CN110328431B - 一种适用于手工电弧焊机的参数自动下达系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于手工电弧焊机的参数自动下达系统，该系统包括上位机、下位机、电机驱动板、步进电机、联轴器、双联电位器。联轴器的一端与步进电机输出轴相连，另一端与双联电位器旋转轴相连，使得步进电机的转动能够带动双联电位器的旋转；通过联轴器连接以后，电机输出轴跟双联电位器旋转轴的转动速度与转动角度相同；本发明的下达系统可以直接调用焊接工艺规程数据库，避免了由焊工操作失误造成工件损坏；参数下达系统与焊机的物理隔离，能够避免焊机引弧期间的高频感应对下达系统造成电磁干扰，该系统通过焊接参数调节精度高，能够实现焊接参数的远程控制。

Description

一种适用于手工电弧焊机的参数自动下达系统
技术领域
本发明涉及自动化焊接领域，特别是一种适用于手工电弧焊机的参数自动下达系统。
背景技术
传统的手工电弧焊机一般采用焊机控制面板上的旋钮或者远程遥控器调节焊接参数，焊工可以随时自由调节。在实际工程应用中，焊接参数是由焊接工艺规程确定，如果焊工能够自由调整焊接参数，可能会因为焊工操作等原因导致参数不符合工艺规程规定，导致焊接工件损坏，造成经济损失。因此，在成熟产品焊接中，焊接参数已经确定，一般不需要焊工自由调节。
现有技术中，在数字化焊机中，焊接参数的设定通过软件实现，一旦在操作界面上设定，没有权限的焊工不能更改，可以保证焊接参数的稳定。
但是数字化焊机价格是传统手工电弧焊机的几倍甚至几十倍，较为昂贵，很大程度上限制了它的应用。在现有焊接车间中，大部分焊机仍然为传统旋钮式手工焊机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于传统手工电弧焊机的参数自动下达系统。
实现本发明目的提供技术方案如下：
一种适用于传统手工电弧焊机的参数自动下达系统，该下达系统由上位机、下位机、电机驱动板、步进电机、联轴器、双联电位器组成；
上位机由带通讯接口的工业控制计算机、人机交互系统软件、焊接工艺规程数据库组成；上位机通过人机交互系统软件调用焊接工艺规程数据库里焊接参数，并通过通讯接口将数字信号的焊接参数传输给下位机；
下位机由单片机最小系统、通讯模块、A/D模块、I/O模块、PWM模块和控制软件组成。控制软件用于将给定焊接参数与反馈焊接参数误差之间PID的计算。下位机通过通讯模块接收上位机给定的焊接参数，通过A/D模块接收由双联电位器反馈的模拟信号焊接参数并将模拟信号转化为数字信号，然后通过控制软件对上位机给定焊接参数和双联电位器反馈焊接参数进行PID运算，从而控制I/O模块输出电平和PWM模块输出频率。
电机驱动板通过I/O模块和PWM模块与下位机相连，通过接收到的I/O电平信号控制电机的使能和转动方向，通过接收到的PWM信号控制电机的转动速度。
步进电机通过四线接法与电机驱动板相连，启停转动和转动方向由I/O电平信号控制，转动速度由PWM信号控制。
联轴器的一端与步进电机输出轴相连，另一端与双联电位器旋转轴相连，使得步进电机的转动能够带动双联电位器的旋转。通过联轴器连接以后，电机输出轴跟双联电位器旋转轴的转动速度与转动角度相同。
双联电位器是由电位器1和电位器2串联而成，电位器1的第一脚与下位机A/D模块模拟地信号相连，第二脚与下位机A/D模块模拟输入信号相连，第三脚与下位机A/D模块供电电压信号线相连，从而电位器1能够将旋转角度作为焊接参数反馈给上位机。电位器2的第一脚与焊机远程控制航插的地信号相连，第二脚与焊机远程控制航插的焊接电流输入信号相连，第三脚与焊机远程控制航插的供电电压信号相连，从而电位器2能够通过焊机的远程控制航插实现焊机焊接参数的自动下达。
两个电位器由同一个旋转轴控制，旋转速度与旋转角度相同。因为双联电位器中的电位器1和电位器2通过旋转轴机械连接，实现了二者之间的电信号隔离，能够避免手工焊机高频起弧及焊接过程中对自动下达系统的电磁干扰。
双联电位器的最大旋转角度θmax一般设置为280°-360°，可以根据手工电弧焊机能够实现的最大电流建立起旋转角度θ与焊接电流I的关系。若焊机最大电流为Imax,则I＝θ·Imax/θmax，因此可以通过控制电机带动双联电位器的旋转角度控制手工电弧焊机的参数自动下达。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、焊接参数的设定可以直接调用焊接工艺规程数据库，避免了由焊工操作失误造成工件损坏；
2、实现了参数下达系统与焊机的物理隔离，能够避免焊机引弧期间的高频感应对下达系统造成电磁干扰；
3、焊接参数调节精度高，能够实现焊接参数的远程控制。
附图说明
图1为参数下达系统总体结构原理图。
图2为上位机结构原理图。
图3为下位机结构原理图。
图4为双联电位器结构与连接示意图。
图5为焊接参数自动下达原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
该下达系统由上位机、下位机、电机驱动板、步进电机、联轴器、双联电位器组成。
上位机由带通讯接口的工业控制计算机、人机交互系统软件、焊接工艺规程数据库组成。该上位机通过人机交互系统软件调用焊接工艺规程数据库里焊接参数，并通过通讯接口将数字信号的焊接参数传输给下位机。
下位机由单片机最小系统、通讯模块、A/D模块、I/O模块、PWM模块和控制软件组成。该控制软件用于将给定焊接参数与反馈焊接参数误差之间PID的计算；该下位机通过通讯模块接收上位机给定的焊接参数，通过A/D模块接收由双联电位器反馈的模拟信号焊接参数并将模拟信号转化为数字信号，然后通过控制软件对上位机给定焊接参数和双联电位器反馈焊接参数进行PID运算，从而控制I/O模块输出电平和PWM模块输出频率。
电机驱动板通过I/O模块和PWM模块与下位机相连，通过接收到的I/O电平信号控制电机的使能和转动方向，通过接收到的PWM信号控制电机的转动速度。
步进电机通过四线接法与电机驱动板相连，启停转动和转动方向由I/O电平信号控制，转动速度由PWM信号控制。
联轴器的一端与步进电机输出轴相连，另一端与双联电位器旋转轴相连，使得步进电机的转动能够带动双联电位器的旋转，且二者转动速度与转动角度相同。
双联电位器是由电位器1和电位器2串联而成，二者由同一个旋转轴控制，旋转速度与旋转角度相同。电位器1与下位机的A/D模块相连，将双联电位器的旋转角度作为焊接参数反馈给上位机。电位器2通过通过焊机的远程控制航插与焊机相连，用来实现焊机焊接参数的自动下达。
如图1所示，下达系统由上位机、上位机、电机驱动板、步进电机、联轴器、双联电位器组成。
如图2所示，上位机由带通讯接口的工业控制计算机、人机交互系统软件、焊接工艺规程数据库组成。上位机可以通过人机交互系统软件调用焊接工艺规程数据库里焊接参数。比如焊接航空发动机某零部件，焊接工艺规程规定焊接电流为50A，焊工只需在人机交互界面里调用该焊接工艺，然后上位机就通过通讯接口将该焊接参数转化为数字信号传输给下位机。
如图3所示，下位机由单片机最小系统、通讯模块、A/D模块、I/O模块、PWM模块和控制软件组成。下位机工作流程如下：首先通过通讯模块接收上位机给定的焊接参数50A，通过A/D模块接收由双联电位器反馈的实际焊接参数，实际焊接参数可能与给定焊接参数有误差；然后通过控制软件对上位机给定焊接参数和双联电位器反馈焊接参数进行PID运算；最后根据运算结果控制下位机I/O模块输出电平和PWM模块输出频率。
电机驱动板通过下位机I/O模块和PWM模块与下位机相连，通过接收到的I/O电平信号控制电机的启停和转动方向，通过接收到的PWM信号控制电机的转动速度。
步进电机通过四线接法与电机驱动板相连，启停转动和转动方向由I/O电平信号控制，转动速度由PWM信号控制。因此，如果双联电位器反馈焊接参数为45A，小于给定焊接参数50A，此时电机正转，转动速度由二者之间的误差决定；如果双联电位器反馈焊接参数为55A，大于给定焊接参数50A，此时电机反转，转动速度由二者之间的误差决定。
联轴器的一端与步进电机输出轴相连，另一端与双联电位器旋转轴相连，使得步进电机的转动能够带动双联电位器的旋转，且二者转动速度与转动角度相同。
如图4所示，双联电位器是由电位器1和电位器2串联而成，二者由同一个旋转轴控制，旋转速度与旋转角度相同。电位器1的第一脚与下位机A/D模块模拟地信号GND1相连，第二脚与下位机A/D模块模拟输入信号UF相连，第三脚与下位机A/D模块供电电压信号线VCC1相连，从而电位器1能够将旋转角度作为焊接参数反馈给上位机。电位器2的第一脚与焊机远程控制航插的地信号GND2相连，第二脚与焊机远程控制航插的焊接电流输入信号UG相连，第三脚与焊机远程控制航插的供电电压信号VCC2相连，从而电位器2能够通过焊机的远程控制航插实现焊机焊接参数的自动下达。
双联电位器的最大旋转角度θmax一般设置为280°～360°，可以根据手工电弧焊机能够实现的最大电流建立起旋转角度θ与焊接电流I的关系。若焊机最大电流为Imax,则I＝θ·Imax/θmax，因此可以通过控制电机带动双联电位器的旋转角度控制手工电弧焊机的参数自动下达。
如果所采用双联电位器的最大旋转角度为360°，而需要下达的手工电弧焊机为松下WP-300型号焊机，最大电流为300A。此时可以通过上述公式建立旋转角度θ与焊接电流I，得到
Figure GDA0002917034490000051
I＝因此若需要得到50A的焊接电流，需要将双联电位器旋转到60°。
焊机参数自动下达流程如图5所示：首先上位机通过人机交互系统软件调用焊接工艺数据库里的焊接参数，通过通讯接口传递给下位机；下位机通过A/D模块采集双联电位器反馈的焊接参数，然后通过控制软件对给定焊接参数和反馈焊接参数进行PID运算，控制I/O模块输出电平和PWM模块的输出频率；步进电机驱动器通过接收到电平信号控制步进电机的启停和转向，通过接收到的PWM信号的频率控制步进电机的转速；步进电机通过联轴器同步带动双联电位器转动，电位器1的转动角度作为反馈焊接参数参与下位机控制软件的PID运算，电位器2与焊机远程控制航插接口相连，通过角度转动调节焊机的焊接参数。因此，如果反馈焊接参数小于给定焊接参数，则通过电机正转调大焊接电流，如果反馈焊接参数小于给定焊接参数，则通过电机反转调小焊接电流，如果反馈焊接参数等于焊接参数，则电位器停止转动，从而实现焊接参数的自动下达。
本发明的装置通过下位机控制软件对给定焊接参数和反馈焊接参数进行PID运算，控制步进电机的启停、转动方向和转速，带动双联电位器的转动，从而通过焊机的远程控制航插实现焊接参数的调节。

Claims (3)

1.一种适用于手工电弧焊机的参数自动下达系统，其特征在于：该下达系统包括上位机、下位机、电机驱动板、步进电机、联轴器、双联电位器；
上位机由带通讯接口的工业控制计算机、人机交互系统软件、焊接工艺规程数据库组成；上位机通过人机交互系统软件调用焊接工艺规程数据库里焊接参数，并通过通讯接口将数字信号的焊接参数传输给下位机；
下位机由单片机最小系统、通讯模块、A/D模块、I/O模块、PWM模块和控制软件组成；控制软件用于将给定焊接参数与反馈焊接参数之间的误差的PID计算；下位机通过通讯模块接收上位机给定的焊接参数，通过A/D模块接收由双联电位器反馈的模拟信号焊接参数并将模拟信号转化为数字信号，然后通过控制软件对上位机给定焊接参数和双联电位器反馈焊接参数进行PID运算，从而控制I/O模块输出电平和PWM模块输出频率；
电机驱动板通过I/O模块和PWM模块与下位机相连，通过接收到的I/O电平信号控制电机的使能和转动方向，通过接收到的PWM信号控制电机的转动速度；
步进电机通过四线接法与电机驱动板相连，启停转动和转动方向由I/O电平信号控制，转动速度由PWM信号控制；
联轴器的一端与步进电机输出轴相连，另一端与双联电位器旋转轴相连，使得步进电机的转动能够带动双联电位器的旋转；通过联轴器连接以后，电机输出轴跟双联电位器旋转轴的转动速度与转动角度相同；
双联电位器是由第一电位器和第二电位器串联而成，第一电位器的第一脚与下位机A/D模块模拟地信号相连，第二脚与下位机A/D模块模拟输入信号相连，第三脚与下位机A/D模块供电电压信号线相连，从而第一电位器能够将旋转角度作为焊接参数反馈给上位机；第二电位器的第一脚与焊机远程控制航插的地信号相连，第二脚与焊机远程控制航插的焊接电流输入信号相连，第三脚与焊机远程控制航插的供电电压信号相连，从而第二电位器能够通过焊机的远程控制航插实现焊机焊接参数的自动下达；
两个电位器由同一个旋转轴控制，旋转速度与旋转角度相同；双联电位器中的第一电位器和第二电位器通过旋转轴机械连接，实现了二者之间的电信号隔离，能够避免手工焊机高频起弧及焊接过程中对自动下达系统的电磁干扰。
2.根据权利要求1所述的适用于手工电弧焊机的参数自动下达系统，其特征在于，根据手工电弧焊机能够实现的最大电流建立起旋转角度θ与焊接电流I的关系，则I＝θ·Imax/θmax，为Imax焊机最大电流，θmax为双联电位器的最大旋转角度。
3.根据权利要求1所述的适用于手工电弧焊机的参数自动下达系统，其特征在于，双联电位器的最大旋转角度θmax设置为280°-360°。
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