文。
背景技术
本发明主要涉及焊接系统，并且更具体地涉及采用内部以太网通信的焊接系统和方法。
焊接已经是在各种工业和应用场合中日益普及的一种工艺。尽管此类工艺在某些环境中可以是自动化的，但是大量的应用场合仍然继续存在手工焊接操作。此类焊接操作依赖于各种类型的设备以确保在需要的时间为焊接提供适当数量的焊接消耗品(例如送丝、保护气等)的供应。例如，熔化极惰性气体(MIG)焊接通常依赖于送丝机以确保适量的送丝到达焊炬。
焊接电源被用于为此类应用提供电力，而送丝机则被用于向焊炬输送焊丝。数据电缆使焊接电源、送丝机和其他焊接设备能够彼此通信。过去一直将采用模拟信号在焊接设备之间交换数据。但是也有一些系统使用数字信号在焊接系统内交换数据，例如基于EIA/RS-485的数据传输。可惜对于此类系统来说带宽可能狭窄受限，协议可能难以使用，基础设施可能是专有的，并且可能没有内部的电绝缘。因此，对克服这些缺点的焊接设备间数据通信系统存在需求。
发明内容
在一个示范性实施例中，一种焊接系统包括被设置用于为焊接应用生成焊接电力的焊接电源。焊接电源包括用于实施预定焊接方案的第一处理电路和连接至第一处理电路的第一以太网接口。第一媒体存取控制器被设置用于通过以太网协议通信。焊接系统还包括连接至电源以从电源接收焊接电力并为焊接应用提供焊丝的送丝机。送丝机包括用于控制送丝机操作的第二处理电路和连接至第二处理电路的第二以太网接口。第二媒体存取控制器被设置用于通过以太网协议通信。焊接电源和送丝机根据以太网协议通过连接在以太网接口之间的以太网媒体电缆交换焊接参数数据。
在另一个示范性实施例中，一种用于焊接的方法包括根据以太网协议通过连接在第一以太网接口和第二以太网接口之间的以太网媒体电缆从包括所述第一以太网接口的焊接电源接收焊接参数数据。焊接电源被设置用于为焊接应用生成焊接电力。焊接设备包括第二以太网接口。用于焊接的方法还包括在还未进行焊接操作时通过以太网媒体电缆从焊接电源接收电力以用于操作焊接设备。所述方法包括通过来自焊接电源的电力给焊接设备通电，根据以太网协议通过以太网媒体电缆从焊接设备向焊接电源传输焊接参数数据。
在另一个实施例中，一种焊接电源包括用于实施预定焊接方案的处理电路和连接至处理电路并且被设置用于通过以太网协议通信的以太网接口。电源包括以太网端口，以太网端口被连接至以太网接口并且被设置用于根据以太网协议通过耦合在以太网端口和焊接设备之间的以太网媒体电缆交换焊接参数数据。
附图说明
本发明的各种特征、应用和优点将在参照附图阅读以下详细说明时得到更好的理解，其中相同的附图标记在附图中始终表示相同的部件，在附图中：
图1是根据本发明应用得到的一种示范性焊接系统的透视图；
图2是采用内部以太网通信的一种示范性焊接系统的示意图；
图2A是采用内部无线以太网通信的一种示范性焊接系统的示意图；
图3是采用内部以太网通信的另一种示范性焊接系统的示意图；
图4是采用内部以太网通信的另一种示范性焊接系统的示意图；
图4A是采用内部无线以太网通信的另一种示范性焊接系统的示意图；以及
图5是采用内部以太网通信的一种示范性焊接方法的流程图。
具体实施方式
正如以下的详细介绍所述，提供了采用内部以太网通信的系统的实施例。应该注意的是现有公开文献已经公开了与焊接设备一起使用的例如在计算机网络和焊接设备之间或者在互联网和焊接设备之间的以太网通信。例如参见Houston等人的公开号为2004/0065650的美国专利以及Blankenship等人的公开号为2005/0258154的美国专利。但是，本公开适用于焊接系统内例如焊接电源和送丝机之间的以太网通信。这样的系统可以增加工作带宽，用现有协议提供互操作性，使用工业标准基础设施并且提供内部的电绝缘。例如，焊接设备之间的通信带宽可以增加至约10、100或1000兆位每秒。在一个实施例中，焊接系统包括装有耦合至处理电路的媒体存取控制器的焊接电源。焊接系统还包括装有连接至处理电路的媒体存取控制器的送丝机。媒体存取控制器被设置用于通过以太网协议通信。焊接电源和送丝机根据以太网协议通过连接在媒体存取控制器之间的以太网媒体电缆交换焊接参数数据。
现转至附图，图1示出了为焊接操作供电、实施控制并提供原料的示范性焊接系统10。焊接系统10包括具有控制面板14的焊接电源12，焊接操作人员可以通过控制面板来控制焊接材料例如气流、送丝等供应给送往焊枪16。为此，控制面板14包括输入或接口设备例如操作人员可以用于调节焊接参数(譬如电压、电流等)的按钮18。焊接电源12还可以包括安装在电源12背部并且被设置用于支撑通过链条24固定就位的气缸22的托盘20。气缸22是供应焊枪16的气体来源。而且，焊接电源12可以通过一组较小的前轮26和一组较大的后轮28成为可移动的，这就使操作人员能够将电源12移动到焊接位置。
焊接系统10还包括为焊枪16提供焊丝以供在焊接操作中使用的送丝机30。送丝机30可以包括允许用户设置一种或多种送丝参数例如送丝速度的控制面板32。另外，送丝机30可以容纳各种内部构件例如焊丝卷筒、送丝驱动系统、电机等。另外，送丝机30可以与任何送丝工艺一起使用，例如气体保护操作(气体保护金属极电弧焊(GMAW))或无气体保护操作(屏蔽金属极电弧焊(SMAW))。例如，送丝机可以在金属极惰性气体(MIG)焊接或焊条焊接中使用。
各种电缆将焊接系统10中的部件连接在一起并且有助于向焊枪16供应焊接材料。第一电缆34将焊枪16连接至送丝机30。第二电缆36将焊接电源12连接至工作钳38，工作钳38在焊接操作期间连接至工件40以接通焊接电源12和焊枪16之间的电路。电缆的线束42将焊接电源12连接至送丝机30并提供焊接操作中使用的焊接材料。线束42包括焊接用输电线44、气管46和控制电缆48。控制电缆48可以是包括以太网供电的以太网控制电缆、以太网控制电缆和辅助电力电缆的组合、另一种类型的包括辅助电力的控制电缆，或辅助电力电缆。根据焊接工艺的极性，焊接用输电线44和电缆36所用的终端连接可以交换。应该注意的是电缆的线束42在某些实施例中可以不捆扎在一起。
应该注意的是可以根据本发明的应用对图1中的示范性焊接系统10进行修改。例如，托盘20可以从焊接设备12中去除，而气缸22可以设置在辅助支撑推车上或远离焊接操作的位置。而且，尽管图示的实施例是在恒压MIG焊接工艺的背景下进行介绍，但是本发明的特征也可以与各种其他合适的焊接系统和工艺一起使用。
图2是采用内部以太网通信的一种示范性焊接系统10的示意图。焊接电源12和送丝机30被示出为在这两种设备之间连接有控制电缆48。控制电缆48是包括以太网供电的以太网控制电缆。但是，在某些实施例中，接口电缆48并不包括以太网供电。焊接电源12包括处理电路50。处理电路50发送并接收用于控制焊接操作例如用于实施预定焊接方案的信号。而且，处理电路50可以包括微处理器。处理电路50与以太网接口52通信。如图所示，以太网接口52可以是独立设备。但是，在某些实施例中，以太网接口52可以被包括在独立于处理电路50的另一设备上，或者至少部分以太网接口52可以被包括在处理电路50内。以太网接口52使焊接电源12能够在焊接网络上通信。在焊接网络内，焊接设备使用以太网协议通信。而且，以太网接口52可以使各设备能够利用电缆或无线地彼此连接。
媒体存取控制器54、以太网物理收发器56和隔离设备58都是以太网接口52的一部分。媒体存取控制器54实施数据链路层的媒体存取控制数据通信协议子层并提供以太网接口52的物理地址或MAC地址，由此通过以太网协议实现通信。以太网物理收发器56利用接口例如MII、RMII或包括专用接口在内的任意其他接口与媒体存取控制器54通信。隔离设备58被连接至以太网物理收发器56以例如通过端口60提供以太网接口52和外部连接之间的电绝缘。隔离设备58可以是变压器、光隔离器或提供电绝缘的其他设备。端口60可以是任意类型的端口例如以太网(RJ45)端口、光纤端口等。而且，以太网供电设备62可以被设置用于端口60以使得除了以太网通信之外还可以通过控制电缆48供电。应该注意的是某些实施例可以不使用以太网物理收发器56并因此通过媒体存取控制器到媒体存取控制器的直接通信进行操作。
送丝机30包括控制送丝机操作的处理电路64。处理电路64与连接至端口60的以太网接口52通信。除了数据以外，也可以在控制电缆48上输送电力。电力可以来自焊接电源12并通过连接68由送丝机30的电力转换电路66接收。电力转换电路66可以转换以太网供电以供送丝机30使用，例如在焊接操作开始时提供唤醒电力(wake-up power)。电力转换电路66为处理电路64提供电力。处理电路64可以从用户接口70接收输入，用户可以通过用户接口70输入所需参数(例如电压、电流、焊丝速度等)。
在这样的系统中，焊接电源12利用以太网协议与送丝机30通信以在控制电缆48上传输数据。而且，如上所述，电力和数据均可在电缆48上传输以为焊接设备的控制电路例如微处理器提供电力。因为焊接电源12被直接连接至送丝机30，所以控制电缆48可以被设置为交叉(crossover)电缆，由此实现直接通信。
图2A是采用内部无线以太网通信的一种示范性焊接系统10的示意图。如图所示，焊接电源12和送丝机30的以太网接口52均包括媒体存取控制器54和以太网物理收发器56。而且，焊接电源12和送丝机30的以太网接口52均通过天线74被连接至收发器72以实现设备之间的无线通信。收发器72可以被设置为使用例如Wi-Fi等工业标准进行通信。因此，焊接电源12和送丝机30无需设备之间的以太网电缆连接即可在内部网络上通信。
图3是采用内部以太网通信的另一种示范性焊接系统10的示意图。焊接电源12的处理电路50包括媒体存取控制器54。例如，处理电路50内的微处理器可以包括媒体存取控制器54。焊接电源12包括具有端口78，80和82的网络开关76。但是，在其他的实施例中可以使用具有任意数量端口的开关。而且，网络开关76可以实现开关端口和开关外部的媒体存取控制器之间的直接通信。例如，某些网络开关的端口可以包括未装有以太网物理收发器的媒体存取控制器以实现这种媒体存取控制器的直接连接。但是，在另一些实施例中，网络开关的端口可以包括媒体存取控制器和以太网物理收发器，由此外部连接至另一个以太网物理收发器。如图所示，端口78是设置用于直接连接至媒体存取控制器54的内部端口。计算机网络84利用以太网电缆86连接至端口82。为了与计算机网络84通信，以太网电缆86可以是交叉电缆。焊接电源12可以向计算机网络84发送数据和/或从计算机网络84接收数据以实现远程监测或控制焊接电源12。以太网供电设备62连接至开关76以实现以太网供电。送丝机30利用控制电缆48连接至开关76的端口80。
图4是采用内部以太网通信的另一种示范性焊接系统10的示意图。焊接电源12包括处理电路50，处理电路50进一步包括媒体存取控制器54。焊接电源12还包括具有端口78，80和82的开关76。焊接电源12中的媒体存取控制器54被连接至开关76的端口78。同样地，计算机网络84通过电缆86连接至端口82。
送丝机30包括独立于处理电路64的以太网接口52。送丝机30也包括具有端口90，92和94的开关88。但是，其他的实施例可以使用具有任意数量端口的开关。送丝机30的以太网接口52和电力转换电路66连接至开关88的内部端口94。控制电缆48连接在焊接电源12的开关76上的端口80和送丝机30的开关88上的端口92之间。控制电缆48可以是交叉电缆以将两个开关76和88连接在一起。
控制板(pendant)96利用电缆98连接至送丝机30中开关88的端口90。控制板96包括对控制板的操作进行控制的处理电路100。处理电路100被连接至以太网接口52。以太网接口52连接至控制板96的端口60。类似地，电缆98还连接至端口60，由此可使控制板96访问数据和/或电力。控制板96包括可以通过连接110接收以太网供电的电力转换电路108。电力转换电路108将来自以太网电缆98的电力转换为可以提供给处理电路100的电力。处理电路100可以从用户接口112接收输入，用户可以通过用户接口112输入所需参数(例如电压、电流等)。处理电路100还可以在存储器114内存储数据和指令。通过接收以太网供电，控制板96即可被通电例如用于唤醒子程序或者用于其他的电力应用，并且可以缩短启动焊接操作所需的时间。
图4A是采用内部无线以太网通信的另一种示范性焊接系统10的示意图。如图所示，焊接电源12、送丝机30和控制板96的以太网接口52均包括媒体存取控制器54和以太网物理收发器56。而且，焊接电源12、送丝机30和控制板96的以太网接口52均通过天线74被连接至收发器72以实现设备之间的无线通信。如前所述，收发器72可以被设置为使用例如Wi-Fi等工业标准进行通信。因此，焊接电源12、送丝机30和控制板96无需设备之间的以太网电缆连接即可在内部网络上通信。
应该注意的是对于图2至图4公开的实施例可以有多种可行的变形。例如，焊接电源12、送丝机30和控制板96可以都不包括网络开关或无线收发器，或者它们中的一者或多者可以包括网络开关或无线收发器。控制板96可以被连接至送丝机30或焊接电源12。而且，焊接网络中可以不包括计算机网络84。媒体存取控制器、以太网物理收发器、隔离设备和/或以太网接口可以独立于任何特定焊接设备的处理电路或者是其中的一部分。另外，术语“以太网接口”可以被用于单独或整体地表示媒体存取控制器、以太网物理收发器和隔离设备或其任意组合。
图5是采用内部以太网通信的一种示范性焊接方法116的流程图。在步骤118，焊接设备通过以太网电缆从焊接电源接收焊接数据。然后，在步骤120，焊接设备在还未进行焊接操作时通过以太网电缆从焊接电源接收电力以用于操作焊接设备。接下来，在步骤122对焊接设备是否可用进行判定。如果焊接设备不可用，那么就在步骤124通过来自焊接电源的电力给焊接设备通电。如果焊接设备可用，那么就略过步骤124并执行步骤126。在步骤126，利用以太网协议通过以太网电缆从焊接设备向焊接电源传输焊接参数数据。
尽管在本文中仅仅图示和介绍了本发明的某些特征，但是本领域技术人员可以得到多种变形和修改。因此应该理解所附权利要求是为了覆盖所有这些落入本发明真正实质范围内的变形和修改。

Claims (20)

1.一种焊接系统，包括：
被设置用于为焊接应用生成焊接电力的焊接电源，焊接电源包括用于实施预定焊接方案(regime)的第一处理电路和连接至第一处理电路并且被设置用于通过以太网协议通信的第一以太网接口；以及
连接至电源以从电源接收焊接电力并为焊接应用提供焊丝的送丝机，送丝机包括用于控制送丝机操作的第二处理电路和连接至第二处理电路并且被设置用于通过以太网协议通信的第二以太网接口；
其中焊接电源和送丝机根据以太网协议通过连接在以太网接口之间的以太网媒体电缆交换焊接参数数据。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述送丝机在还未进行焊接操作时通过以太网媒体电缆从焊接电源接收电力以用于操作送丝机。
3.如权利要求1所述的系统，包括连接至送丝机以从送丝机接收电力并为焊接应用提供控制信号的控制板(pendant)，控制板包括用于对控制板的操作进行控制的第三处理电路和连接至第三处理电路并且被设置用于通过以太网协议通信的第三以太网接口。
4.如权利要求1所述的系统，包括连接至电源以从电源接收电力并为焊接应用提供控制信号的控制板，控制板包括用于对控制板的操作进行控制的第三处理电路和连接至第三处理电路并且被设置用于通过以太网协议通信的第三以太网接口。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述控制板在还未进行焊接操作时通过以太网媒体电缆从焊接电源接收电力以用于操作控制板。
6.如权利要求1所述的系统，其中至少有一个第一以太网接口在第一处理电路内部，并且第二以太网接口在第二处理电路内部。
7.如权利要求1所述的系统，其中至少有一个第一以太网接口在第一处理电路外部，并且第二以太网接口在第二处理电路外部。
8.如权利要求1所述的系统，包括连接在第一以太网接口、第二以太网接口和包括第三以太网接口的焊接系统的至少一个附加部件之间的第一开关。
9.如权利要求1所述的系统，包括连接在第一以太网接口和第二开关之间的第一开关，连接在第一开关、第二以太网接口和包括第三以太网接口的焊接系统的至少一个附加部件之间的第二开关。
10.如权利要求1所述的系统，包括连接至第一以太网接口的第一收发器和连接至第二以太网接口的第二收发器以使以太网接口能够无线通信。
11.一种用于焊接的方法，包括：
根据以太网协议通过连接在第一以太网接口和第二以太网接口之间的以太网媒体电缆从包括第一以太网接口的焊接电源接收焊接参数数据，焊接电源被设置用于为焊接应用生成焊接电力，焊接设备包括所述第二以太网接口；
在还未进行焊接操作时通过以太网媒体电缆从焊接电源接收电力以用于操作焊接设备；
通过来自焊接电源的电力给焊接设备通电；以及
根据以太网协议通过以太网媒体电缆从焊接设备向焊接电源传输焊接参数数据。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述焊接设备包括送丝机。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述焊接设备包括控制板。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述焊接电源包括用于实施预定焊接方案的第一处理电路，并且所述焊接设备包括用于控制焊接设备操作的第二处理电路。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述第一处理电路包括所述第一以太网接口并且所述第二处理电路包括所述第二以太网接口。
16.一种焊接电源，包括：
用于实施预定焊接方案的处理电路；
连接至处理电路并且被设置用于通过以太网协议通信的以太网接口；以及
以太网端口，所述以太网端口被连接至以太网接口并且被设置用于根据以太网协议通过连接在以太网端口和焊接设备之间的以太网媒体电缆交换焊接参数数据。
17.如权利要求16所述的电源，其中所述焊接设备是送丝机。
18.如权利要求16所述的电源，其中所述焊接设备是控制板。
19.如权利要求16所述的电源，包括连接至以太网端口并且被设置用于将一个或多个焊接设备连接至电源的开关。
20.如权利要求16所述的电源，其中所述以太网端口被设置用于通过以太网电缆向焊接设备输送电力。
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