CN109562477B - 通过焊接电路上的通信来补偿焊接电压的焊接电路通信设备 - Google Patents

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Abstract

公开了通过焊接电缆进行通信的方法和装置。示例性焊接电路通信设备包括接收器电路、处理器和本地通信适配器。接收器电路在电流流过焊接电路的同时或在电流停止流过焊接电路之后通过焊接电路接收通信，该通信包括在电流流过焊接电路的同时在远离电力供应器且远离焊接电路通信设备的设备处测量的焊接电压反馈信息。处理器基于焊接电压反馈信息产生电力供应器控制信息。本地通信适配器传输电力供应器控制信息以控制电力转换器输出的焊接型电力，以将焊接电压调节到焊接电压设定点。

Description

通过焊接电路上的通信来补偿焊接电压的焊接电路通信设备
相关申请
本国际申请要求2016年8月16日提交的题为“焊接电力供应器、送丝机和通过焊接电路上的通信来补偿焊接电压的系统(Welding Power Supplies,Wire Feeders,andSystems to Compensate a Weld Voltage Via Communications Over a Weld Circuit)”的序列号为15/238,589的美国专利申请的优先权。序列号为15/238,589的美国专利申请的全部内容通过引用合并于此。
背景技术
本发明总体上涉及焊接系统，并且更具体地涉及通过焊接电路上的通信来补偿焊接电压的焊接电力供应器、送丝机和系统。
一些焊接应用，例如燃煤锅炉修理、造船厂作业等，其中焊接位置或工件可能位于距多工艺焊接电源较远距离处。电源为焊接应用提供经调节后的电力，并且焊接机必须拖着并监视从电源延伸到焊接位置的长焊接电力电缆。因此，将电源端子(例如，插头)和控制器布置在焊接电源上或附近的位置可能需要用户停止焊接并返回到电源以插入辅助设备、改变焊接工艺等等。在许多应用中，这可能需要穿过时常复杂和错综的工作环境往回走很远的距离。另外，焊接电缆(特别是长焊接电缆)在电源和工作场所(例如送丝机、焊炬)之间引入不可忽略的电压降。
因此，需要用于提供与焊接设备上设定的焊接电压相对应的精确焊接电压的系统和方法，并且特别是不需要额外的通信电缆或不需要使用在焊接环境中可能变得不可靠的无线通信设备。
发明内容
公开了通过焊接电路上的通信来补偿焊接电压的焊接电力供应器、送丝机和系统，基本上如结合至少一幅附图所示和描述的，如权利要求中更完整地阐述的。
附图说明
图1示出了根据本公开的一些方面的示例性焊接型系统。
图2是根据本发明的一些方面的可由图1的控制器实施以控制电力转换器的示例性电压反馈控制回路的框图。
图3示出了根据本公开的一些方面的另一示例性焊接型系统。
图4是示出根据本公开的一些方面的可以由图1的示例性焊接型电力供应器执行以补偿焊接输出电压的示例性机器可读指令的流程图。
图5A和5B示出了说明根据本公开的一些方面的可由图1的示例性控制器执行以确定对电力供应器和/或电力转换器输出的焊接电压的调整值以将焊接电压调节至焊接电压设定点的示例性机器可读指令的流程图。
图6是说明根据本公开的一些方面的可由图1的示例性送丝机执行以补偿焊接输出电压的示例性机器可读指令的流程图。
图7是说明根据本公开的一些方面的可由图3的示例性送丝机执行以补偿焊接输出电压的示例性机器可读指令的流程图。
图8示出了根据本公开的一些方面的包括焊接通信适配器的另一示例性焊接系统。
具体实施方式
焊接电缆通信使得焊接系统的部件(例如焊接电力供应器和送丝机)能够通过用于将焊接电流从电力供应器输送到送丝机(并且输送到附接至送丝机的焊炬)的相同电缆进行通信。焊接电缆通信使得能够通过例如去除通常用于控制信号的一根或多根电缆来简化焊接系统。
公开的示例提供了对用于焊接的送丝机进行电压感测，其使得焊接电力供应器能够调整电弧电压(例如，电极和工件之间的电弧两侧的电压)以补偿焊接电力供应器和远程送丝机之间的电缆上的电压降。如本文所使用的，术语“远程”指的是不在同一物理外壳中。例如，为了本公开的目的，与焊接电力供应器分开的送丝机(例如，通过焊接电缆连接到焊接电力供应器)被认为是远程送丝机。
在一些示例中，远程送丝机在焊接电路传导焊接电流的同时(例如，在焊接操作期间)测量电弧电压并且通过焊接电路将电弧电压作为焊接电压反馈信息传送到电力供应器，这使得电力供应器能够调整电力供应器输出的电压和/或电流。例如，电力供应器可以调整电压和/或电流以减小或最小化实际(例如，测量的)电弧电压和焊接电压设定点之间的差值。在一些其他示例中，远程送丝机将电压测量值存储在内部存储器中，并在焊接操作已完成时将电压测量值发送到电力供应器。
公开的示例性电力供应器执行焊接电压控制回路，并使用来自远程送丝机的电压测量值作为控制回路中的反馈机制来调整输出电力。在一些示例中，电力供应器计算焊接电缆和/或焊接电路的曲线，在随后的焊接期间使用该曲线以补偿输出电力以使得电弧电压基本上等于焊接电压设定点。因此，公开的示例为焊接机提供了更加可预测和可靠的焊接电压。
一些传统的电力供应器和焊接机使用与焊接电路分开的控制电缆进行通信。然而，这种控制电缆易损坏、昂贵，并且在焊接环境中引起额外的危险，特别是当电力供应器和远程送丝机之间存在相对长的距离(例如，100英尺或更长)时。公开的示例使得能够通过电力供应器进行电压补偿，而不需要在电噪声焊接环境中变得不可靠的附加控制电缆或无线通信。
如本文所使用的，术语“端口”指的是用于穿越一个或多个输入/或输出的一个或多个端子、连接器、插头和/或任何其他物理接口。示例性端口包括焊接电缆连接，焊接电缆在那里物理地附接到设备、气体软管连接器以及可以进行物理和/或电连接以输入和/或输出电信号和/或电力、物理力和/或工作、流体和/或气体的连接器。
如本文所使用的，术语“焊接型电力”是指适用于焊接、等离子切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预热(包括激光焊接和激光熔覆)的电力。如本文所使用的，术语“焊接型电力供应器”指的是当向其施加电力时能够提供焊接、等离子切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预热(包括激光焊接和激光熔覆)的任何设备，包括但不限于逆变器、转换器、谐振电力供应器、准谐振电力供应器等，以及控制电路和与之相关联的其他辅助电路。
如本文所使用的，“焊接电压设定点”是指通过用户接口、网络通信、焊接程序规范或其他选择方法输入到电力转换器的电压。
如本文所使用的，“电路”包括任何模拟和/或数字部件、电力和/或控制元件，诸如微处理器、数字信号处理器(DSP)、软件等，分立部件和/或集成部件，或上述部件的一部分和/或其组合。
如本文所使用的，术语“焊接电路”包括焊接操作的电气路径中的任何和所有部件，而不管焊接操作是否正在进行中。例如，焊接电路被认为包括以下中的任何一个或全部：电力转换和/或调节部件、焊接电缆导体、焊炬、消耗性或非消耗性焊接电极、工件、工件夹、接地电缆(返回电缆)、焊接电缆连接(例如，将焊接电力供应器连接到焊接电缆的焊接螺柱)。如本文所使用的，“焊接电路”不包括在任何时间都不传导焊接电流(即，不在焊接电流的电气路径中)的部件或导体。例如，焊接电路不包括传输数据但不传输焊接电流的单独控制电缆。
如本文所使用的，术语“滤波”，当其应用于电压和/或电流值时，指的是从较大的一组值产生一个或多个代表值。例如，可以对一组电压值或测量值进行滤波以获得平均电压、电压值的均方根值或任何其他代表值或推导值。
公开的示例性焊接型电力供应器包括电力转换器、接收器电路和控制器。电力转换器基于焊接电压设定点将输入电力转换为焊接型电力，并通过焊接电路输出焊接型电力。在电流流过焊接电路的同时或在电流停止流过焊接电路之后，接收器电路通过焊接电路接收通信。通信包括在电流流过焊接电路的同时在远离电力供应器的设备处测量的焊接电压反馈信息。控制器使用焊接电压反馈信息根据电压反馈回路控制电力转换器输出的焊接型电力，以将远程设备处的焊接电压调节到焊接电压设定点。
在一些示例中，控制器被配置为在电流正通过焊接电路被输出时通过调整焊接型电力来根据电压反馈回路控制电力转换器输出的焊接型电力的电压。在一些示例中，控制器被配置为通过基于焊接电压设定点和焊接电压反馈信息中包括的测量电压而调整被施加到焊接型电力的电压补偿值来根据电压反馈回路控制由电力转换器输出的焊接型电力的电压。控制器存储用于产生后续焊接的焊接型电力的电压补偿值。在一些这样的示例中，控制器被配置为在后续焊接期间基于该电压补偿值来调整电力转换器输出的焊接型电力的电压。在一些示例中，控制器被配置为基于通过焊接电路接收的多个通信来控制电力转换器输出的焊接型电力的电压。多个通信对应于多个电压测量值。在一些这样的示例中，控制器被配置为存储多个电压测量值，这些电压测量值在远程设备处和电力供应器处获取并且对应于电力供应器输出电压测量值或焊接电流测量值中的至少一个。控制器基于电力供应器输出电压测量值或焊接电流测量值中的至少一个来确定电压补偿值。
一些示例性焊接型电力供应器还包括用于测量实际电源输出电压的电源电压监测器。控制器使用焊接电压反馈信息、焊接电压设定点和实际电源输出电压来执行电压反馈回路。在一些这样的示例中，焊接电压反馈信息包括在送丝机处测量的焊接型电力的滤波后的电弧电压。电源电压监测器确定在焊接型电力供应器的输出端子处测量的焊接型电力的滤波后的电力供应器输出电压，并且控制器基于滤波后的电弧电压和滤波后的电力供应器输出电压之间的差值来调整焊接型电力的焊接电压。在一些示例中，控制器通过基于焊接电压设定点和滤波后的电弧电压与滤波后的电力供应器输出电压之间的差值确定调整后的焊接电压设定点来控制焊接型电力的电压。在一些这样的示例中，控制器基于调整后的焊接电压设定点和滤波后的电力供应器输出电压之间的差值来调整焊接型电力。
在一些示例性焊接型电力供应器中，控制器以第一速率调整焊接型电力，并且接收器电路配置为以可能与第一速率不同(例如，慢于第一速率)的第二速率接收焊接电压反馈信息。控制器基于最近接收的焊接电压反馈信息以第一速率调整焊接型电力。在一些示例中，焊接电压反馈信息包括电压设定点与在电流流过焊接电路的同时在远离电力供应器的设备处测量的电压之间的电压误差，并且控制器使用电压误差控制焊接型电力输出。在一些这样的示例中，控制器使用电压误差计算焊接电路中的焊接电缆的阻抗。
在一些示例中，焊接电压反馈信息包括作为焊接电路的一部分的焊接电缆的特性，并且控制器使用该特性来控制焊接型电力输出。在一些这样的示例中，该特性包括计算出的焊接电缆的阻抗。在一些示例性焊接型电力供应器中，焊接电压反馈信息包括电压设定点命令，并且通过控制电力转换器以使其输出具有由电压设定点命令确定的电压的焊接型电力，控制器使用电压设定点命令控制焊接型电力输出。附加地或替代地，焊接电压反馈信息可包括可用于计算焊接电缆特性的信息(例如，从送丝机测量的焊接电压反馈)。在示例中，电力供应器接收一组电弧电压反馈采样并使用电弧电压反馈采样结合对应的电压设定点和在电力供应器处确定的电流测量值来计算焊接电缆阻抗。
公开的示例性焊接型电力供应器包括电力转换器、电压监测器、接收器电路和控制器。电力转换器基于用户选择的电压将输入电力转换为焊接型电力，并通过焊接电路输出焊接型电力。电压监测器测量焊接期间焊接型电力的电力供应器输出电压。在电流流过焊接电路的同时或在电流停止流过焊接电路之后，接收器电路通过焊接电路接收通信，该通信包括在焊接电路中的第一位置处测量的焊接型电力的测量电弧电压，该第一位置不同于电压监测器测量电力供应器输出电压所在的第二位置。当在焊接期间接收到包括测量的电弧电压的通信时，控制器在焊接期间基于电力供应器输出电压调整焊接型电力，以减小用户选择的电压和测量的电弧电压之间的差值。当在焊接之后接收到包括测量的电弧电压的通信时，控制器基于用户选择的电压、电力供应器输出电压和测量的电弧电压来调整被施加到焊接型电力的电压补偿值，并且存储用于产生后续焊接的焊接型电力的电压补偿值。
在一些示例中，控制器存储电压补偿值，该电压补偿值基于在第一焊接期间测量的测量电弧电压，并且在后续焊接期间基于电压补偿值来调整焊接型电力。在一些这样的示例中，控制器基于通过焊接电路接收的多个通信来确定电压补偿值，其中多个通信对应于多个电弧电压测量值。在一些示例中，控制器存储对应于多个电弧电压测量值的电力供应器输出电压测量值和/或焊接电流测量值，并基于电力供应器输出电压测量值和/或焊接电流测量值以及电弧电压测量值确定电压补偿值。在一些示例中，可以通过计算焊接电缆阻抗和/或通过在表格中查找电弧电压测量值、电力供应器输出电压测量值和/或焊接电流测量值来确定电压补偿值。
在一些示例性焊接型电力供应器中，电力供应器输出电压是在电力转换器的焊接电路输出端子处测量的焊接型电力的滤波后的电力供应器输出电压，并且测量的电弧电压是在送丝机处测量的焊接型电力的滤波后的电弧电压。控制器基于滤波后的电力供应器输出电压和滤波后的电弧电压之间的差值来增加焊接型电力的电压。在一些这样的示例中，控制器以第一速率调整焊接型电力，并且接收器电路以第二速率接收测量的电弧电压的测量值。控制器基于最近计算的滤波后的电弧电压以第二速率计算差值，并以第一速率调整焊接型电力。在一些示例中，第二速率不同于第一速率。
在一些示例中，控制器通过基于用户选择的电压和滤波后的电力供应器输出电压与滤波后的电弧电压之间的差值确定调整后的焊接电压设定点来调整焊接型电力的电压。在一些这样的示例中，控制器基于调整后的焊接电压设定点和滤波后的电力供应器输出电压之间的差值来调整焊接型电力的电压。
公开的示例性焊接型电力供应器包括：电力转换器，用于基于焊接电压设定点将输入电力转换为焊接型电力并通过焊接电路输出焊接型电力；接收器电路，用于在不使用单独的数据传输电缆连接或电压感测引线连接的情况下接收电压反馈信息；以及控制器，用于使用焊接电压反馈信息和焊接电压设定点根据电压反馈回路控制由电力转换器输出的焊接型电力的电压。
在一些示例中，接收器电路进一步在不使用无线通信的情况下接收电压反馈信息。在一些示例中，接收器电路通过焊接电路接收电压反馈信息。
公开的示例性焊接设备包括电压监测器和焊接电缆通信发送器。电压监测器测量在焊接型操作期间通过焊接电路接收的焊接型电力的焊接电压。焊接电缆通信发送器在输出焊接型电力期间通过焊接电路发送基于焊接型电力的焊接电压的通信，或者将焊接电压存储在存储器中并在停止输出焊接型电力后通过焊接电路发送该通信。
一些示例性焊接设备还包括用户接口，用于接收用户对电压设定点的选择，其中焊接电缆通信发送器发送第二通信，该第二通信指示对电压设定点的用户选择。一些这样的示例还包括用于基于电压设定点和焊接电压确定电压设定点命令的控制器，其中焊接电缆通信发送器通过焊接电路发送电压设定点命令。一些示例包括用于确定焊接电路中的焊接电缆的阻抗并且基于电压设定点、焊接型电力的焊接电压和电流来确定阻抗的控制器。一些示例包括用于将电压误差确定为电压设定点和焊接电压之间的差值的控制器，其中焊接电缆通信发送器通过焊接电路发送该电压误差。
一些示例性焊接设备还包括电压滤波器电路，用于在一段时间内提供焊接电压的滤波后的值，其中焊接电缆通信发送器识别通信中的滤波后的值。一些示例性焊接设备还包括用于接收电压设定点的焊接电缆通信接收器，以及用于确定连接到焊接电路的焊接电缆的阻抗的控制器，其中控制器基于电压设定点、焊接型电力的焊接电压和电流确定阻抗。一些示例性焊接设备还包括用于接收电压设定点的焊接电缆通信接收器，以及用于将电压误差确定为电压设定点和焊接电压之间的差值的控制器，其中焊接电缆通信发送器通过焊接电路发送该电压误差。在一些示例中，焊接设备是送丝机或悬挂式控制设备。
公开的示例性焊接型电力供应器包括：电力转换器，用于基于焊接电压设定点将输入电力转换为焊接型电力并通过焊接电路输出焊接型电力；以及接收器电路，用于在电流流过焊接电路的同时或在电流停止流过焊接电路之后通过焊接电路接收通信。通信包括在电流流过焊接电路的同时在远离电力供应器的设备处测量的焊接电压反馈信息。示例性焊接型电力供应器还包括显示设备，用于在电流流过焊接电路的同时显示焊接电压反馈信息。
公开的示例性焊接设备包括：电压监测器，用于测量在焊接型操作期间通过焊接电路接收的焊接型电力的电压；显示设备，用于显示焊接电压；以及焊接电缆通信发送器，用于在焊接型电力输出期间通过焊接电路发送一通信，该通信代表焊接型电力的焊接电压。
公开的示例性焊接电路通信设备包括接收器电路、处理器或本地通信适配器。在电流流过焊接电路的同时或在电流停止流过焊接电路之后，接收器电路通过焊接电路接收通信。通信包括在电流流过焊接电路的同时在远离电力供应器并且远离焊接电路通信设备的设备处测量的焊接电压反馈信息。处理器基于焊接电压反馈信息产生电力供应器控制信息。本地通信适配器传输电力供应器控制信息以控制电力转换器输出的焊接型电力，以将焊接电压调节到焊接电压设定点。
在一些示例性焊接电路通信设备中，电力供应器控制信息包括电压设定点、电压误差、焊接电缆阻抗中的至少一个。一些示例性焊接电路通信设备还包括用于测量电力供应器输出电压的电压监测器。焊接电压反馈信息包括在相比电力供应器输出电压测量位置更靠近焊接点的位置测量的远程电压。
一些示例性焊接电路通信设备还包括用于测量电源输出电压的电压监测器。处理器使用焊接电压反馈信息、焊接电压设定点和测量的电源输出电压来产生电力供应器控制信息。在一些这样的示例中，焊接电压反馈信息包括在送丝机或远程通信设备处测量的焊接型电力的滤波后的电弧电压，并且电压监测器确定在电力供应器输出处测量的焊接型电力的滤波后的电力供应器输出电压。处理器基于滤波后的电弧电压和滤波后的电力供应器输出电压之间的差值来调整焊接型电力的焊接电压。
一些示例性焊接电路通信设备还包括发送器，用于在电流流过焊接电路的同时通过焊接电路将焊接信息发送到远程设备。在一些示例中，焊接电压反馈信息包括电压设定点与在电流流过焊接电路的同时在远离电力供应器并远离焊接电路通信设备的设备处测量的电压之间的电压误差。处理器使用电压误差产生电力供应器控制信息。在一些这样的示例中，处理器被配置为使用电压误差计算焊接电路中的焊接电缆的阻抗，其中电力供应器控制信息包括焊接电缆的阻抗。在一些示例中，焊接电压反馈信息包括电压设定点命令，并且处理器提供用于控制电力供应器的电压设定点命令，以使电力供应器输出具有由电压设定点命令确定的电压的焊接型电力。
公开的焊接电路通信设备包括：电压监测器，用于测量在焊接型操作期间通过焊接电路传输的焊接型电力的电压；以及发送器电路，用于在焊接电路上传输焊接型电力期间通过焊接电路发送基于焊接型电力的焊接电压的焊接电压反馈信息。
一些示例性焊接电路通信设备还包括本地通信适配器，用于从焊接设备接收电压设定点。一些示例性焊接电路通信设备还包括用于基于电压设定点和焊接电压确定电压设定点命令的处理器，发送器电路配置为通过焊接电路发送电压设定点命令。在一些示例中，发送器电路被配置为在焊接电路上传输焊接型电力期间通过焊接电路发送电压设定点。
一些示例性焊接电路通信设备还包括用于基于电压设定点、焊接型电力的焊接电压和电流来确定焊接电路中的焊接电缆的阻抗的处理器，发送器电路被配置为通过焊接电路传输阻抗。一些示例性焊接电路通信设备还包括用于将电压误差确定为电压设定点和焊接电压之间的差值的处理器，发送器电路用于通过焊接电路发送电压误差。
公开的示例性焊接电路通信设备包括：本地通信适配器，用于在第一接口上从焊接设备接收焊接电压反馈信息；以及发送器电路，用于在焊接电路上传输焊接型焊接电力期间通过焊接电路发送基于焊接型电力的焊接电压的焊接电压反馈信息。
在一些示例中，本地通信适配器接收电压测量值，并且示例性焊接电路通信设备还包括处理器，用于从电压测量值产生焊接电压反馈信息。在一些示例中，本地通信适配器从焊接设备接收电压设定点，并且发送器电路在焊接电路上传输焊接型电力期间通过焊接电路发送电压设定点。
在一些示例中，本地通信适配器从焊接设备接收电压设定点，焊接电路通信设备还包括用于将电压误差确定为电压设定点和焊接电压之间的差值的处理器，并且发送器电路通过焊接电路发送电压误差。在一些示例中，焊接电路通信设备还包括处理器，用于基于电压设定点、焊接型电力的焊接电压和电流来确定焊接电路中的焊接电缆的阻抗，其中发送器电路通过焊接电路发送阻抗。
现在转向附图，图1是具有焊接电力供应器102、送丝机104和焊炬106的示例性焊接系统100的框图。焊接系统100为焊接应用提供电力、控制和供应耗材。在一些示例中，焊接电力供应器102直接向焊炬106提供输入电力。焊炬106可以是基于所需的焊接应用配置用于保护金属电弧焊(SMAW或棒焊)、钨极惰性气体(TIG)焊、气体保护金属极电弧焊(GMAW)、药芯电弧焊(FCAW)的焊炬。在所示的示例中，焊接电力供应器102被配置为向送丝机104供应电力，并且送丝机104可以被配置为将输入电力引导到焊炬106。除了提供输入电力之外，送丝机104还可以向焊炬106供应填充金属，用于各种焊接应用(例如，GMAW焊、药芯电弧焊(FCAW))。虽然图1的示例性系统100包括送丝机104(例如，用于GMAW或FCAW焊)，但送丝机104可由任何其他类型的远程附件设备替换，例如提供棒焊和/或TIG焊的棒焊和/或TIG焊远程控制接口。
焊接电力供应器102接收主电力108(例如，来自AC电网、发动机/发电机组、电池或其他能量产生或存储设备，或其组合)、调整主电力、以及根据系统100的需求，向一个或多个焊接设备提供输出电力。主电力108可以从非现场位置提供(例如，主电力可以源自电网)。焊接电力供应器102包括电力转换器110，其可以包括变压器、整流器、开关等，电力转换器110能够根据系统100的需求(例如，特别是焊接工艺和焊接方案)将AC输入电力转换为AC和/或DC输出电力。电力转换器110基于焊接电压设定点将输入电力(例如，主电力108)转换为焊接型电力，并且通过焊接电路输出焊接型电力。
在一些示例中，电力转换器110被配置为将主电力108转换为焊接型电力和辅助电力输出两者。然而，在其他示例中，电力转换器110仅适于将主电力转换为焊接电力输出，并且提供单独的辅助转换器以将主电力转换为辅助电力。在一些其他示例中，焊接电力供应器102直接从壁装插座接收转换后的辅助电力输出。焊接电力供应器102可以采用任何合适的电力转换系统或机构来产生和提供焊接电力和辅助电力两者。
焊接电力供应器102包括控制器112，用于控制焊接电力供应器102的操作。焊接电力供应器102还包括用户接口114。控制器112接收来自用户接口114的输入，用户可以通过用户接口114选择工艺和/或输入所需参数(例如，电压、电流、特定脉冲或非脉冲焊接方案等)。用户接口114可以使用任何输入设备(诸如通过键盘、键板、按钮、触摸屏、语音激活系统、无线设备等)接收输入。此外，控制器112还基于用户的输入以及基于其他当前的操作参数来控制操作参数。具体地，用户接口114可以包括用于向操作者呈现、显示或指示信息的显示器116。控制器112还可以包括用于将数据传送到系统100中的其他设备(例如送丝机104)的接口电路。例如，在一些情况下，焊接电力供应器102与焊接系统100内的其他焊接设备无线通信。此外，在一些情况下，焊接电力供应器102使用有线连接与其他焊接设备通信，例如通过使用网络接口控制器(NIC)通过网络(例如，以太网、10baseT、10base100等)传送数据。在图1的示例中，控制器112通过通信收发器118通过焊接电路与送丝机104通信，如下所述。
控制器112包括控制焊接电力供应器102的操作的至少一个控制器或处理器120。控制器112接收并处理与系统100的性能和需求相关联的多个输入。处理器120可包括一个或多个微处理器，例如一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或ASICS，和/或任何其他类型的处理设备。例如，处理器120可以包括一个或多个数字信号处理器(DSP)。
示例性控制器112包括一个或多个存储设备123和一个或多个存储器设备124。存储设备123(例如，非易失性存储器)可以包括ROM、闪存、硬盘驱动器和/或任何其他合适的光学、磁性和/或固态存储介质、和/或其组合。存储设备123存储数据(例如，对应于焊接应用的数据)、指令(例如，用于执行焊接工艺的软件或固件)和/或任何其他适当的数据。所存储的用于焊接应用的数据的示例包括焊炬的姿态(例如，取向)、接触焊嘴与工件之间的距离、电压、电流、焊接设备设置等。
存储器设备124可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)、和/或非易失性存储器，例如只读存储器(ROM)。存储器设备124和/或存储设备123可以存储各种信息，并且可以用于各种目的。例如，存储器设备124和/或存储设备123可以存储处理器可执行指令125(例如，固件或软件)以供处理器120执行。此外，用于各种焊接工艺的一个或多个控制方案以及相关联的设置和参数连同被配置为在操作期间提供特定输出(例如，开始送丝、允许气体流动、捕获焊接电流数据、检测短路参数、确定飞溅量)的代码一起可以被存储在存储设备123和/或存储器设备124中。
在一些示例中，焊接电力从电力转换器110通过焊接电缆126流到送丝机104和焊炬106。示例性焊接电缆126可附接在焊接电力供应器102和送丝机104中的每一个处的焊接螺柱和从该焊接螺柱拆卸(例如，为了在磨损或损坏的情况下能够容易地更换焊接电缆126)。此外，在一些示例中，用焊接电缆126提供焊接数据，使得在焊接电缆126上一同提供并传输焊接电力和焊接数据。通信收发器118通信地耦接到焊接电缆126以在焊接电缆126上传送(例如，发送/接收)数据。通信收发器118可以基于各种类型的电力线通信方法和技术来实现。例如，通信收发器118可以利用IEEE标准P1901.2在焊接电缆36上提供数据通信。以这种方式，焊接电缆126可以用于从焊接电力供应器102提供焊接电力到送丝机104和焊炬106。附加地或替代地，焊接电缆126可用于向/从送丝机104和焊炬106发送和/或接收数据通信。通信收发器118通信地(例如，通过电缆数据耦接器127)耦接到焊接电缆126，以描述焊接电缆126的特性，如下面更详细描述的。电缆数据耦接器127可以是例如电压或电流传感器。
示例性通信收发器118包括接收器电路121和发送器电路122。通常，接收器电路121通过焊接电缆126接收由送丝机104发送的数据，并且发送器电路122通过焊接电缆126将数据发送到送丝机104。如下面更详细描述的，通信收发器118使得能够使用由送丝机104发送的焊接电压反馈信息从送丝机104的位置对电力供应器102进行远程配置和/或通过电力供应器102来补偿焊接电压。在一些示例中，在焊接电流流过焊接电路的同时(例如，在焊接型操作期间)和/或在焊接电流停止流过焊接回路之后(例如，在焊接型操作之后)，接收器电路121通过焊接电路接收通信。这种通信的示例包括在焊接电流流过焊接电路的同时在远离电力供应器102的设备(例如，送丝机104)处测量的焊接电压反馈信息。
在第9,012,807号美国专利中描述了通信收发器118的示例性实施方式。第9,012,807号美国专利的全部内容通过引用合并于此。然而，可以使用通信收发器118的其他实施方式。
示例性送丝机104还包括通信收发器119，其在结构和/或功能上可与通信收发器118类似或相同。
在一些示例中，取决于焊接应用，气体供应器128提供保护气体，例如氩气、氦气、二氧化碳等。保护气体流到阀130，阀130对气体流动进行控制并且如果需要可以被选择以允许调整或调节被供应给焊接应用的气体量。阀130可以由控制电路22打开、关闭或以其他方式操作，以允许、抑制或控制气体(例如，保护气体)通过阀130的流动。保护气体离开阀130并流过电缆132(在一些实施方式中，其可以带有焊接电力输出)到送丝机104，送丝机104向焊接应用提供保护气体。在一些示例中，焊接系统100不包括气体供应器128、阀130和/或电缆132。
在一些示例中，送丝机104使用焊接电力来为送丝机104中的各种部件供电，例如向送丝机控制器134供电。如上所述，焊接电缆126可以被配置为提供或者供应焊接电力。焊接电力供应器102还可以使用焊接电缆126和设置在焊接电力供应器102内的通信收发器118与送丝机104的通信收发器119通信。在一些示例中，通信收发器119基本上类似于焊接电力供应器102的通信收发器118。送丝机控制器134控制送丝机104的操作。在一些示例中，送丝机104使用送丝机控制器134来检测送丝机104是否与焊接电力供应器102通信，并且如果送丝机104与焊接电力供应器102通信，则检测焊接电力供应器102的当前焊接工艺。
接触器135(例如，高安培数继电器)由送丝机控制器134控制并且配置为针对焊接应用使得焊接电力能够继续流到焊接电缆126或者抑制焊接电力继续流到焊接电缆126。在一些示例中，接触器135是机电设备。然而，接触器135可以是任何其他合适的设备，例如固态设备。送丝机104包括焊丝驱动器136，焊丝驱动器136接收来自送丝机控制器134的控制信号以驱动辊138，辊138旋转以将焊丝从线轴140拉出。通过焊炬电缆142将焊丝提供给焊接应用。同样，送丝机104可以通过电缆142从电缆132提供保护气体。电极焊丝、保护气体和来自焊接电缆126的电力在单个焊炬电缆144中被组合在一起和/或单独地提供给焊炬106。
焊炬106输送焊丝、焊接电力和/或保护气体用于焊接应用。焊炬106用于在焊炬106和工件146之间建立焊接电弧。工作电缆148将工件146耦接到电力供应器102(例如，耦接到电力转换器110)，以提供焊接电流的返回路径(例如，作为焊接电路的一部分)。示例性工作电缆148可附接到电力供应器102和/或可从电力供应器102拆卸以便于更换工作电缆148。工作电缆148可以用夹具150(或另一电力连接设备)端接，夹具150将焊接电力供应器102耦接到工件146。
图1的示例性送丝机104包括电压监测器152，其通过夹具154和感测引线156耦接到焊接电路(例如，电连接到焊接电缆126)并且耦接到工件146。示例性电压监测器152可以通过电缆数据耦接器127耦接到焊接电路。电压监测器152(例如，通过传感引线156)测量焊接电压，例如焊炬106的输出(例如，在焊接输出连接器或螺柱处，电缆144连接到该焊接输出连接器或螺柱，以将焊炬106电连接到送丝机104)和工件146之间的电压。因为送丝机104明显比电力供应器102更靠近电弧，所以在送丝机104处测量的电压不受焊接电缆126的阻抗的影响。结果，由电压监测器152捕获的测量值可以被认为代表电弧电压。
电压监测器152捕获焊接电压(例如，电弧电压，即焊炬106和工件146之间的电压)的一个或多个测量值(例如，采样)。在一些示例中，电压监测器152将时间戳分配给测量值，以用于执行计算、补偿和/或测量值与其他测量值的匹配。
示例性电压监测器152和/或控制器134执行滤波(例如，模拟和/或数字滤波)以确定指定时间段内的电压的代表值。代表值可以是基于电压监测器152捕获的测量值的滤波后的电压值，例如指定时间段内的平均电压或指定时间段内的均方根电压。例如，电压监测器152和/或控制器112可以基于由电压监测器152以指定速率捕获的对应数量的测量值来计算N秒时间段的平均焊接电压。在一些示例中，基于电力转换器110的切换频率和/或控制器134和/或处理器120使用的处理频率来选择用于滤波的时间段。
示例性控制器134将平均焊接电压和/或电压测量值作为焊接电压反馈信息存储。通信收发器119通过焊接电路(例如，通过焊接电缆126)将焊接电压反馈信息发送到电力供应器102。通信收发器119可在焊接电路传导焊接电流的同时(例如，在焊接操作期间和/或在焊炬106与工件146之间存在电弧的同时)和/或在焊接电流结束之后(例如，在焊接操作结束时，电压监测器152在该焊接操作期间已捕获电压测量值)发送焊接电压反馈信息。
在一些示例中，焊接电压反馈信息包括焊接电缆126的特性，例如焊接电缆126的型号或其他标识，其可用于精确地补偿焊接电压在焊接电缆126上的电压降。例如，如果焊接电缆的型号在未经测量情况下就具有可确定的阻抗，则控制器112可以使用该焊接电缆的标识来补偿来自电力转换器110的输出。
当焊接电力供应器102接收到电压测量值时，电力供应器102更新用于控制电力转换器110的电压反馈回路。电压反馈回路可以由图1的示例性控制器112执行。示例性电压反馈回路是一种控制算法，该控制算法使用输入值控制输出电压并且对输出电压和/或与输出电压相关联的中间信号作出响应。控制器112使用焊接电压反馈信息根据电压反馈回路控制电力转换器110输出的焊接型电力，以将远程设备处(例如，在送丝机104处)的电压调节到焊接电压设定点。例如，控制器112可以使用通过焊接电路从送丝机104接收的数据来控制电弧处的焊接电压以使其基本上等于电压设定点(例如，以补偿由焊接电缆126引起的电压降)。
示例性电力供应器102包括测量实际电源输出电压的电压监测器160。实际电源输出电压是与从电源输出到焊接电缆126的真实电压基本上相等但可以略微不同(例如，具有可忽略的差值)的近似值。控制器112可以使用实际电源输出电压作为输入执行反馈回路。在一些示例中，电压监测器160包括在电力转换器110中。
在一些示例中，控制器112接收在送丝机104处测量的焊接型电力的平均电弧电压，并且电压监测器160确定在电力供应器102的输出端子处测量的焊接型电力的平均输出电压。控制器112基于平均电弧电压和平均电力供应器输出电压之间的差值来调整焊接型电力的焊接电压。
在一些示例中，电压反馈回路是恒定电压(CV)或受电压控制的控制回路。示例性控制器112使用一组可测量和/或可推导的电压值来计算电流调整值。
如上所述，电力供应器102和送丝机104之间的焊接电缆126引起电压降。由焊接电缆126引起的电压降(Vcabledrop)可以表示为在电力供应器输出处测量的电压(例如，在电力供应器输出螺柱或端口处测量的Vstud)与在送丝机104处测量的电压(例如，Vfeeder)之间的差值，如下面的等式1所示。Vfeeder项被接收作为焊接电压反馈信息，例如由送丝机104确定并通过焊接电缆126传送的焊接电压测量值和/或平均焊接电压。
VcableDrop＝Vstud–Vfeeder 等式1
通过焊接电缆126中的电压降(例如，Vcabledrop)调整电力转换器110输出的电压(例如，Vstud)实际上提高了送丝机104处的电压(例如，Vfeeder)。因此，示例性控制器112可以调整电力转换器110输出的电力(例如，电压和/或电流)，以使送丝机104处的电压(例如，实际上是焊接电压或电弧电压)基本上与电压设定点匹配。
示例性控制器112根据下面的等式2调整电压设定点(例如，Vcmd)以确定调整后的电压设定点Vadjustedcmd(例如，调整后的电压命令)。
VAdjustedCmd＝Vcmd+VcableDrop 等式2
当电力供应器102从送丝机104接收平均电压测量值并通过电压监测器160产生平均电压测量值时，控制器112通过基于焊接电压设定点(例如，Vcmd)和平均电弧电压与平均电力供应器输出电压(例如，平均Vcabledrop)之间的差值确定调整后的焊接电压设定点(例如，VAdjustedCmd)来控制焊接型电力的电压。
可以通过下面的等式3中所示的关系来计算误差项Verror。
Verror＝(VAdjustedCmd–Vstud) 等式3
通过执行等式3，控制器112可以基于调整后的电压设定点和平均电力供应器输出电压之间的差值来调整焊接型电力。在图1和2的示例中，Verror直接用于计算新的电流命令。如果在计算电力转换器110的输出时未使用调整后的电压误差，则该输出将不会收敛到预期的解。
示例性等式可以由控制器112实现，以通过基于焊接电压设定点(例如，Vcmd)和焊接电压反馈信息中包括的测量电压(例如，Vfeeder)调整施加到焊接型电力的电压补偿值(例如，Verror)，根据电压反馈回路控制电力转换器110输出的焊接型电力的电压。在一些示例中，控制器112存储用于产生后续焊接型操作的焊接型电力的电压补偿值。然后，控制器112可以在后续焊接期间基于电压补偿值来调整电力转换器110输出的焊接型电力的电压。
控制器112可以基于通过焊接电路接收的多个通信来控制电力转换器110输出的焊接型电力的电压，其中多个通信对应于送丝机104的多个电压测量值(例如，Vfeeder值)。例如，控制器112可以存储多个电力供应器电压测量值(例如，Vstud值)和/或对应于多个电压测量值(例如，Vfeeder值)的焊接电流测量值，并且基于焊接电压测量值、电力供应器输出电压测量值和/或焊接电流测量值确定电压补偿值。可以通过计算焊接电缆126的阻抗和/或通过在存储设备125和/或存储器124中存储的表格中执行对焊接电压测量值、电力供应器输出电压测量值和/或焊接电流测量值的查找来确定电压补偿值。
在一些示例中，由控制器112执行的控制等式以第一执行速率(例如，20kHz，或每50μs一次命令更新)执行，同时焊接电压反馈信息(例如，Vfeeder)以第二速率被更新，该第二速率可能受焊接电缆带宽(例如，2Hz，或每500,000μs一次焊接电压更新)限制。不同的更新速率导致多速率控制系统，其中可能在焊接操作期间的任何时刻采样或输送的来自送丝机104的报告的电压数据被用于更高速的控制回路。
示例性控制器112通过以下方法避免由数据更新速率不匹配和非均匀网络数据到达(例如，可变采样间隔)引起的不稳定的控制回路情况：1)使用电压设定点Vcmd的低通滤波后的数据和焊接电压反馈信息Vfeeder计算焊接电缆电压降VcableDrop和调整后的电压设定点VAdjustedCmd；2)当有效焊接电压反馈信息Vfeeder通过焊接电缆126到达时计算调整后的电压设定点VAdjustedCmd，并使用调整后电压设定点VAdjustedCmd的最近计算的值(例如，直到下一个焊接电压反馈信息到达并且计算出调整后的电压设定点的新值)；以及3)在焊接电力供应器启动时，将调整后的电压设定点VAdjustedCmd设定为调整后的电压设定点VAdjustedCmd的最大允许值，并允许系统调整到实际测量的电压降。
在一些示例中，通过在通过焊接电路输出焊接电流时调整焊接型电力(例如，而不是在焊接操作之间进行调整)，控制器112根据电压反馈回路控制电力转换器输出的焊接型电力的电压。附加地或替代地，控制器112在焊接操作之间进行调整(例如，为后续焊接操作调整电压以补偿在先前焊接操作期间观察到的电压误差)。
在一些示例中，显示器116显示焊接电压反馈信息，例如测量的焊接电压，用于由电力供应器102的操作者或其他观察者实时观察实际焊接电压。另外，用户接口114可以允许选择焊接电压和/或电力供应器输出电压以在显示设备116上显示。通过在焊接期间显示(或允许显示)实时焊接电压，操作者、监管者和/或任何其他感兴趣的观察者可以保证用户指定的焊接电压是电弧处的焊接电压。这种保证可用于验证是否符合焊接工艺规范。
图2是可以由图1的控制器112实现以控制电力转换器110的示例性电压反馈控制回路200的框图。例如，控制器112可以通过执行指令125来实现控制回路200。控制回路200接收电压设定点202作为输入并产生具有与电压设定点202基本相同的电压的焊接输出电力204。
在控制回路200中，使用加法器208将电压设定点202与焊接电缆电压降206相加。在加法器210处将焊接电缆电压降206确定为送丝机电压212和在电力转换器110处感测的电压214之间的差值。送丝机电压212基本上与焊接输出电力204的电压相同，并且可引入通信时延216，该通信时延216控制送丝机电压212和/或焊接电缆电压降206在控制回路200中的使用(例如，加法器208可以以不同于控制回路200的执行速率的速率接收焊接电缆电压降206)。
加法器208将电压误差218输出到电压调节器220。电压调节器220接收电压误差218、在电力转换器110处感测的电压214、以及在电力转换器110处感测的电流222。电压调节器220基于电压误差218、在电力转换器110处感测的电压214以及在电力转换器110处感测的电流222输出电力转换器命令224。电力转换器命令224控制电力转换器110以产生输出电力226。电力转换器110将输出电力226输出到焊接电缆126(其在控制回路200中具有对应的焊接电缆阻抗228)，并输出到焊接电弧230。基本上在电力转换器110到焊接电缆126的输出处测量在电力转换器110处感测到的电压214和在电力转换器110处感测的电流222。
图3示出了另一示例性焊接型系统300。焊接型系统300包括图1的电力供应器102和送丝机104。与图1的示例性系统100相比，在焊接型系统300中，控制器134实现控制回路的一些部分，例如图2的控制回路200和/或以上关于等式1-3描述的控制方案，以将送丝机104的输出处的焊接电压控制为基本上等于电压设定点。示例性控制器134包括处理器302、存储器设备304、存储设备306和/或计算机可读指令308。
在图3的示例性系统300中，送丝机104从焊接电力供应器102(例如，通过通信收发器118、119和焊接电缆126)和/或通过送丝机104的用户接口310接收电压设定点。控制器134确定测量的焊接电压(例如，来自电压监测器152)和电压设定点之间的差值。
如同在图1的系统100中，控制器134将信息反馈到电力供应器102以使得电力供应器102能够调整电力转换器110输出的电压。例如，通过确定在送丝机104处测量的电压和电压设定点之间的差值，送丝机104可以反馈差值或误差值以供电力供应器102使用。
在一些示例中，送丝机104执行控制回路以确定电压命令，并且将电压命令传送到电力供应器102(例如，使用通信收发器119)以由电力供应器102执行以取得焊接电压下的设定点电压。电力供应器102通过向焊接电缆126输出命令电压来执行命令电压。在这样的示例中，送丝机104知道电力供应器处的当前电压命令。这样，示例性送丝机104可以测量流过焊接电缆126的电流并使用电流、电压命令和在送丝机104处测量的电压来表征焊接电缆126的阻抗。
图4是示出可以由图1的示例性焊接型电力供应器102执行以补偿焊接输出电压的示例性机器可读指令400的流程图。示例性指令400可以存储在存储设备123和/或存储器124中，和/或由图1的控制器112执行。
在框402处，接通电力供应器102并且将焊接电缆126连接到焊接电缆端口。在框404处，控制器112确定是否已接收到电压调整值。例如，控制器112可识别通过用户接口114接收的电压设定点的变化。如果已接收到电压调整值(框404)，则在框406处，控制器112设定焊接电压设定点。
在设定焊接电压设定点(框406)之后，或者如果尚未接收到电压调整值(框404)，则在框408处，控制器112确定是否已从远程设备(例如，图1的远程送丝机104)接收到焊接电压反馈信息。例如，控制器112可以从通信收发器118和/或接收器电路121(其从包括焊接电缆126的焊接电路提取焊接电压反馈信息)接收焊接电压反馈信息。如果已经从远程设备接收到焊接电压反馈信息(框408)，则在框410处，控制器112存储焊接电压反馈信息(例如，存储在存储设备123中，存储在存储器124中)。存储的焊接电压反馈信息可以包括，例如，在送丝机104处测量的代表焊接电压的电压、确定远程测量的电压和电压设定点之间的差值的电压误差项、电压输出命令、和/或可由电力供应器102使用以控制电力转换器110的输出以将焊接电压设定为基本上等于电压设定点的任何其他电压反馈信息。存储的焊接电压反馈信息可以代替先前存储的焊接电压反馈信息和/或可以作为最近的焊接电压反馈信息而附加。
在存储焊接电压反馈信息(框410)之后，在框412处，控制器确定电力转换器110是否正在输出焊接电力。例如，控制器112可以测量电力转换器110输出的电流，以确定电流是否大于阈值。如果不是正在输出焊接电力(框412)，则控制返回到框404。
当正在输出焊接电力时(框412)，在框414处，控制器112控制电力转换器110以根据所选择的焊接电压设定点和/或所选择的电流设定点输出焊接电力。例如，控制器112可以执行图2的控制回路200和/或上面参考等式1-3描述的控制回路。
在框416处，控制器112测量电力供应器102的输出螺柱处的输出电压并将输出电压存储在存储器设备124中。例如，控制器112可从电压监测器160接收输出电压的测量值。在框418处，控制器112基于存储的焊接反馈电压信息确定对电力转换器110输出的焊接电压和/或焊接电流的调整值，以将焊接电压调节到焊接电压设定点。例如，控制器112可以执行反馈回路以补偿电力供应器102和远程送丝机104之间的焊接电缆126上的电压降。控制器112可以在发生焊接操作期间通过焊接电路接收额外的焊接电压反馈信息，并重复调整来自电力转换器110的输出电压，以将焊接电压控制到焊接电压设定点。下面参考图5A-5B描述执行框418的示例性指令。
在框420处，控制器112基于(在框418中确定的)调整值调整电力转换器110输出的焊接电压。然后，控制返回到框404。
如上所述，在图4的示例性指令400中，控制器112可以在正在输出焊接电力的同时和/或在焊接电力已经停止之后通过焊接电路接收焊接电压反馈信息。
图5A和5B示出了说明可由图1的示例性控制器112执行以确定对电力供应器102和/或电力转换器110输出的焊接电压的调整值以将焊接电压调节到焊接电压设定点的示例性机器可读指令的流程图。图5A-5B的示例性指令500可以由图1的控制器112执行以实现图4的框418。
指令500从图4的框416进入。在框502处，控制器112确定(例如，通过焊接电路、通信收发器118和/或接收器电路121接收的)焊接电压反馈信息是否包括滤波后的测量的焊接电压。例如，焊接电压反馈信息可以包括代表在远程设备(例如图1的送丝机104)处测量的平均(或中值、或均方根或任何其他表征值)电压的电压值。下面参考平均电压值描述示例。
当焊接电压反馈信息包括滤波后的焊接电压测量值时(框502)，在框504处，控制器112在一时间段内确定滤波后的电力供应器输出电压，该滤波后的电力供应器输出电压对应于滤波后的测量的焊接电压。例如，控制器112可以将由电力转换器110输出的电压的测量值存储在存储设备123和/或存储器124内，并且计算在由焊接电压反馈信息表示的时间段期间的电压测量值的平均值。在一些示例中，焊接电压反馈信息包括时间戳或滤波后的电压测量值所适用的时间段的其他指示。
在框506处，控制器112将焊接电缆电压降确定为滤波后的测量的焊接电压与滤波后的电力供应器输出电压之间的差值。框506可以执行上面的等式1。在框508处，控制器112将调整后的电压设定点确定为焊接电缆电压降和电压设定点的总和。框508可以执行上面的等式2。在框510处，控制器112使用调整后的电压设定点计算对电力转换器110输出的焊接电压和/或焊接电流的调整值。框510可以执行上面的等式3。在框510之后，示例性指令500结束和/或将控制返回到调用函数，例如图4的框418，以使用调整值来使用图4的指令400控制电力转换器110。
当焊接电压反馈信息不包括滤波后的焊接电压测量值时(框502)，在框512处，控制器112确定焊接电压反馈信息是否包括电压误差。例如，送丝机104或其他远程设备可以计算电压误差项并且通过焊接电路将电压误差项传输到电力供应器102(例如，在焊接电力正由电力转换器110输出到焊接电路的同时)。当焊接电压反馈信息包括电压误差时(框512)，在框514处，控制器112使用电压误差计算对电力转换器110输出的焊接电压和/或焊接电流的调整值。
在框514之后，示例性指令500结束和/或将控制返回到调用函数，例如图4的框418，以使用调整值来使用图4的指令400控制电力转换器110。
转到图5B，当焊接电压反馈信息不包括电压误差时(框512)，在框516处，控制器112确定焊接电压反馈信息是否包括焊接电缆阻抗(框516)。例如，送丝机104可以基于对电力供应器102正在输出的电压、焊接电流和在送丝机104处测量的电压的已知信息来计算焊接电缆阻抗。如果焊接电压反馈信息包括焊接电缆阻抗(框516)，则在框518处，控制器测量(或以其他方式确定)来自电力转换器110的输出电流。
在一些示例中，控制器112可以使用焊接电压反馈信息(例如，送丝机104处的电压测量值、电压误差项等)以及电力转换器110输出到焊接电缆126的电压和电流的测量值来计算焊接电缆阻抗。
在框520处，控制器112将焊接电缆126上的电压降确定为将输出电流和焊接电缆阻抗相乘得到的乘积。在框522处，控制器112将调整后的电压设定点确定为焊接电缆电压降和电压设定点的总和。框522可以实现上面的等式2。在框524处，控制器112使用调整后的电压设定点计算对电力转换器110输出的焊接电压和/或焊接电流的调整值。框524可以执行上面的等式3。在框524之后，示例性指令500结束和/或将控制返回到调用函数，例如图4的框418，以使用调整值来使用图4的指令400控制电力转换器110。
如果焊接电压反馈信息不包括焊接电缆阻抗(框516)，则在框526处，控制器112确定焊接电压反馈信息是否包括电压设定点命令。例如，电压设定点命令可由远程设备(例如，送丝机104)确定并通过焊接电路提供给电力供应器102，以使送丝机104能够计算电压设定点并使用电压设定点来控制电力供应器102。如果焊接电压反馈信息包括电压设定点命令(框526)，则在框528处，控制器112基于电压设定点命令(来自送丝机104)和当前电压设定点(由控制器112使用以控制电力转换器110)之间的差值来计算对电力转换器110输出的焊接电压和/或焊接电流的调整值。在框528之后和/或如果焊接电压反馈信息不包括电压设定点命令(框526)，则示例性指令500结束和/或将控制返回到调用函数，例如图4的框418，以使用调整值来使用图4的指令400控制电力转换器110。
图6是示出可以由图1的示例性送丝机104执行以补偿焊接输出电压的示例性机器可读指令600的流程图。例如，控制器134可以执行指令600以通过焊接电路和/或通信收发器119向电力供应器102提供焊接电压反馈信息。尽管下面参考送丝机104描述了示例性指令600，但可以使用和/或修改指令600以执行其他远程焊接设备。
在框602处，焊接电缆126连接到送丝机104的输入端口(例如，输入螺柱)。在框604处，控制器134确定是否已经接收到电压设定点调整值。例如，控制器134可以识别通过送丝机104的用户接口接收的电压设定点的变化。如果已经接收到电压调整值(框604)，则在框606处，控制器134将电压设定点调整值通过焊接电路和/或收发器119发送到电力供应器102。
在发送电压设定点调整值(框606)之后，或者如果尚未接收到电压设定点调整值(框604)，则在框608处，控制器134确定是否将焊接电压反馈信息传输到电力供应器102。例如，控制器134可以跟踪由电压监测器152获取的多个电压测量值采样，并且当采样的数量满足阈值时，产生并传输焊接电压反馈信息。附加地或替代地，控制器134可以响应于例如焊接操作的结束(例如，检测为焊接电流低于阈值电流)的事件而产生并传输焊接电压反馈信息。在一些示例中，控制器134可以基于反馈频率产生并传输焊接电压反馈信息，该反馈频率可以基于通信带宽(例如，焊接电路和收发器119的通信带宽)。在下面的示例中，焊接电压反馈信息包括在多个采样和/或时间段上的滤波后的测量的焊接电压。然而，可以传输其他焊接电压反馈信息，例如不同的代表性焊接电压值、测量的焊接电压和焊接电压设定点之间的电压误差值、焊接电缆特性(例如计算的焊接电缆阻抗或焊接电缆标识)和/或电压设定点命令。
如果满足将焊接电压反馈信息传输到电力供应器102的条件(框608)，则在框610处，电压监测器152和/或控制器134基于一组存储的电弧电压(例如，存储在送丝机104的存储器124中)计算电压补偿时间段期间的滤波后的焊接电压。在框612处，通信收发器119将滤波后的焊接电压传输到电力供应器102(例如，通过包括焊接电缆126的焊接电路)。通信收发器119还可以传输时间戳或由滤波后的焊接电压表示的时间段的其他指示。电力供应器可以使用时间戳来将接收到的焊接电压反馈信息与电压监测器160所取的电压测量值匹配以进行比较。在一些示例中，示例性控制器134清除所存储的焊接电压以为后续采样释放存储空间。在一些其他示例中，后续采样覆盖存储器124中的较旧采样。
在传输滤波后的焊接电压之后(框612)，或者如果未执行将焊接电压反馈信息传输到电力供应器102(框608)，则在框614处，控制器134确定是否要将焊接电力输出到焊接操作。例如，控制器134可以确定是否按下焊炬106的扳机。如果正在输出焊接电力(框614)，则在框616处，送丝机104将通过焊接电缆126接收的焊接电力输出到焊炬106以进行焊接型操作(例如，焊接、焊丝预热、工件预热等)。电压监测器152测量焊炬106的输出处的焊接电压，并将测量的电压存储在存储器124中。然后，控制返回到框604。
图7是示出可以由图3的示例性送丝机执行以补偿焊接输出电压的示例性机器可读指令700的流程图。例如，图3的控制器134可以执行指令700以执行焊接控制回路的至少一部分，并且通过焊接电路和/或通信收发器119将反馈和/或命令提供给电力供应器102。虽然下面参考送丝机104描述了示例性指令700，但是可以使用和/或修改指令700以实现其他远程焊接设备。
在框702处，焊接电缆126连接到送丝机104的输入端口(例如，输入螺柱)。在框704处，控制器134确定是否已经接收到电压设定点调整值。例如，控制器134可以识别通过送丝机104的用户接口310接收的电压设定点的变化。如果已经接收到电压调整值(框704)，则在框706处，控制器134将电压设定点调整值通过焊接电路和/或收发器119发送到电力供应器102。
在发送电压设定点调整值(框706)之后，或者如果尚未接收到电压设定点调整值(框704)，则在框708处，控制器134确定是否要将焊接电力输出到焊接操作。例如，控制器134可以确定是否按下焊炬106的扳机。如果要输出焊接电力(框708)，则在框710处，送丝机104输出通过焊接电缆126接收的焊接电力。在框712处，电压监测器152测量焊炬106的输出处的焊接电压。在框714处，控制器134计算电压设定点和测量的焊接电压之间的差值作为电压误差。在框716处，控制器134存储电压误差(例如，存储在存储器124中)。
在存储电压误差(框716)之后，和/或如果不是正在输出焊接电力(框708)，则在框718处，控制器134确定是否传输焊接电压反馈信息。如果控制器134要传输焊接电压反馈信息(框718)，则在框720处，控制器134基于电压误差和电压设定点确定电压设定点命令。例如，控制器134可以将电压误差与电压设定点相加，以将电力供应器102使用的调整后的命令电压确定为焊接电缆126的输出电压。
在框722处，控制器134基于电压设定点、测量的焊接电压和焊接电流确定焊接电缆126的阻抗。焊接电流可以是在送丝机104和/或电力供应器102处测量的实际焊接电流。示例性控制器134可以使用下面的等式4或任何其他方法确定焊接电缆阻抗。在下面的等式4中，Zcable是焊接电缆阻抗，Vmeasured是在送丝机104处测量的焊接电压，Vsetpoint是电压设定点，并且Imeasured是焊接电流。
Zcable＝(Vsetpoint–Vmeasured)/Imeasured 等式4
在框724处，控制器134将电压误差、电压设定点命令和/或焊接电缆阻抗(例如，通过通信收发器119和/或焊接电路)作为焊接电压反馈信息传输到电力供应器102。例如，控制器134可以向电力供应器102提供电压误差、电压设定点命令和/或焊接电缆阻抗中的任何一个或全部，以使得电力供应器102能够进行调整以将焊接电压控制到电压设定点。·
在传输电压误差、电压设定点命令和/或焊接电缆阻抗(框724)之后，或者如果不发生传输(框718)，则控制返回框704。
图8示出了另一示例性焊接系统800。示例性焊接系统800包括电力供应器802和送丝机804。示例性电力供应器802类似于图1和3的电力供应器102，并且送丝机804类似于图1和3的送丝机104。然而，示例性电力供应器802和示例性送丝机804本身不能通过焊接电路进行通信。示例性电力供应器802和示例性送丝机804设置有相应的焊接通信适配器806、808，以使得系统800能够根据在焊接操作期间由焊接电缆126引起的电压降对焊接电压作出补偿。
通信适配器806、808中的每一个包括处理器120a、120b、存储设备123a、123b、存储器124a、124b和/或指令125a、125b，它们可以与图1和3的处理器120、存储设备123、存储器124和/或指令125类似、相同或不同。每个通信适配器806、808还包括焊接电路收发器810a、810b，其可包括接收器电路121a、121b和/或发送器电路122a、122b。在一些示例中，通信适配器806、808中的一个包括用于通过焊接电路接收数据的接收器电路121a、121b，并且通信适配器806、808中的另一个包括用于发送数据的发送器电路122a、122b。接收器电路121a、121b和/或发送器电路122a、122b可以与图1和3的接收器电路121和/或发送器电路122类似、相同或不同。图8的焊接电缆通信适配器806、808可以通过诸如无线(例如，WiFi)通信方法等其他形式的通信来补充。
通信适配器806、808中的每一个还包括电压监测器812a、812b和/或本地通信适配器814a、814b。示例性电压监测器812a、812b可以连接到焊接电路以测量焊接电路中不同位置处的电压。例如，电压监测器812a可以连接到焊接电力供应器802的输出端子(例如，在焊接电缆的第一端)，并且电压监测器812b可以连接到送丝机804的输入端子和/或输出端子(例如，在焊接电缆的相对端)。可以使用连接在焊接电缆126的端部与电力供应器802和送丝机804之间的端子适配器来实现连接。
示例性本地通信适配器814a、814b被配置为使用串行或并行通信端口与焊接电力供应器802和送丝机804通信。使用焊接通信适配器806、808，未被配置用于焊接电路通信的焊接设备(例如焊接电力供应器802和/或送丝机804)仍然可以利用焊接电路通信的优点，包括减少从焊接电力供应器802延伸到远程设备(例如可能在数百英尺之外的手提箱式送丝机)的电缆的数量。
焊接电力供应器802(例如，控制器112)和本地适配器814a传送数据和/或命令以向焊接电力供应器802提供焊接电压反馈信息以补偿焊接电压、和/或通过焊接电缆126向送丝机804提供焊接参数和/或数据。类似地，本地通信适配器814b与送丝机804(例如，控制器134)通信，以从送丝机804向电力供应器802提供电压信息和/或命令。
在系统800的操作的示例中，通信适配器806的接收器电路121a在电流流过焊接电路的同时通过焊接电路(例如，焊接电缆126)接收通信。通信包括在电流流过焊接电路的同时在远离电力供应器802并远离焊接电路通信设备806的设备(例如，送丝机804、焊接通信适配器808)处测量的焊接电压反馈信息。例如，焊接电压反馈信息可以由电压监测器812b和/或电压监测器158测量。处理器120a基于焊接电压反馈信息产生电力供应器控制信息。取决于焊接电压反馈信息的形式，处理器120a可以将焊接电压反馈信息转换为电压误差、电压设定点、焊接电缆阻抗和/或任何其他控制信息。例如，当焊接电压反馈信息包括比电力供应器输出电压测量位置更靠近焊接处测量的远程电压时，电压监测器812a可以测量焊接电力供应器802的输出处的电力供应器输出电压。
本地通信适配器814a将电力供应器控制信息传输到焊接电力供应器802的控制器112(例如，通过直接串联或并联连接)，以使得电力供应器802能够控制电力转换器110输出的焊接型电力。因此，控制器112可以在焊接操作期间使用通过焊接电路传输的信息来将焊接操作的焊接电压调节到焊接电压设定点。
为了通过焊接电路向电力供应器802提供焊接电压反馈信息，在一些示例中，电压监测器812b在焊接型操作期间(例如，在焊接电缆126终止于送丝机804的端部附近)测量通过焊接电路传输的焊接型电力的电压。发送器电路122b在焊接电路上传输焊接型电力期间通过焊接电路传输基于焊接型电力的电压的焊接电压反馈信息。在一些其他示例中，本地通信适配器814b在第一接口(诸如串行或并行端口、无线连接和/或另一本地连接接口)上从控制器134接收焊接电压反馈信息。焊接电缆通信发送器122b在焊接电路上传输焊接型电力期间通过焊接电路传输焊接电压反馈信息(例如，到焊接通信适配器806)。
虽然图8示出了电力供应器802和送丝机804都不能在焊接电路上执行通信(并且特别是在电流在焊接电路中流动的同时)的示例，但是在一些示例中，焊接通信适配器806、808中仅有一个用于向焊接电力供应器802或送丝机804提供焊接电路通信能力，如果电力供应器802或送丝机804中的另一个具有集成的焊接电路通信的话。
可以用硬件、软件和/或硬件和软件的组合来实现本方法和系统。本方法和/或系统可以在至少一个计算系统中以集中方式实现，或者以不同元件分布在若干互连计算系统上的分布式方式实现。适于执行本文描述的方法的任何类型的计算系统或其他装置都是适合的。硬件和软件的典型组合可以包括具有程序或其他代码的通用计算系统，该程序或其他代码在被加载和执行时控制计算系统，使得其执行本文描述的方法。另一种典型实现可以包括专用集成电路或芯片。一些实现可以包括其上存储有可由机器执行的一行或多行代码的非暂时性机器可读(例如，计算机可读)介质(例如，FLASH驱动器、光盘、磁存储盘等)，从而使机器执行如本文所述的过程。如本文所使用的，术语“非暂时性机器可读介质”被定义为包括所有类型的机器可读存储介质并且排除传播信号。
如本文所使用的，术语“电路(circuit)”和“电路(circuitry)”是指物理电子部件(即硬件)和可以配置硬件、由硬件执行的任何软件和/或固件(“代码”)，和/或否则与硬件相关联。如本文所使用的，例如，特定处理器和存储器可以在执行第一行或多行代码时包括第一“电路”，并且在执行第二行或多行代码时可以包括第二“电路”。如本文所使用的，“和/或”表示由“和/或”连接的列表中的任何一个或多个项目。作为示例性，“x和/或y”表示三元素集{(x)，(y)，(x，y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”表示“x和y中的一者或两者”。作为另一示例，“x，y和/或z”表示七元素集{(x)，(y)，(z)，(x，y)，(x，z)，(y，z)，(x，y，z)}中的任何元素。换句话说，“x，y和/或z”表示“x，y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例性”意味着用作非限制性示例、实例或说明。如本文所使用的，术语“例如(e.g.)”和“例如(for example)”引出一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。如本文所使用的，每当电路包括必要的硬件和代码(如果有必要的话)以执行功能时，电路“可操作”以执行功能，而不管是否禁用或不启用功能的性能(例如，通过用户可配置的设置、工厂修剪等)。
尽管已经参考某些实现方式描述了本方法和/或系统，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。例如，可以组合、划分、重新布置和/或以其他方式修改所公开示例的框和/或部件。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，本方法和/或系统不限于公开的特定实现方式。相反，本方法和/或系统将包括(字面上和在等同原则下)落入所附权利要求范围内的所有实现方式。

Claims (20)

1.一种焊接电路通信设备，包括：
接收器电路，所述接收器电路被配置成在电流流过焊接电路的同时或在所述电流停止流过所述焊接电路之后通过所述焊接电路接收通信，所述通信包括在所述电流流过所述焊接电路的同时在远离电力供应器且远离所述焊接电路通信设备的设备处测量的焊接电压反馈信息；
处理器，所述处理器被配置成基于所述焊接电压反馈信息产生电力供应器控制信息；以及
本地通信适配器，所述本地通信适配器包括电路，所述电路被配置成将所述电力供应器控制信息传输至所述电力供应器，以控制所述电力供应器的电力转换器输出的焊接型电力，以将焊接电压调节到焊接电压设定点，其中所述电力供应器在所述焊接电路通信设备的外部并且不能通过所述焊接电路进行通信，并且所述接收器电路和所述本地通信适配器被配置成使得所述电力供应器以所述电力供应器的输出来补偿所述焊接电路中的电压降。
2.根据权利要求1所述的焊接电路通信设备，其中所述电力供应器控制信息包括电压设定点、电压误差、或焊接电缆阻抗中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的焊接电路通信设备，还包括被配置成测量电力供应器输出电压的电压监测器，所述焊接电压反馈信息包括在相比所述电力供应器输出电压的测量位置更靠近焊接点的位置测量的远程电压。
4.根据权利要求1所述的焊接电路通信设备，还包括被配置成测量电源输出电压的电压监测器，所述处理器使用所述焊接电压反馈信息、所述焊接电压设定点和所述测量的电源输出电压来产生所述电力供应器控制信息。
5.根据权利要求4所述的焊接电路通信设备，其中所述焊接电压反馈信息包括在送丝机或远程通信设备处测量的所述焊接型电力的滤波后的电弧电压，所述电压监测器被配置为确定在所述电力供应器的输出处测量的所述焊接型电力的滤波后的电力供应器输出电压，并且所述处理器被配置为基于所述滤波后的电弧电压和所述滤波后的电力供应器输出电压之间的差值来调整所述焊接型电力的焊接电压。
6.根据权利要求1所述的焊接电路通信设备，还包括发送器电路，所述发送器电路被配置成在所述电流流过所述焊接电路的同时通过所述焊接电路将焊接信息发送到远程设备。
7.根据权利要求1所述的焊接电路通信设备，其中所述焊接电压反馈信息包括所述电压设定点和在所述电流流过所述焊接电路的同时在远离所述电力供应器并且远离所述焊接电路通信设备的所述设备处测量的电压之间的电压误差，所述处理器被配置成使用所述电压误差产生所述电力供应器控制信息。
8.根据权利要求7所述的焊接电路通信设备，其中所述处理器被配置为使用所述电压误差计算所述焊接电路中的焊接电缆的阻抗，所述电力供应器控制信息包括所述焊接电缆的所述阻抗。
9.根据权利要求1所述的焊接电路通信设备，其中所述焊接电压反馈信息包括电压设定点命令，所述处理器被配置成提供所述电压设定点命令以控制所述电力供应器输出具有由所述电压设定点命令所确定的电压的所述焊接型电力。
10.一种焊接电路通信设备，包括：
电压监测器，所述电压监测器包括电路，所述电路被配置成测量在焊接型操作期间通过焊接电路传输的焊接型电力的电压；以及
发送器电路，所述发送器电路被配置成在所述焊接电路上传输所述焊接型电力期间通过所述焊接电路传输基于所述焊接型电力的所述电压的焊接电压反馈信息，其中所述焊接电路通信设备在送丝机的外部，所述送丝机耦接到所述焊接电路，所述送丝机不能经由所述焊接电路进行通信，并且所述电压监测器和所述发送器电路被配置成使得电力供应器提供所述焊接型电力至所述焊接电路，从而以所述电力供应器的输出来补偿所述焊接电路中的电压降。
11.根据权利要求10所述的焊接电路通信设备，还包括本地通信适配器，所述本地通信适配器被配置成从焊接设备接收电压设定点。
12.根据权利要求11所述的焊接电路通信设备，还包括处理器，所述处理器被配置成基于电压设定点和所述电压确定电压设定点命令，所述发送器电路被配置为通过所述焊接电路发送所述电压设定点命令。
13.根据权利要求11所述的焊接电路通信设备，其中所述发送器电路被配置为在所述焊接电路上传输所述焊接型电力期间通过所述焊接电路发送所述电压设定点。
14.根据权利要求11所述的焊接电路通信设备，还包括处理器，所述处理器被配置成基于所述电压设定点、所述焊接型电力的所述电压和电流来确定所述焊接电路中的焊接电缆的阻抗，所述发送器电路被配置为通过所述焊接电路发送所述阻抗。
15.根据权利要求11所述的焊接电路通信设备，还包括处理器，所述处理器被配置成将电压误差确定为所述电压设定点和所述电压之间的差值，所述发送器电路通过所述焊接电路发送所述电压误差。
16.一种焊接电路通信设备，包括：
本地通信适配器，所述本地通信适配器包括电路，所述电路被配置成在第一接口上从焊接设备接收焊接电压反馈信息；以及
发送器电路，所述发送器电路被配置成在焊接电路上传输焊接型电力期间通过所述焊接电路发送基于所述焊接型电力的电压的所述焊接电压反馈信息，其中所述焊接设备在所述焊接电路通信设备的外部且不能经由所述焊接电路进行通信，并且所述发送器电路和所述本地通信适配器被配置成使得所述焊接设备发送所述焊接电压反馈信息至耦接到所述焊接电路的电力供应器，从而以所述电力供应器的输出来补偿所述焊接电路中的电压降。
17.根据权利要求16所述的焊接电路通信设备，其中所述本地通信适配器被配置为接收电压测量值，所述焊接电路通信设备还包括处理器，所述处理器被配置成从所述电压测量值产生所述焊接电压反馈信息。
18.根据权利要求16所述的焊接电路通信设备，其中所述本地通信适配器被配置为从所述焊接设备接收电压设定点，并且所述发送器电路被配置为在所述焊接电路上传输所述焊接型电力期间通过所述焊接电路发送所述电压设定点。
19.根据权利要求16所述的焊接电路通信设备，其中所述本地通信适配器被配置为从所述焊接设备接收电压设定点，所述焊接电路通信设备还包括处理器，所述处理器被配置成将电压误差确定为所述电压设定点和所述电压之间的差值，所述发送器电路通过所述焊接电路发送所述电压误差。
20.根据权利要求18所述的焊接电路通信设备，还包括处理器，所述处理器被配置成基于所述电压设定点、所述焊接型电力的所述电压和电流来确定所述焊接电路中的焊接电缆的阻抗，所述发送器电路被配置为通过所述焊接电路发送所述阻抗。
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