CN107378202A - 一种双脉冲送丝电机的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于双脉冲焊接技术领域，提供了一种双脉冲送丝电机的控制系统及方法，该方法包括设定送丝电机的第一速度及其运行时间和第二速度，控制所述送丝电机运行在所述第一速度，所述第一速度大于所述第二速度；在所述第一速度的运行时间结束时，关闭所述送丝电机的驱动电源，启动刹车单元，降低所述送丝电机的速度；检测所述送丝电机的运行速度；当所述送丝电机的运行速度达到所述第二速度时，关闭所述刹车单元，启动所述送丝电机。通过在送丝电机的第一速度的运行时间结束时，关闭送丝电机的驱动电源，启动刹车单元，使送丝电机的速度快速降到第二速度，缩短送丝电机由高速变为低速的过渡时间，改善双脉冲焊接性能以及焊缝的质量和成型效果。

Description

一种双脉冲送丝电机的控制系统及方法

技术领域

本发明属于双脉冲焊接技术领域，尤其涉及一种双脉冲送丝电机的控制系统及方法。

背景技术

目前，在现在的气体保护焊机中，由于属于半自动气体保护焊，都需要用电机进行送丝焊接，而电机要进行稳定可靠的送丝，都需要一套完整的送丝系统。

在双脉冲焊接中，双脉冲焊接的峰值电流和基值电流是通过改变送丝速度来实现的，当送丝速度由低速向高速过渡时，由于PI调节的作用，会有较大的驱动电压加到送丝机两端，过渡过程很快，时间很短；但当送丝速度由高速向低速过渡时，焊接电压和送丝速度不能够很好的匹配，过渡过程很慢，时间较长，完全取决于送丝机的惯性，惯性大的时间就长，反之时间则短，严重影响到焊机的双脉冲焊接性能以及焊缝的质量和成型效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双脉冲送丝电机的控制系统及方法，旨在解决传统的技术方案中存在的送丝电机的送丝速度由高速向低速过渡时，焊接电压和送丝速度不能够很好的匹配，过渡过程很慢，时间较长的问题。

一种双脉冲送丝电机的控制方法，所述方法包括以下步骤：

设定送丝电机的第一速度及其运行时间和第二速度，控制所述送丝电机运行在所述第一速度，所述第一速度大于所述第二速度；

在所述第一速度的运行时间结束时，关闭所述送丝电机的驱动电源，启动刹车单元，降低所述送丝电机的速度；

检测所述送丝电机的运行速度；

当所述送丝电机的运行速度达到所述第二速度时，关闭所述刹车单元，启动所述送丝电机。

进一步，所述方法还包括：当焊接结束时，关闭所述送丝电机的电源，启动刹车单元，使所述送丝电机的速度快速降低为0。

进一步，所述送丝电机为伺服电机。

本发明还提供一种双脉冲送丝电机的控制系统，所述系统包括控制单元、电机驱动单元、刹车单元、送丝电机和速度采样单元；所述控制单元分别与电机驱动单元、所述刹车单元和所述速度采样单元连接，所述电机驱动单元与所述送丝电机连接，所述刹车单元与所述送丝电机连接，所述控制单元用于设定所述送丝电机的预定速度及其运行时间，产生并输出PWM信号，所述控制单元接收所述速度采样单元的速度信号，根据所述速度信号输出PWM信号和控制所述刹车单元开闭，以调节所述送丝电机的运行速度。

进一步，所述电机驱动单元包括第一MOS管、高速光耦和电机电源；所述高速光耦的输入端接所述控制单元的PWM信号输出端，所述第一MOS管的栅极接所述高速光耦的输出端，第一MOS管的源极接所述电机电源的正极，第一MOS管的漏极接所述送丝电机的正极输入端，所述电机电源的负极接送丝电机的负极输入端。

进一步，所述刹车单元包括刹车电路和刹车驱动电路，所述刹车驱动电路的输入端与所述控制单元连接，所述刹车驱动电路的输出端与所述刹车电路连接。

进一步，所述刹车电路包括刹车电阻和第二MOS管，所述第二MOS管的漏极通过所述刹车电阻接所述电机驱动单元的正极输出端，所述第二MOS管的源极接所述电机驱动单元的负极输出端，所述第二MOS管的栅极连接所述刹车驱动电路的输出端。

进一步，所述刹车驱动电路包括光耦隔离管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述光耦隔离管的第一输入端接发光侧电源，所述光耦隔离管的第二输入端通过所述第一电阻接所述控制单元的控制端，所述光耦隔离管的第一输出端接地，所述光耦隔离管的第二输出端通过所述第二电阻接受光侧电源，所述光耦隔离管的第二输出端接所述刹车电路的输入端，所述第三电阻接在所述光耦隔离管的第一输出端和第二输出端之间。

进一步，还包括焊枪开关电路，所述焊枪开关电路与所述控制单元连接。

进一步，所述送丝电机为伺服电机。

上述的双脉冲送丝电机的控制方法，通过在送丝电机的第一速度的运行时间结束时，关闭送丝电机的驱动电源，同时启动刹车单元，使送丝电机的运行速度快速降低到第二速度，并在送丝电机达到第二速度时，启动送丝电机，使送丝电机保持在第二速度，从而缩短送丝电机由高速变为低速的过渡时间，进而改善焊机的双脉冲焊接性能以及焊缝的质量和成型效果。

附图说明

图1为本发明较佳实施例提供的双脉冲送丝电机的控制方法的具体流程图；

图2为本发明较佳实施例提供的双脉冲送丝电机的控制系统的结构示意图；

图3为本发明较佳实施例提供的电机驱动单元和刹车单元的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明较佳实施例提供的双脉冲焊接送丝电机的调速方法的具体流程图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种双脉冲焊接送丝电机50的调速方法，该方法包括以下步骤：

S110，设定送丝电机50的第一速度的运行时间和第二速度，控制所述送丝电机运行在所述第一速度，第一速度大于第二速度；

在焊接开始前，送丝电机50的速度为0，并通过焊接系统设定送丝电机50的稳定运行时的第一速度和运行该第一速度的运行时间，以及第一速度结束后送丝电机50的第二速度，其中，第一速度大于第二速度。焊接开始后，系统向送丝电机50输出第一速度对应的第一电压信号，使送丝电机50的速度从0快速升到第一速度，当该送丝电机50的第一速度的运行时间结束时，送丝电机50将会转入第二速度，即送丝电机50将会有一个高速转为低速的过程。

S120，在第一速度的运行时间结束时，关闭送丝电机50的驱动电源，启动刹车单元30，降低送丝电机50的速度；

在送丝电机50的第一速度的运行时间结束时，系统关闭送丝电机50的电源，使送丝电机50的速度降低，从而过渡到第二速度，在关闭送丝电机50的电源的同时，系统启动刹车单元30，使送丝电机50的运行速度快速降低，从而缩短送丝电机50由高速变为低速的过渡时间，进而改善焊机的双脉冲焊接性能以及焊缝的质量和成型效果。

S130，检测送丝电机50的运行速度；

S140，当送丝电机50的运行速度达到第二速度时，关闭刹车单元30，启动送丝电机50。

在送丝电机50的速度降低的过程中，系统会持续检测送丝电机50的运行速度，当检测到送丝电机50的运行速度达到第二速度时，送丝电机50完成从第一速度过渡到第二速度的过程，系统关闭刹车单元30，同时向送丝电机50输出第二电压信号，以维持送丝电机50运行在第二速度。

进一步，该方法还包括：当焊接结束时，关闭送丝电机50的驱动电源，启动刹车单元30，送丝电机50的速度快速降低为0。

当焊接过程结束时，焊枪关闭，系统接收到焊枪的关闭信号后，关闭送丝电机50的电源，同时启动刹车单元30，使送丝电机50快速停止，减少送机电机的惯性对焊接的影响。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种双脉冲焊接送丝控制系统，该系统包括控制单元10、电机驱动单元20、刹车单元30、速度采样单元40送丝电机50和送丝电机50。

控制单元10为可编程器件或芯片，优选为单片机DSP等，控制单元10分别与刹车单元30和速度采样单元40连接，控制单元10接收速度采样单元40的速度信号，控制单元10用于设定送丝电机50的预定速度及其运行时间，产生并输出PWM信号，控制单元10接收速度采样单元40的速度信号，根据速度信号输出PWM信号和控制刹车单元30开闭，以调节送丝电机50的运行速度。具体地，设定送丝电机50的第一速度的运行时间和第二速度，第一速度大于第二速度，在第一速度的运行时间结束时，控制单元10停止输出PWM信号，启动刹车单元30，使送丝电机50快速降到第二速度。

速度采样单元40连接在送丝电机50和控制单元10之间，该速度采样单元40用于检测送丝电机50的运行速度，并将送丝电机50的速度信号传送给控制单元10，一方面，控制单元10根据速度采样单元40反馈的速度信号来实时的调节送丝电机50的运行速度，使送丝电机50的运行速度保持在预设值，另一方面，在送丝电机50从高速过渡到低速的过程中，控制单元10根据速度采样单元40反馈的速度信号输出PWM信号20和控制刹车单元30开闭，使送丝电机50完成高速到低速的快速过渡。

如图2和图3所示，电机驱动单元20分别与控制单元10和送丝电机50连接，刹车单元30、送丝电机50接收控制单元10输出的PWM信号，用来驱动送丝电机50的运行。电机驱动单元20包括第一MOS管VQ1、高速光耦和电机电源；高速光耦的输入端接控制单元10的输出端CPU-PWM，第一MOS管VQ1的栅极接高速光耦的输出端，第一MOS管VQ1的源极接电机电源的正极POW+，第一MOS管VQ1的漏极接电机驱动单元20的正极输出端MOTOR+，电机电源的负极POW-接电机驱动单元20的负极输出端MOTOR-，电机驱动单元20的正极输出端MOTOR+和负极输出端MOTOR-接驱动送丝电机50，用于驱动送丝电机50。

刹车单元30分别与控制单元10和送丝电机50连接，用于送丝电机50的刹车。刹车单元30包括刹车电路31和刹车驱动电路32，刹车驱动电路32的输入端与控制单元10连接，刹车驱动电路32的输出端与刹车电路31连接，控制单元10通过刹车驱动电路32控制刹车电路31的导通和关闭，从而控制送丝电机50的刹车。其中刹车电路31包括刹车电阻R4和第二MOS管VQ2，第二MOS管VQ2的漏极通过刹车电阻R4接电机驱动单元20的正极输出端MOTOR+，第二MOS管VQ2的源极接电机驱动单元20的负极输出端MOTOR-，所述第二MOS管VQ2的栅极连接刹车驱动电路32的输出端。刹车驱动电路32包括光耦隔离管H01、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，光耦隔离管H01的第一输入端接发光侧电源VCC1，光耦隔离管H01的第二输入端通过第一电阻R1接控制单元10的控制端CPU-KG，光耦隔离管H01的第一输出端接地，光耦隔离管H01的第二输出端通过第二电阻R2接受光侧电源VCC2，光耦隔离管H01的第二输出端接第二MOS管VQ2的栅极，第三电阻R3接在光耦隔离管H01的第一输出端和第二输出端之间。

进一步，还包括焊枪开关电路，焊枪开关电路与控制单元10连接，焊枪开关电路包括一个手动开关，用于手动开启和关闭焊枪，当按下手动开关，开启焊枪后，控制单元10输出PWM信号，关闭刹车单元30，电机驱动单元20驱动送丝电机50运行，当松开手动开关后，焊枪关闭，控制单元10停止输出PWM信号，开启刹车单元30，送丝电机50迅速停止运行。

请参照图3所示，在焊接开始之前，控制单元10控制第一MOS管VQ1截止，控制单元10的控制端CPU-KG输出高电平到光电隔离管H01的第二输入端，光电隔离管的第二输出端输出低电平，第二MOS管VQ2导通，送丝电机50处于刹车状态，送丝电机50不工作。焊接启动后，控制单元10输出第一PWM信号驱动第一MOS管VQ1，电机驱动单元20向送丝电机50输出驱动电压驱动送丝电机50的运行，此时，送丝电机50的速度由0上升到第一PWM信号所对应的第一速度并维持第一速度，当第一速度结束时，控制单元10停止输出第一PWM信号并关断第一MOS管VQ1，同时控制单元10的控制端CPU-KG输出低电平到光电隔离管H01的第二输入端，第二MOS管VQ2导通，刹车电阻R4产生刹车电流，启动刹车，使送丝电机50的速度快速降低。当速度采样单元40检测到送丝电机50的运行速度降到第二速度时，控制单元10的控制端CPU-KG输出高电平到光电隔离管H01的第二输入端，第二MOS管VQ2截止，停止刹车，同时控制单元10输出第二PWM信号驱动第一MOS管VQ1，调节送丝机送丝速度，使送丝电机50维持在该第二速度，一直到松开手动开关，停止焊接，焊枪开关电路向控制单元10输出开关关闭信号，控制单元10停止输出PWM信号并关断第一MOS管VQ1，同时控制单元10的控制端CPU-KG输出低电平到光电隔离管H01的第二输入端，第二MOS管VQ2导通，刹车电阻R4产生刹车电流，启动刹车刹车单元30，使送丝电机50速度快速降到0，实现焊接收弧。图3所示的该驱动电路的开关频率为10K，由于送丝电机50本身是一个感性负载，又是一个慢速系统，所以在实际使用中，图中L1和C1是去掉的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双脉冲送丝电机的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

设定送丝电机的第一速度及其运行时间和第二速度，控制所述送丝电机运行在所述第一速度，所述第一速度大于所述第二速度；

在所述第一速度的运行时间结束时，关闭所述送丝电机的驱动电源，启动刹车单元，降低所述送丝电机的速度；

检测所述送丝电机的运行速度；

当所述送丝电机的运行速度达到所述第二速度时，关闭所述刹车单元，启动所述送丝电机。

2.如权利要求1所述的双脉冲送丝电机的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

当焊接结束时，关闭所述送丝电机的电源，启动刹车单元，使所述送丝电机的速度快速降低为0。

3.如权利要求1所述的双脉冲送丝电机的调速方法，其特征在于，所述送丝电机为伺服电机。

4.一种双脉冲送丝电机的控制系统，其特征在于，所述系统包括控制单元、电机驱动单元、刹车单元、送丝电机和速度采样单元；

所述控制单元分别与电机驱动单元、所述刹车单元和所述速度采样单元连接，所述电机驱动单元与所述送丝电机连接，所述刹车单元与所述送丝电机连接，所述控制单元用于设定所述送丝电机的预定速度及其运行时间，产生并输出PWM信号，所述控制单元接收所述速度采样单元的速度信号，根据所述速度信号输出PWM信号和控制所述刹车单元开闭，以调节所述送丝电机的运行速度。

5.如权利要求4所述的双脉冲送丝电机的控制系统，其特征在于，所述电机驱动单元包括第一MOS管、高速光耦和电机电源；所述高速光耦的输入端接所述控制单元的PWM信号输出端，所述第一MOS管的栅极接所述高速光耦的输出端，第一MOS管的源极接所述电机电源的正极，第一MOS管的漏极接所述送丝电机的正极输入端，所述电机电源的负极接送丝电机的负极输入端。

6.如权利要求4所述的双脉冲送丝电机的控制系统，其特征在于，所述刹车单元包括刹车电路和刹车驱动电路，所述刹车驱动电路的输入端与所述控制单元连接，所述刹车驱动电路的输出端与所述刹车电路连接。

7.如权利要求6所述的双脉冲送丝电机的控制系统，其特征在于，所述刹车电路包括刹车电阻和第二MOS管，所述第二MOS管的漏极通过所述刹车电阻接所述电机驱动单元的正极输出端，所述第二MOS管的源极接所述电机驱动单元的负极输出端，所述第二MOS管的栅极连接所述刹车驱动电路的输出端。

8.如权利要求6所述的双脉冲送丝电机的控制系统，其特征在于，所述刹车驱动电路包括光耦隔离管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述光耦隔离管的第一输入端接发光侧电源，所述光耦隔离管的第二输入端通过所述第一电阻接所述控制单元的控制端，所述光耦隔离管的第一输出端接地，所述光耦隔离管的第二输出端通过所述第二电阻接受光侧电源，所述光耦隔离管的第二输出端接所述刹车电路的输入端，所述第三电阻接在所述光耦隔离管的第一输出端和第二输出端之间。

9.如权利要求4所述的双脉冲送丝电机的控制系统，其特征在于，还包括焊枪开关电路，所述焊枪开关电路与所述控制单元连接。

10.如权利要求4所述的双脉冲送丝电机的控制系统，其特征在于，所述送丝电机为伺服电机。