CN109317804A - 结合plc的中频逆变电阻焊机控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置及控制方法。该装置包括有能够对焊接主电路中的IGBT模块进行驱动控制的单片机模块；单片机模块的检测信号输入端连接用来检测焊接变压器初级电流大小的电流传感器件；所述单片机模块还连接一个PLC模块，并与PLC模块交换信息；所述PLC模块连接有用来显示和输入运行参数的触摸屏，还连接有用来控制焊接部件机械动作的机械控制模块，以及用来输入焊接启动信号的启动按钮。本发明能够提高焊接过程控制精度，对焊接电流控制的反应速度快，控制过程高效、可靠，程序调整方便。

Description

结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及电焊设备的控制技术，具体是一种结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置及控制方法。
背景技术
中频逆变电阻焊机的工作电路通常包括在三相电源输出部分依次设置的全桥半控整流电路、滤波电路和由IGBT模块组成的逆变电路，其工作原理是：三相电通过全桥半控整流电路和滤波电路转变为直流，焊接时，逆变电路将直流电转变为频率1000hz的交流脉冲波输出至变压器，为焊接电极提供工作电压。现有中频逆变电阻焊机控制器在性能提升上主要存在以下困难：
1、电阻焊焊接过程中，电流的可控性在很大程度上决定了焊接质量，电流控制精度越高，焊接质量越好。精度又分为两个方面：一方面是一次焊接过程结束，通常是40ms至100ms，设定值与实际有效值的差异；另一方面是在负载电阻发生变化时，控制器调整的速度。随着制造业的发展，特殊材料的焊接越来越多，对焊接过程中电流的稳定性要求也越来越高。有些材料对电流比较敏感，在1ms以内如果电流大，容易造成飞溅，电流小，熔核牢固度不够。所以，需要能够快速稳定的调整电流的控制器。目前的中频电阻焊控制器，一般是指1000HZ的控制器，现有调整速度最快的中频电阻焊控制器，反应速度至少要半个周期。难以满足更高反应速度的控制要求。
2、现有中频逆变电阻焊机控制器通常采用单片机进行集中控制， 而现有自动焊接设备的运行程序要求越来越复杂，以单片机开发的控制器，单片机中运行的程序除了对焊接过程的基本参数进行控制，还要对整个焊机的运行状态进行控制，因此在焊机运行要求变化时修改和保存程序非常麻烦，给自动化配套设计带来很大困难，也不利于用户进行运行程序的二次开发。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够能够提高焊接过程控制精度，对焊接电流控制的反应速度快，控制过程高效、可靠，程序调整方便的结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置及基于该装置的控制方法。
本发明结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置包括有能够对焊接主电路中的IGBT模块进行驱动控制的单片机模块；单片机模块的检测信号输入端连接用来检测焊接变压器初级电流大小的电流传感器件；所述单片机模块还连接一个PLC模块，并与PLC模块交换信息；所述PLC模块连接有用来显示和输入运行参数的触摸屏，还连接有用来控制焊接部件机械动作的机械控制模块，以及用来输入焊接启动信号的启动按钮。
所述单片机模块包括IGBT驱动电路和能够输出固定脉宽信号的脉冲信号源，脉冲信号源和IGBT驱动电路输入端之间依次设置有用来处理脉冲信号波形的整形电路，还包括能够对电流传感器件检测到的采样电流与设定的设置电流进行比较的比较电路；比较电路的信号输出端连接至整形电路，并能够根据比较结果控制整形电路输出信号的通断。
所述脉冲信号源是用来发出固定脉宽脉冲信号的单片机。
所述电流传感器件为电流互感器或者霍尔传感器。
所述脉冲信号源和整形电路之间还设置有用来控制四个IGBT组成的H桥不能单边导通的互锁电路。
本发明基于上述控制装置的中频逆变电阻焊机控制方法包括以下步骤：
a.焊接启动信号由PLC模块发送至单片机模块，由单片机模块按照焊接程序控制控制IGBT导通或截止；
b.单片机模块接受由PLC模块传来的0~5V电压信号，根据该信号的大小设置相应的焊接电流值；
c.单片机模块将系统故障信息输出至PLC模块，由PLC模块通过触摸屏发出报警信号；
d.焊接过程中，由PLC模块按照储存在其内的焊接程序，通过机械控制模块输出动作指令，控制设备完成焊接动作。
进一步的，所述单片机模块对IGBT的控制方法是：在焊接过程中，由单片机根据焊接要求的设置电流的大小，持续发出固定脉宽的脉冲信号给整形电路；同时，由比较电路根据采样电流与设置电流的比较结果对经过整形电路的信号脉冲波形进行控制；若采样电流大于设置电流，则切断IGBT驱动信号，反之则不对脉冲信号进行处理。
本发明的优点是：
1、本发明通过单片机模块来实现对IGBT的控制，而用PLC来处理自动化动作，系统设置方便、适用范围非常广；不仅开发容易，而且如果需要在现场进行升级改造也会非常方便；
2、在单片机模块对IGBT的控制中，焊接控制过程单片机一直发送驱动信号，而不需要对脉冲宽度进行处理与运算，脉冲的关断完全交给比较电路去实现，这样大大减少了单片机的运算量，从而极大的提高了电流的反应速度；并且，在半个周期内，触发信号可以多次发送，在某些特定情况下，变压器消耗电流太快，当IGBT停止导通之后，电流瞬间下降，此时常规控制器并不会再次发送触发脉冲，因为这类控制器发送的脉冲宽度都是在发送之前就已经计算好，而本发明的方法中，当电流急速下降的时候，电路会将脉冲通道打开，再次给予IGBT触发信号，补充电流，保证了焊接过程的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例的整体电路原理图；
图2是本发明实施例的单片机模块的原理框图；
图3是本发明实施例控制过程中设置电流大于采样电流时固定脉宽驱动信号的波形示意图；
图4是本发明实施例控制过程中设置电流小于采样电流时有截断信号插入状态的波形示意图。
具体实施方式
如图1所示，该结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置包括有能够对焊接主电路进行控制的单片机模块；焊接主电路包括依次设置在三相电源输出部分和焊接变压器输入部分之间的全桥半控整流电路1、滤波电路2和由IGBT模块组成的逆变电路3三个部分；所述单片机模块能够向逆变电路的IGBT模块输出驱动信号，单片机模块的检测信号输入端连接用来检测焊接变压器初级电流大小的电流传感器件4。单片机模块还连接一个PLC模块，并与PLC模块交换信息；PLC模块连接有用来显示和输入运行参数的触摸屏，还连接有用来控制焊接部件机械动作的机械控制模块，以及用来输入焊接启动信号的启动按钮。
如图2所示，所述单片机模块包括IGBT驱动电路和能够输出固定脉宽信号的脉冲信号源，脉冲信号源和IGBT驱动电路输入端之间依次设置有用来处理脉冲信号波形的整形电路，整形电波将脉冲波的上升下降沿处理得更陡峭；还包括能够对电流传感器件检测到的采样电流与设定的设置电流进行比较的比较电路；比较电路的信号输出端连接至整形电路，并能够根据比较结果控制整形电路输出信号的通断。脉冲信号源是用来发出固定脉宽脉冲信号的单片机。电流传感器件为电流互感器或者霍尔传感器。脉冲信号源和整形电路之间还设置有用来控制四个IGBT组成的H桥不能单边导通的互锁电路，即U1与U2不能同时导通，V1与V2不能同时导通，避免烧坏IGBT。
上述实施例的控制装置，在焊接过程中的控制方法包括以下步骤：
a.焊接启动信号由PLC模块发送至单片机模块，由单片机模块按照焊接程序控制控制IGBT导通或截止；
b.单片机模块接受由PLC模块传来的0~5V电压信号，根据该信号的大小设置相应的焊接电流值；
c.单片机模块将系统故障信息输出至PLC模块，由PLC模块通过触摸屏发出报警信号；
d.焊接过程中，由PLC模块按照储存在其内的焊接程序，通过机械控制模块输出动作指令，控制设备完成焊接动作。
单片机模块对IGBT的控制，是由单片机根据焊接要求的设置电流的大小，持续发出固定脉宽的脉冲信号给整形电路；同时，由比较电路根据采样电流与设置电流的比较结果对经过整形电路的信号脉冲波形进行控制；若采样电流大于设置电流，则切断IGBT驱动信号，反之则不对脉冲信号进行处理。
比较电路的工作过程中：若设置电流大于采样电流，则输出使能信号，反之，若设置电流小于采样电流，则输出禁止信号。
输出信号作用于整形电路，当使能时，整形电路输出与图3所示波形的固定脉宽脉冲。
当有禁止信号时，则信号被部分截断，整形电路输出如图4所示波形的信号，如图中所示，当采样电流i未等到设置电流I时，触发脉冲正常发送；当采样电流达到设置电流时，触发波形迅速截止；在区域A内，触发脉冲作用于IGBT时，电流增大，达到设定值时，脉冲迅速被比较电路截断，截断脉冲之后电流又迅速下降，超过一定阈值（阈值主要由于电路精度和反应时间决定）之后，比较电路又打开脉冲通道，IGBT继续工作，电流得到补充，从而使得在半个周期内，能够做到调整，这是常规控制器所不能实现的。

Claims (7)

1.一种结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置，包括有能够对焊接主电路中的IGBT模块进行驱动控制的单片机模块；其特征是：单片机模块的检测信号输入端连接用来检测焊接变压器初级电流大小的电流传感器件；所述单片机模块还连接一个PLC模块，并与PLC模块交换信息；所述PLC模块连接有用来显示和输入运行参数的触摸屏，还连接有用来控制焊接部件机械动作的机械控制模块，以及用来输入焊接启动信号的启动按钮。
2.根据权利要求1所述结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置，其特征是：所述单片机模块包括IGBT驱动电路和能够输出固定脉宽信号的脉冲信号源，脉冲信号源和IGBT驱动电路输入端之间依次设置有用来处理脉冲信号波形的整形电路，还包括能够对电流传感器件检测到的采样电流与设定的设置电流进行比较的比较电路；比较电路的信号输出端连接至整形电路，并能够根据比较结果控制整形电路输出信号的通断。
3.根据权利要求2所述结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置，其特征是：所述脉冲信号源是用来发出固定脉宽脉冲信号的单片机。
4.根据权利要求2所述结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置，其特征是：所述电流传感器件为电流互感器或者霍尔传感器。
5.根据权利要求2所述结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置，其特征是：所述脉冲信号源和整形电路之间还设置有用来控制四个IGBT组成的H桥不能单边导通的互锁电路。
6.一种基于权利要求1所述结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置的中频逆变电阻焊机控制方法，其特征是：包括以下步骤，
a.焊接启动信号由PLC模块发送至单片机模块，由单片机模块按照焊接程序控制控制IGBT导通或截止；
b.单片机模块接受由PLC模块传来的0~5V电压信号，根据该信号的大小设置相应的焊接电流值；
c.单片机模块将系统故障信息输出至PLC模块，由PLC模块通过触摸屏发出报警信号；
d.焊接过程中，由PLC模块按照储存在其内的焊接程序，通过机械控制模块输出动作指令，控制设备完成焊接动作。
7.一种基于权利要求2所述结合PLC的中频逆变电阻焊机控制装置的中频逆变电阻焊机控制方法，其特征是：在焊接过程中，由单片机根据焊接要求设置电流的大小，持续发出固定脉宽的脉冲信号给整形电路；同时，由比较电路根据采样电流与设置电流的比较结果对经过整形电路的信号脉冲波形进行控制；若采样电流大于设置电流，则切断IGBT驱动信号，反之则不对脉冲信号进行处理。
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