CN107548334A - 利用焊接电缆进行双工通信的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，提供一种具有焊接电源(12)的焊接系统，所述焊接电源用于提供焊接电力。所述焊接系统还包括耦合到所述焊接电源的焊接电缆(36)，所述焊接电缆用于传输所述焊接电力。所述焊接系统还包括处理器，所述处理器用于发送和接收多个音调，以通过所述焊接电缆(36)提供与所述焊接电源外部的装置(14)之间的通信。

Description

利用焊接电缆进行双工通信的系统和方法
背景技术
本公开总体涉及焊接系统，更具体地，涉及利用焊接电缆进行双工通信的系统和方法。
焊接是一种在各种行业和应用中越来越普遍的过程。尽管大量的应用中一直存在手工焊接，但是在某些情况下，所述焊接过程可以实现自动化。在以上两种情况下，所述焊接应用都依赖于各种类型的设备，以确保在期望的时间向焊接处提供适量的焊接消耗品(例如焊丝、保护气体等)。例如，金属惰性气体(MIG)保护焊接通常依赖于送丝器，使焊丝能够到达焊炬。在焊接过程中，为了提供填充金属，需要连续供给焊丝。焊接电源用于确保电弧加热可以熔化所述填充金属以及下面的基底金属。
在某些应用中，通过电缆可以将焊接电源的电力提供给执行焊接应用的焊炬。例如，焊接电源可以提供用于焊炬和工件之间的焊接电压和电流，以执行焊接应用。然而，焊接系统中的电缆的设置和特征可能导致焊接电缆系统内部的各种畸变，从而影响焊接过程中的电压和电流。因此，提供可以通过焊接电缆更有效、准确地通信的系统和方法可能是有益的。
发明内容
与本公开的最初的权利要求所保护的范围匹配的具体实施例概述如下。这些实施例不旨在限制本公开的权利要求所保护的范围，而是用于提供本公开的可行方式的简短概述。实际上，本公开可以包括与以下实施例相似或不同的各种方式。
在一个实施例中，提供一种具有焊接电源的焊接系统，所述焊接电源用于提供焊接电力。所述焊接系统还包括耦合到所述焊接电源的焊接电缆，所述焊接电缆用于传输所述焊接电力。所述焊接系统还包括处理器，所述处理器用于发送和接收多个音调，以通过所述焊接电缆提供与所述焊接电源外部的装置之间的通信。
在另一个实施例中，提供了一种方法。所述方法包括：通过焊接电缆从设置在第一焊接电缆通信(WCC)电路内的发送器中发送多个音调；以及在接收器处通过焊接电缆接收所述多个音调。所述方法还包括：向通信耦合到所述接收器并且设置在所述焊接电源外部的通信装置发送数据，其中，所述多个音调代表所述数据。
在另一个实施例中，焊接系统包括送丝器系统。所述送丝器系统包括用于通过焊接电缆发送多个音调的发送器，以及用于通过所述焊接电缆接收所述多个音调的接收器。所述送丝器系统还包括处理器，所述处理器用于基于数据获得所述多个音调并且通过所述焊接电缆传送所述数据，其中，所述送丝器系统用于将焊接电力按照路线从所述焊接电缆传输到焊炬。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其它特征、方面和优点。而且，所有附图中相同的符号表示相同的部件。其中：
图1是根据本公开的各方面的具有焊接电源的焊接系统的实施例的框图，其中，所述焊接电源具有用于双工通信的焊接电缆通信(WCC)电路；
图2是根据本公开的各方面的通过使用一个或多个焊接电缆畸变系数来补偿焊接电缆畸变的过程的实施例的流程图；
图3是根据本公开的各方面的用于计算图2中的一个或多个焊接电缆畸变系数的过程的实施例的流程图；
图4是根据本公开的各方面的如图1所示的焊接系统的实施例的框图，在所述框图中示出了焊接电缆、WCC电路以及通过WCC电路通信耦合的一个或多个用户；以及
图5是根据本公开的各方面的用于通过WCC电路通信耦合一个或多个用户的过程的流程图。
具体实施方式
本文所描述的技术改善了焊接电缆的半双工通信和全双工通信。例如，所述焊接电缆包括用于焊接、切割、研磨、感应加热、测试等的焊接电缆。在某些实施例中，本文所描述的技术可另外地或可选地用于表示焊接电缆的特征，并且可以基于所述特征来调整焊接操作。即，特定电缆的某些特征(例如，阻抗、电缆长度、导体材料类型、线规)可能导致从焊接电源传输的电力与穿过电缆后传输到工件的电力略有不同。在某些实施例中，焊接电缆通信(WCC)电路可以提供双工(例如，半双工、全双工)通信以及焊接电缆特征。例如，所述WCC电路可以应用下文中详细描述的特定音调来表示焊接电缆的特征和/或当用焊接电缆传输电力时传送数据。相应地，比如，在较差的无线通信(无线电、WiFi)环境(例如，船舱、矿井内、轴内等)中，也可以改善焊接设备操作员和其它方之间的通信。
现在参考附图，图1是具有焊接电源12、送丝器14和焊炬16的焊接系统10的实施例的框图。焊接系统10为焊接应用供电、控制焊接应用以及为焊接应用提供消耗品。在某些实施例中，焊接电源12直接向焊炬16提供输入电力。基于所需的焊接应用，可以将焊炬16配置为用于棒焊、钨惰性气体(TIG)保护焊接或气体保护金属极电弧焊接(GMAW))的焊炬。在所示实施例中，焊接电源12用于为送丝器14供电，而且，送丝器14可以用于将输入电力按照路线传输到焊炬16。除了提供输入电力，送丝器14可以向用于各种焊接应用(例如，GMAW焊接、药芯焊丝电弧焊(FCAW))的焊炬16提供填充金属。
焊接电源12接收初始电力18(例如，来自交流电网、发动机/发电机组、电池或其它能量生成/存储装置或其组合)，调节所述初始电力，并且根据系统10的需求向一个或多个焊接装置提供输出电力。可以从非现场位置(例如，所述初始电力可以源自电网)提供初始电力18。因此，焊接电源12包括电力转换电路20，所述电力转换电路可以包括如下电路元件：变压器、整流器、开关等；所述电力转换电路可以根据系统需求(例如，具体的焊接工艺和方式)将交流(AC)输入电力转换成AC/直流(DC)输出电力。
在一些实施例中，电力转换电路20可以将初始电力18转换为焊接电力输出和辅助电力输出。然而，在其它实施例中，电力转换电路20仅适于将初始电力转换为焊接电力输出；而且，可以提供单独的辅助转换器，以将初始电力转换成辅助电力。此外，在一些实施例中，焊接电源12可以适于从墙壁插座直接接收转换的辅助电力输出。实际上，焊接电源12可以采用任何合适的电力转换系统或机构来生成和供应焊接电力和辅助电力。
焊接电源12包括控制电路22，以控制焊接电源12的操作。焊接电源12还包括用户接口24。控制电路22可以从用户接口24接收输入；通过所述用户接口，用户可以选择工艺和输入所需的参数(例如，电压、电流、具体脉冲或非脉冲焊接方式等)。用户接口24可以使用诸如小键盘、键盘、按钮、触摸屏、语音激活系统、无线装置等的任何输入装置接收输入。此外，控制电路22可以基于用户的输入和其它的当前操作参数来控制操作参数。特别地，用户接口24可以包括用于向操作员呈现、展示或指示信息的显示器26。控制电路22还可以包括用于将数据传送到系统10中的其它设备(例如，送丝器14)的接口电路。例如，在一些情况下，焊接电源12可以与焊接系统内的其它焊接装置无线通信。进一步地，在一些情况下，焊接电源12可以使用有线连接(例如，使用网络接口控制器(NIC)通过诸如以太网、10baseT、10base100等的网络)与其它焊接装置通信。具体地，如下文详述，控制电路22可以与WCC电路28进行通信和交互。
控制电路22包括至少一个控制焊接电源12的操作的控制器或处理器30，所述控制电路可以用于接收和处理与系统10的性能和需求有关的多个输入。此外，处理器30可以包括一个或多个微处理器(诸如一个或多个通用微处理器、一个或多个专用微处理器和/或ASIC、或其组合)。例如，在某些实施例中，处理器30可以包括一个或多个数字信号处理器(DSP)。
控制电路22可以包括存储装置32和存储器装置34。存储装置32(例如，非易失性存储装置)可以包括ROM、闪速存储器、硬盘驱动器或任何其它合适的光学存储介质、磁性存储介质或固态存储介质、或它们的组合。存储装置32可以存储数据(例如，对应于焊接应用的数据)、指令(例如，用于执行焊接过程的软件或固件)以及任何其它合适的数据。可以理解，对应于焊接应用的数据可以包括焊炬的姿势(例如，朝向)、接触尖端和工件之间的距离、电压，电流、焊接装置设置等等。
存储器装置34可以包括诸如随机存取存储器(RAM)的易失性存储器和/或诸如只读存储器(ROM)的非易失性存储器。存储器装置34可以存储各种信息，并可用于各种目的。例如，存储器装置34可以存储由处理器30执行的处理器可执行指令(例如，固件或软件)。此外，用于各种焊接过程的各种控制方式以及相关的设置和参数可以存储在存储装置32和/或存储器装置34中，其中，所述存储装置和/或存储器装置中还存储有在操作期间提供特定输出(例如，开始送丝、使气体流动、捕获焊接电流数据、检测短路参数、确定溅出量)的代码。
在某些实施例中，通过焊接电缆36，焊接电力从电力转换电路20流动到送丝器14和焊炬16。此外，在某些实施例中，可以通过焊接电缆36供给焊接数据，使得通过焊接电缆系统能够一起提供并传输焊接电力和焊接数据。具体地，WCC电路28可以通信耦合到焊接电缆36，以通过焊接电缆36传送(例如，发送/接收)数据。可以基于各种类型的电力线通信方法和技术实现WCC电路28。例如，WCC电路28可以利用IEEE P1901.2标准通过焊接电缆36提供数据通信。通过这种方式，可以使用焊接电缆36将焊接电力从焊接电源12供给到送丝器14和焊炬16。此外，焊接电缆36还可用于向送丝器14和焊炬16发送(和/或从其接收)数据通信。此外，如下文详述，WCC电路28还可用于表示焊接电缆的特征。WCC电路28可以包括下列申请中详细描述的实施例。所述申请为2006年2月22日提交的、2013年11月26日授权的、题目为“使用二进制相移键控来调制通过焊接电缆传输的命令/控制信号的通信的远程送丝器”、申请号为8,592,724的美国专利申请，该申请的全部内容通过引用结合在本公开中。
在某些实施例中，WCC电路28包括一个或多个处理器30、数模转换器(DAC)38(例如，DAC 38可以用作发送器)、模数转换器(ADC)40(例如，ADC 40可以用作接收器)和滤波函数42(例如，滤波电路、数字滤波函数电路、由一个或多个处理器30执行的滤波函数软件、或任何它们的组合)。具体地，WCC电路28可用于确定代表畸变特征和/或与焊接电缆有关的畸变的信道均衡滤波系数。特别地，如图2和3进一步所述，畸变特征可以是和频率以及时间相关的振幅和相位的畸变(例如，与频率和时间都相关的振幅和/或相位的畸变)。进一步地，WCC电路28可以利用所述信道均衡滤波系数来补偿焊接电缆的畸变特征。在某些实施例中，WCC电路28可以包括与控制电路22的处理器30分离的一个或多个处理器30。在某些实施例中，WCC电路28可以利用控制电路22的处理器30。在某些实施例中，WCC电路28可以与控制电路22结合，或者可以耦合到控制电路22。如图2-4进一步所述，WCC电路28可用于确定焊接电缆的特征、补偿焊接电缆的畸变、提供双工通信。
DAC 38可以耦合到处理器30，并且使用一个或多个载波信道或“音调”发送数据通信。特别地，一个或多个音调可以被描述为由DAC 38发送的复正弦信号。在某些实施例中，DAC 38可以设置在焊接电源12内，并且所述音调可被传输到焊接系统10的一个或多个部件(例如，焊炬16和/或送丝器14)中。在其它实施例中，DAC 38可以设置在焊炬16内，并且所述音调可被传输到焊接电源12和/或送丝器14。同样地，在其它实施例中，WCC电路28的一个或多个部件(例如，DAC 38、ADC 40或滤波函数42)可以设置在焊接系统10内的任何位置，例如，其可以设置在送丝器14和/或焊炬16内。
在某些实施例中，DAC 38可以发送调制音调和/或未调制音调。所述调制音调可使用一种或多种调制信号以用于数据传输的已知技术来传送(例如，发送/接收)数据。例如，DAC 38可以利用混合振幅和相位调制方案(例如，双相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、16进制正交振幅键控(16-QAM)或类似的变体)。所发送的调制音调可以包括对焊接过程或操作有用的任何信息。例如，在某些情况下，由WCC电路28发送的数据可以包括与发送给送丝器14和/或用于焊接应用的焊炬16的任何焊接参数(例如，焊接电压、焊丝速度)相关的信息。
在一些实施例中，DAC 38还可以发送不携带数据的未调制音调(也称为“导频音调”)。特别地，未调制音调可以是具有预定义或已知特征的正弦信号(例如，预定义的振幅、频率和相位)。例如，对于给定的过程，DAC 38可以发送具有相同振幅但频率不同的未调制音调，其中，所述频率和振幅可以是较低参考频率和相位偏移值的整数倍。具体地，在某些实施例中，可以根据调制音调和未调制音调所分配的频率或它们在OFDM帧内的位置，将它们区分开。例如，调制音调和未调制音调的位置分配可以是预定的，并且，在接收器(例如，ADC 40)处，该位置是已知的。由于未调制音调的特征也是已知的，所以，未调制音调可以用作参考音调。在某些实施例中，也可以发送具有已知特征的一组调制音调。例如，可以发送具有已知数据调制方案和已知(或预定义的)数据序列的调制音调来代替已知的未调制音调，和/或将二者一起发送。
因此，例如，所述数据序列可以采用OFDM帧内的循环前缀的形式，使得OFDM帧的最后N个符号被附加到帧的开头位置。在接收器(例如，ADC 40)处，可以执行接收帧的循环卷积，并且可以使用该卷积的结果来计算焊接电缆36中的与等效频率以及时间相关的振幅和相位的畸变。而且，根据此信息，可以确定用于校正信道均衡滤波的一组系数(例如，所测量到的畸变的反函数)。对应地，在某些实施例中，可以使用已知的调制音调或已知的未调制音调作为参考。在某些实施例中，DAC 38可以发送多个音调，其中，调制或未调制的音调的数量是任意的。例如，在由DAC 38发送的64个音调中，48个音调可以是用于数据传输的调制音调，16个音调可以是用作参考音调(未经任何数据调制)的未调制音调。应当注意，DAC 38可以用于发送任意数量的调制音调和未调制音调。
在某些实施例中，DAC 38可以使用正交频分复用(OFDM)方案在多个载波频率(例如，频分复用)上传输调制音调和未调制音调。例如，在OFDM方案中，DAC 38可以以低调制速率在几个并行数据流或信道上发送一个或多个音调，从而保持类似于单载波调制方案的发送特征。具体地，频分复用方案可以将具有特定总带宽的单个传输介质划分成一系列非重叠频率子带，其中所述各个子带用于携带特定的信号。通过这种方式，多个单独的未调制音调或调制音调可以共享单个传输介质(例如，焊接电缆36)。
在某些实施例中，如图2-3所述，WCC电路28中的ADC 40可用于接收若干发送的调制音调和未调制音调。此外，滤波函数42可以用于处理和分析接收到的调制音调和未调制音调以表示焊接电缆36的特征。更特别地，WCC电路28的滤波函数42可以应用数字滤波函数，所述数字滤波函数用于比较DAC 38发送的未调制音调和由ADC 40接收的未调制音调。具体地，基于所传输的未调制信号和接收的未调制信号之间的差异(如果存在的话)，滤波函数42可以用于确定一个或多个系数(例如，值、多项式等)。在某些实施例中，一个或多个系数可以对应于焊接电缆36的畸变特征。此外，如图2-3进一步所示，滤波函数42可以利用所确定的系数来补偿焊接电缆36中可能的与频率以及时间相关的振幅和相位的畸变。在某些实施例中，WCC电路28用于与控制电路22进行通信，所述控制电路用于基于从滤波函数42接收的信息来调整供给到焊炬16(和/或送丝器14)的焊接电压。
进一步地，在某些实施例中，存储装置32或存储器装置34可以存储与WCC电路28有关的数据。其中，所述数据可以是：由WCC电路28发送或接收的每个未调制音调的特征(例如，相位、振幅、频率)、与WCC电路28发送或接收的每个音调的频率相关的信息、未调制音调或调制音调的数量和/或分组、焊接电缆36中一个或多个确定的与频率以及时间相关的振幅和相位的畸变、DAC 38和/或ADC 40的位置、由WCC电路28计算或确定的信道均衡滤波系数、当前或先前或实际或校正的焊接操作参数(例如，焊接电压、焊丝速度)、以及与WCC电路28相关的任何其它信息。此外，在某些实施例中，存储装置32或存储器装置34可以存储具有已知特征的未调制音调(例如参考音调)或调制音调的一个或多个模板。例如，所述一个或多个模板可以包括16个未调制音调，其中每个音调具有已知振幅、已知频率和已知相移。当WCC电路28接收到一个或多个未调制音调时，WCC电路28可以将接收到的调制音调或未调制音调与对应的模板进行比较。
在某些实施例中，通信系统43可以提供焊接电源12(和/或WCC电路28)与外部系统之间的外部通信。例如，通信系统43可以向外部系统(例如，焊接操作员通信系统39、外部系统49等)提供有线和/或无线导管。所述有线导管可以包括串行外围接口(SPI)导管、通用串行总线(USB)导管、串行端口导管、双线导管等。所述无线管道可以包括IEEE 802.11导管(例如，WiFi)、网状网络导管、蓝牙导管、WiMax导管、ZigBee导管等。因此，通信系统43可以连接控制电路22和/或WCC电路28。
在某些实施例中，根据焊接应用，气体供应源47提供诸如氩气、氦气、二氧化碳等的保护气体。所述保护气体流动到控制气体流动的阀46。如果需要，可以选择阀，以调制或调节供应给焊接应用的气体量。阀46可以通过控制电路22打开、关闭、或通过其它方式操作，以实现、阻止或控制通过阀46的气体流动(例如，保护气体)。保护气体离开阀46并且流过电缆48(其中，在一些实施方式中，所述电缆可以与焊接电力输出组合在一起)，到达向焊接应用提供保护气体的送丝器14。可以理解，焊接系统10的某些实施例可能不包括气体供应源44、阀46和/或电缆48。
在某些实施例中，送丝器14可以使用焊接电力为送丝器14中的各个部件供电，例如为控制电路50供电。如上所述，焊接电缆36可以用于提供或供给焊接电力。焊接电源12还可以使用电缆36和设置在焊接电源12内的WCC电路28与送丝器14通信。在某些实施例中，送丝器14可以包括WCC电路28，其大体上类似于焊接电源12的WCC电路28。实际上，送丝器14的WCC电路28和送丝器14的控制电路50配合的方式与焊接电源12和控制电路22配合的方式相似。控制电路50控制送丝器14的操作。在某些实施例中，送丝器14可以使用控制电路50来检测送丝器14是否与焊接电源12连通；如果送丝器14与焊接电源12连通，检测焊接电源12的当前焊接过程。
接触器52(例如，高安培继电器)由控制电路50控制，并且用于实现或阻止焊接电力继续流向用于焊接应用的焊接电缆36。在某些实施例中，接触器52可以是机电装置，而在其它实施例中，接触器52可以是其它任何合适的装置，例如固态装置。送丝器14包括焊丝驱动器54，所述焊丝驱动器接收来自控制电路50的控制信号以驱动滚辊56，通过滚辊56的旋转，将焊丝从线轴58拉出。通过焊接电缆60，将所述焊丝提供给焊接应用。同样，送丝器14可以通过电缆48提供保护气体。可以理解，在某些实施例中，可以将电缆36、48和60捆扎在一起提供给焊炬16或将其单独提供给所述焊炬。
焊炬16输送用于焊接应用的焊丝、焊接电力和保护气体。焊炬16用于在焊炬16和工件62之间建立焊接电弧。在某些实施例中，焊炬16可以包括WCC电路28，所述WCC电路大体上类似于焊接电源12的WCC电路28。实际上，焊炬16和WCC电路28相互作用的方式与焊接电源12和控制电路22配合的方式相似。工作电缆64的尾端可以包括夹具65(或另一个电源连接装置)，并将焊接电源12耦合到工件62，以完成焊接电源电路。
在所描述的实施例中，第二WCC电路28设置在送丝器14中，便于诸如焊接操作员35和辅助操作员37之间的通信。第一WCC电路28设置在电源12中。还应注意，WCC电路28可以作为独立装置设置在焊接电缆36上。作为独立装置，WCC电路28可以包括适于执行计算机指令或代码的一个或多个存储器和处理器30。如图所示，辅助操作员37可以位于焊接电源12附近，以辅助调整电源12。辅助操作员37可以携带适于通过使用无线或有线通信技术与第一WCC电路28通信耦合的无线和/或有线通信器(即，通信装置)39。例如，通信器(比如，焊接操作员通信系统)39可以通过有线导管(例如，USB、RS-232、10BASE-T、两线等)和/或无线协议(例如，蓝牙、WiFi、WiMax、无线网格、ZigBee等)或其组合与通信线路43通信耦合。
焊接操作员35还可以携带第二通信器39，或具有包括在诸如焊接头盔41中的通信器39。如图所示，焊接操作员35携带的第二通信器39可以通信耦合到设置在送丝器14中的通信电路43。在使用中，焊接电源12和送丝器14分别用作各个通信器39的双工通信点或“接入点”。然后，焊接电缆36可以通过在焊接电源12和送丝器14之间提供有线导管的方式来提供双工通信。应该注意，WCC电路28可以是独立的电路，或可以另外地或可选地包括在其它焊接系统10组件中。
在一些工作环境(例如，船舱、矿井内、轴内等)中，焊接电源12可以设置在距离送丝器14较远的位置处。因此，焊接电缆36的长度可以是1英尺(0.3048米)-15英尺、1-50英尺、1-100英尺或更长。在这些环境中，由于船舱板和其它结构的限制，可能焊接操作员35和辅助操作员37之间的无线通信是不切实际的。因此，可以由通信耦合到焊接电缆36的第一电路和第二WCC电路28提供焊接操作员35和辅助操作员37之间的通信。通过这种方式，即使在无线通信不可行的情况下，可以实现焊接操作员35与辅助操作员37之间的通信。注意，当通过焊接电缆36提供的电力便于系统10操作时，即使在系统10操作(例如，焊接、切割、研磨、感应加热、测试等)期间，也可能发生通信中将焊接电缆36作为有线导管的情况。所述通信可以包括语音通信、文本通信、以及基于焊接电缆特征的多媒体通信(例如，音频、视频、图像等)。此外，如下所述，所述通信可以包括某些传感器45数据。
在某些情况下，监视与操作员健康有关的某些环境和/或操作员读数(例如生物识别读数)可能有用。因此，传感器45可以包括诸如温度传感器、气体成分传感器、光传感器等的环境传感器45。传感器45还可以包括设置在焊接操作员35上的诸如脉搏血氧饱和度传感器、温度传感器、“适合度”传感器(例如，心率监视器、活动监视器)等的生物识别传感器45。传感器45可以包括通信耦合到第二WCC电路28的无线和/或有线传感器。通过这种方式，可以传送与焊接操作员35相关的环境和/或健康数据。
还应注意的是，诸如外部系统49的外部系统可以通信耦合到电源12和/或第一WCC电路28，以与焊接操作员35通信。外部系统49可以在地理上远离电源12和/或位于电源12本地。外部系统49可以包括基于“云”的系统、平板电脑、手机、工作站、笔记本计算机、膝上型计算机、可穿戴式计算系统等。在使用中，外部系统49可以与第一WCC电路28接合，然后第一WCC电路28可以用作双工通信点，以与第二WCC电路28和焊接操作员35通信。
图2是根据本公开的各方面的用于校正焊接系统10中的焊接电缆36的畸变特征的方法66的实施例的流程图。具体地，所述畸变特征可以指焊接电缆36的与频率以及时间相关的振幅和相位的畸变。可以通过确定一个或多个信道均衡滤波系数来确定所述畸变特征。进一步地，WCC电路28可以利用确定的信道均衡滤波系数来补偿畸变特征。
如上述图1所示，焊接电源12的WCC电路28可以用于表示具有一个或多个信道均衡滤波系数的焊接电缆36的参数或性质。特别地，所述一个或多个信道均衡滤波系数可以是代表焊接电缆36的各种特征的值。例如，所述信道均衡滤波系数可以代表焊接电缆36的畸变特征。换句话说，所述信道均衡滤波系数可以表示焊接电缆36的与频率以及时间相关的振幅和相位的畸变。通过这种方式，如下文详述，本文所述的系统和方法可以表示焊接电缆36的特征，并且不需要实际的测量就可以表示焊接电缆36的特征。此外，可以使用一个或多个信道均衡滤波系数来补偿焊接电缆36内的与频率以及时间相关的振幅和相位的畸变，但是，这可能会影响电力或数据的传输。例如，由于焊接电缆36中的与频率以及时间相关的振幅和相位的畸变得不到缓解，焊接电源12提供的焊接电压与焊炬16接收的焊接电压差别较大，而某些实施例就能解决这种问题。因此，WCC电路28可以用于确定能够代表焊接电缆36的畸变特征的一个或多个信道均衡滤波系数。此外，如下文所述，WCC电路28可以利用一个或多个信道均衡滤波系数，其中所述确定的系数用于补偿焊接电缆36内的任何与频率以及时间相关的振幅和相位的畸变。
所述方法66开始于WCC电路28发送来自焊接电源12和/或送丝器14的调制音调和未调制音调(方框68)。特别地，(焊接电源12或送丝器14的)WCC电路28的DAC 38可以用于发送调制音调和未调制音调。如上所述，调制音调可以包括与焊接过程或操作相关的信息，例如与焊接系统10的操作参数(例如，焊接电压、焊丝速度等)相关的信息，或与焊接系统10的被调整的操作参数相关的信息。具体地，由DAC 38发送的未调制音调(例如，导频音调)可能没有携带与焊接过程或操作相关的任何信息。但是，未调制音调可以是具有预定义或已知特征(例如，预定义的振幅、频率和/或相位)的正弦参考信号。例如，在某些实施例中，发送的所有未调制音调可以具有相同的频率和振幅。在某些实施例中，发送的调制音调也可以包括能将所述调制音调用作参考音调的已知特征。此外，在某些实施例中，能够以已知的相位发送每个未调制音调。例如，发送的每个未调制音调可以具有相等的音调频率间隔，使得每个后续音调能够参考第一音调将自身相位递增90度。例如，如果第一未调制音调的参考相位是0度，则第二未调制音调相位可以是90度，第三未调制音调的相位可以是180度，等等。应当注意，只要频率、振幅和相位结构是已知的并且基本上恒定，则未调制音调可以属于任何可替代的未调制音调配置。例如，在某些实施例中，只要相位是已知的，每个未调制音调的相位间隔不需要相等。
所述方法66还包括：WCC电路28在ADC 40处接收发送的调制音调和未调制音调(方框70)。在某些实施例中，WCC电路28可以将调制音调和未调制音调发送输到焊炬16，并且可以从焊炬16接收所发送的音调。在这些情况下，WCC电路28可以两次和/或在两个方向上(例如，从WCC电路28到焊炬16的第一畸变，以及从焊炬16到WCC电路28的第二畸变)负责或补偿焊接电缆36的畸变。在其它实施例中，焊炬16可以包括用于发送调制音调和未调制音调的DAC 38。在这些情况下，WCC电路28可以一次和/或在一个方向上负责或补偿焊接电缆36的畸变。在任一情况下，ADC 40可以用于接收调制音调和未调制音调，并且还可以接收发送音调的原始位置。
ADC 40可以将接收的音调(例如，调制音调和未调制音调)提供给滤波函数42，以进行进一步处理。进一步地，在某些实施例中，所述方法66包括：通过滤波函数42，将数字滤波函数应用到接收的调制音调和未调制音调上(方框72)。如上所述，可以使用所述数字滤波函数将发送的未调制音调与接收的未调制音调进行比较。如上所述，以已知的振幅、频率和相位发送所述被传输的未调制音调。因此，在某些实施例中，所述发送的未调制音调可以用作参考音调，并且与滤波函数42内接收的未调制音调作比较，以确定它们之间的一个或多个差异(例如相位、振幅或频率上的差异)。基于发送的未调制音调和接收的未调制音调之间的差异，滤波函数42可以用于确定一个或多个信道均衡滤波系数。特别地，如图3所示，所述信道均衡滤波系数可以代表焊接电缆36的畸变特征。
进一步地，所述方法66包括：利用所述信道均衡滤波系数补偿与频率以及时间相关的振幅和相位的畸变(例如，焊接电缆36的畸变特征)(方框74)。在某些实施例中，WCC电路28可以用于基于一个或多个确定的系数以及焊接电缆36的特征来调整一个或多个焊接参数。例如，在某些情况下，WCC电路28可以基于所计算的信道均衡滤波系数，增加或者降低焊接电源12提供给送丝器14和/或焊炬16的焊接电压。作为另一示例，WCC电路28可以基于所计算的信道均衡滤波系数，增加或者减小提供给送丝器14的焊丝速度。在一些实施例中，WCC电路28将该信息提供给控制电路22，使控制电路22可以对焊接参数进行适当的调整和/或将所述信息提供给焊接系统10的其它部件。简而言之，WCC电路28可以向焊接系统10提供确定的和/或计算的焊接电缆36的畸变特征和/或系数。因此，控制电路22可以将所述计算的或确定的畸变特征和/或系数作为实际反馈提供给焊接系统10的其它部件。
具体地，所述方法66可以用作连续反馈回路75，其可以在后期基于所计算和确定的信息，实现通过焊接电缆36传输的电力和数据的校正。通过这种方式，在焊炬16的操作期间，WCC电路28可用于在动态过程中调节和校正焊接电缆36中的任何与频率以及时间相关的振幅和相位的畸变。因此，可以在焊接过程中使用更精确的焊接操作参数。例如，通过连续反馈回路75，WCC电路28可以在焊接过程中动态地调整提供给焊炬16和工件62的焊接电压。
图3是根据本公开的各方面用于计算图2的一个或多个信道均衡滤波系数的方法76的实施例的流程图。如上所述，WCC电路28的滤波函数42可以将数字滤波函数应用到由ADC 40接收并被DAC 38发送的调制音调和未调制音调上。具体地，如下文进一步所述，滤波函数42可以用于基于由ADC 40接收的调制音调和未调制音调来计算或确定一个或多个信道均衡滤波系数。
在某些实施例中，所述方法76从分离由ADC 40接收的未调制音调和调制音调开始(方框78)。例如，在某些实施例中，ADC 40可以接收64个音调，其中48个音调是用于数据传输的调制音调，16个音调是未调制音调。因此，可以通过滤波函数42分离所述未调制音调和调制音调，用于进一步处理，以确定一个或多个系数。
在某些实施例中，所述方法还包括：补偿未调制音调的定时和定相(方框80)。例如，在某些情况下，DAC 38和ADC 40之间可能存在一个或多个计时变化。因此，滤波函数42可以通过一个或多个频率和/或相位控制回路来补偿DAC 38与ADC 40之间的频率误差。具体地，ADC 40可以将每个发送的音调与相应的接收的音调关联起来。例如，DAC 38可以以已知的振幅、已知的频率和已知的相移发送16个未调制音调。因此，16个发送的未调制音调中的每一个音调可以对应于16个接收的未调制音调中的每一个音调。在某些实施例中，对频率和相位的补偿可以包括：将发送的音调与对应的接收的音调关联起来。在某些实施例中，所述方法76可以用于在分离调制音调和未调制音调之前，补偿和校正DAC 38与ADC 40之间的频率变化。
此外，所述方法76可以包括：测量接收的未调制音调的特征(例如，相位、振幅和/或频率)。因此，在某些实施例中，滤波函数42可以用于测量接收的未调制音调的实际振幅和实际相位(方框82)。如上所述，可以以已知的频率、已知的振幅和已知的相位发送被发送的未调制音调，因此，所述发送的未调制音调可以用作参考音调。因此，一旦确定了所接收的未调制音调的实际特征，所述方法76可以包括：将接收的未调制音调的特征与发送的(参考)未调制音调的特征进行比较(方框84)。可以以任何合适的方式对接收到的未调制音调和传输的(参考)未调制音调进行比较。
例如，在某些实施例中，接收的未调制音调与最初传输(参考)的未调制音调的复共轭相乘。矢量与其复共轭相乘的预期结果是得到一个具有振幅、没有虚部的矢量。在这种情况下，期望的结果将是“1+j0”。由接收到的未调制音调的复共轭和最初传输(参考)的音调相乘产生的误差向量用于执行插值。插值中，使用具有插值振幅和插值相位的相量插入每个索引频率处丢失的该组音调的成分的位置。然而，在某些实施例中，矢量乘以其复共轭的实际结果表示的是每个音调的振幅和相位的畸变。例如，得到的实际结果是用于每个导频音调频率的一系列向量，其中，每个向量具有振幅和相位。因此，如果对于一个长度为64的OFDM符号，接收到16个未调制音调，那么，数字滤波函数处理的实际结果是可以得到具有可以作为列向量的频率、振幅和相位的3×64矩阵，并且假定64个值中的每一个值位于一个行位置上。16个测量的误差向量插入分配给参考音调的3×64矩阵中的位置，以及分配给数据音调的48个“丢失”音调的位置由插值填充。然后，将所得到的3×64矩阵用作计算信道均衡滤波以及信道均衡滤波的反数的数据。其它参考音调和数据音调配置、FFT长度和OFDM符号配置也是可行的。
滤波函数42可以利用确定的接收的未调制音调和传输的(参考)未调制音调之间差异来确定信道均衡滤波系数(方框86)。如上所述，信道均衡滤波系数定义了有限脉冲响应(FIR)或无限脉冲响应(IIR)滤波器，其中，所述FIR或IIR滤波器的长度由OFDM系统中使用的音调数确定；要么，所述长度由指定为OFDM帧中的、排除任何循环前缀的符号的音调数确定；并且，所述滤波器提供焊接电缆36的频率相关的振幅和相位的畸变的反函数。作为进一步的信息，信道均衡滤波器的反数是对作为传输线的焊接电缆的两端口传输函数的解析描述。例如，可以使用数学算法来变换信道均衡滤波系数的反数，用以描述可能对焊接电缆36传输的电力或数据有影响的焊接电缆36的任何特征或物理特征。传递函数(反向信道均衡滤波)可以代表焊接电缆36的长度、电阻、电感等。然而，应当注意，所述反向信道均衡滤波(传递函数)不是特征本身，仅仅用于抽象地表示在采样时间参考系中定义的特征。
在某些实施例中，所述方法76还包括：利用根据未调制音调确定的信道均衡滤波系数来预畸变在函数的下一次迭代中将由DAC 38发送的每个调制和未调制音调(方框88)。例如，所述未调制音调可以通过信道均衡(FIR)滤波器与调制音调相乘，以校正焊接电缆36的与频率以及时间相关的振幅和相位的畸变(例如，焊接电缆36的畸变特征)。因此，在这种方式中，利用信道均衡滤波系数来补偿焊接电缆系统中的与频率以及时间相关的振幅和相位的畸变可能是有益的(方框90)。
在某些实施例中，所述方法76计算信道均衡滤波器及其反函数。所述信道均衡滤波器的反函数提供了焊接电缆的等效双端口传递函数，并且可被用作焊接电源12控制系统内的反馈回路中的元件，有效替代了电压感测电缆92。
图4是图1所示的焊接系统10的实施例的框图，图中示出了用于为电源12和送丝器14提供有线通信的焊接电缆36。如上所述，通过焊接电缆36传输的有线通信可以包括全双工通信和半双工通信的语音数据、文本数据、和/或多媒体数据。在所描绘的实施例中，辅助操作员37可以携带第一通信器39。通信器39可以通过有线和/或无线导管耦合到电源12中的第一WCC电路28。在焊接电缆36的相对端，设置在送丝器28中的第二WCC电路28可以通信耦合到第二通信器39(例如，在某些实施例中，通信器39位于焊接头盔41中)。传感器45可以通过有线和/或无线导管另外地或可选地耦合到第二WCC电路28。
在操作中，如上所述，WCC电路28可以应用某些音调来表示焊接电缆36的特征，以确定通过焊炬16输送到工件62的实际电力。另外地或可选地，WCC电路28可以通过焊接电缆36使用表示焊接电缆36的特征的相同或相似的音调来传送数据。当通过焊接电缆36输送电力时和/或当电力未被输送时，可以在焊接操作期间发生通信。
外部系统49也可以通信耦合到电源12。外部系统49可以包括基于本地接入网(LAN)的系统、基于广域网(WAN)的系统、蜂窝通信系统、基于云的系统、或它们的组合。外部系统49能够使外部实体100(例如管理员、焊接指导者、远程观察者等)与电源12、辅助操作员37、送丝器14、焊接操作员35和传感器45通信。同样地，辅助操作员37可以与电源12、送丝器14、焊接操作员35、传感器45和外部实体100通信。类似地，焊接操作员35可以与电源12、送丝器28、辅助操作员37、传感器45和外部实体100通信。通过提供适合于通过焊接电缆36发送和接收数据的技术，即使在焊接电缆36的使用期间，焊接系统10也可以改善其整体协作能力，并且增强操作性能。
图5是适于在包括机器实体和/或人在内的各种实体之间提供通信的过程150的流程图。所述过程150可以通过存储在存储器32、34中、并且可以被处理器30执行的计算机可执行指令或代码实现。在所述过程中，首先，通过WCC电路28来表示焊接电缆36的特征(方框152)。如上所述，焊接电缆36可以包括一个或多个特征(例如，阻抗、电缆长度、导体材料类型、线规)，这些特征可能导致由焊接电缆36提供给工件62的电力与电源12提供给所述工件的电力不同。由于焊接电缆36的特征被表示了出来，所以，WCC电路28可以基于焊接电缆36的特征来自动确定(即，用户不干预)优选的诸如半双工或全双工的通信模式(方框154)。例如，对于具有较高阻抗、较长长度、较弱的材料导电性、较大规格、或具有上述特征组合的焊接电缆36来说，优选地，其可用作半双工导管；然而，对于具有较低阻抗、较短长度、较强的材料导电性和/或较小规格的焊接电缆36来说，优选地，其可用作全双工导管。第一WCC电路28、第二WCC电路28或其组合可用于确定优选的通信模式(方框154)。
在一个实施例中，第一WCC电路28和第二WCC电路28可以以半双工和全双工的方式交换音调，然后基于互换音调的质量来确定优选的通信模式。在另一个实施例中，用户通过用户接口(例如，控制面板、显示器等)在电源12、通信系统39、送丝器14、焊接头盔41、焊炬16、或它们的组合上设置数值，用户通过设置的数值确定优选的通信模式。然后，所述过程150进入优选通信配置(方框156)。例如，通过选择相移键控、双相位调制、脉冲位置调制或任何其它调制方案来实现优选通信配置。基于所确定的结果(方框154)，所述过程156可以另外地或可选地配置(方框156)OFDM方案、CDMA、其它蜂窝通信协议和/或IEEE P1901.2标准。实际上，本文描述的技术可以提供蜂窝通信协议(例如，蜂窝电话协议)，但是在此，焊接电缆36用作导管，而不是无线管道。
随后，通过焊接电缆36，第一和/或第二WCC电路28可以在一个或多个实体(包括硬件实体和人类实体)之间提供通信。硬件实体可以包括外部系统49、电源12、送丝器14、焊炬16、通信系统39、焊接头盔41、传感器45和/或焊接系统10的任何部件。人类实体可以包括焊接操作员35、辅助操作员37、与外部系统49接合的实体100、与通信系统39接合的实体、或它们的组合。通过焊接电缆36提供的通信，即使焊接电缆36在传输电力期间，本文所描述的技术也可以在各种环境中提供灵活性更高、鲁棒性更好的通信，其中，所述环境也包括不适于无线通信的环境。所述过程150可以是迭代的，因此，可以返回到方框152。
虽然在本文仅图示和描述了本公开的某些特征，但是本领域技术人员可以想到许多修改和变化。因此，可以理解的是，随附权利要求旨在覆盖落入本公开的真实精神内的所有修改和变化。

Claims (20)

1.一种焊接系统，包括：
焊接电源，用于提供焊接电力；
焊接电缆，其耦合到所述焊接电源，并且用于传输所述焊接电力；以及
处理器，用于传输和接收多个音调，以通过所述焊接电缆提供与所述焊接电源外部的装置之间的通信。
2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述通信包括音频通信、语音通信、文本通信、图像通信、视频通信、或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述焊接电源外部的所述装置包括用于将所述焊接电力按照线路从所述焊接电缆传输到焊炬的送丝器系统，并且，所述处理器设置在焊接电缆通信(WCC)电路中。
4.根据权利要求3所述的焊接系统，其中，所述送丝器系统用于提供所述焊接电源和焊接操作员通信系统之间的通信。
5.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述处理器与用于发送所述多个音调的发送器耦合，并且，所述多个音调包括一个或多个调制音调或未调制音调。
6.根据权利要求5所述的焊接系统，其中，所述处理器用于发送所述一个或多个调制音调或未调制音调、接收所述一个或多个调制音调或未调制音调或其组合、并且通过数字滤波函数获得所述焊接电缆的特征；其中，所述焊接电源用于基于获得的所述焊接电缆的特征来自动调整所述焊接电力。
7.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述处理器用于与基于云的系统通信耦合，以提供所述基于云的系统和所述焊接电源外部的所述装置之间的通信。
8.根据权利要求1所述的焊接系统，包括：设置在焊接操作员通信系统附近的传感器，其中，所述传感器用于通过所述电源外部的所述装置和所述焊接电缆，与所述焊接电源、外部系统或其组合通信。
9.根据权利要求1所述的焊接系统，包括：焊接头盔，其中，所述焊接头盔包括焊接操作员通信系统；所述焊接电源外部的所述装置用于提供所述焊接电源和所述焊接操作员通信系统之间的通信。
10.一种方法，包括：
通过焊接电缆从设置在第一焊接电缆通信(WCC)电路内的发送器中发送多个音调；
在接收器处通过所述焊接电缆接收所述多个音调；以及
向通信耦合到所述接收器并且设置在所述焊接电源外部的通信装置发送数据，其中，所述多个音调代表所述数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述数据包括语音数据、文本数据、图像数据、视频数据、音频数据或其组合。
12.根据权利要求10所述的方法，包括：使用所述多个音调表示所述焊接电缆的特征，其中，表示所述焊接电缆的特征包括：
通过焊接电缆发送来自所述发送器的初始调制音调和初始参考音调，其中，所述初始调制音调和所述初始参考音调包括在所述多个音调中；
通过所述焊接电缆在接收器处接收调制音调和接收的参考音调；
将数字滤波函数应用到所述参考音调，以确定所述初始参考音调的模板与所述接收的参考音调之间的一个或多个差异；以及
基于所述模板参考音调和所述接收到的参考音调之间的差异来确定一个或多个信道均衡滤波系数。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：基于所述一个或多个信道均衡滤波系数，通过所述焊接电源补偿所述焊接电缆的畸变特征，其中，所述第一WCC电路设置在所述焊接电源中。
14.根据权利要求10所述的方法，包括：
接收来自环境传感器、生物识别传感器或其组合的数据，其中，所述环境传感器、生物识别传感器或其组合通信耦合到设置在送丝器中的第二WCC电路；所接收的数据代表来自所述环境传感器的焊接环境、来自所述生物识别传感器的焊接操作员的生物信息、或其组合；
从所述第二WCC电路将所述数据发送到所述第一WCC电路；以及
基于所述数据得到健康状况。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，发送所述数据包括：在焊接操作的电力穿过所述焊接电缆时，发送所述数据。
16.一种焊接系统，包括：
送丝器系统，包括：
发送器，用于通过焊接电缆发送多个音调；
接收器，用于通过所述焊接电缆接收所述多个音调；以及
处理器，用于基于数据获得所述多个音调，并通过所述焊接电缆传送所述数据，其中，所述送丝器系统用于按照线路将所述焊接电力从所述焊接电缆传输到焊炬。
17.根据权利要求16所述的焊接系统，其中，所述多个音调包括用于提供所述焊接电缆的特征的一个或多个调制音调或未调制音调。
18.根据权利要求17所述的焊接系统，其中，所述处理器用于基于所述焊接电缆的特征提供全双工通信、半双工通信或其组合。
19.根据权利要求17所述的焊接系统，包括：焊接电源，用于提供所述焊接电力，其中，所述焊接电源包括：
第二发送器，用于通过所述焊接电缆发送所述多个音调；
第二接收器，用于通过所述焊接电缆接收所述多个音调；以及
第二处理器，用于基于所述多个音调，获得所述数据。
20.根据权利要求19所述的焊接系统，其中，所述处理器用于在所述焊接电源操作期间将所述数据传送到所述第二处理器。
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