CN112756748A - 一种用于交直流氩弧焊的控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及交直流氩弧焊技术，具体涉及一种用于交直流氩弧焊的控制系统及方法。其中一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其特征在于：包括，PI调节单元，用于根据一采集信号和一预置标准信号形成第一控制信号；第一控制电路，用以根据预置控制信号形成第二控制信号；PWM控制单元，用以接收第一控制信号或第二控制信号，根据所述第一控制信号或所述第二控制信号形成交变控制信号输出。
Description
技术领域
本发明涉及交直流氩弧焊技术，具体涉及一种用于交直流氩弧焊的控制系统及方法。
背景技术
氩弧焊即钨极惰性气体保护弧焊，指用工业钨或活性钨作不熔化电极，惰性气体(氩气)作保护的焊接方法。氩弧焊的起弧采用高压击穿的起弧方式，先在电极针(钨针)与工件间加以高频高压，击穿氩气，使之导电，然后供给持续的电流，保证电弧稳定。近年来，随着国内制造业的蓬勃发展，交直流氩弧焊机被应用到越来越多的工作场合，这对交直流氩弧焊机的焊铝效率、焊接质量以及交直流氩弧焊机的质量、成本都提出了更高的要求。在目前市场上的交直流氩弧焊机，大部分在交变时候不关闭PWM的驱动控制信号，从而导致二次交变的功率器件会产生损耗大，发热大，其生产成本相对较高。
发明内容
针对上述现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于交直流氩弧焊的控制系统及方法；旨在在交变时通过提前关闭PWM的输出驱动控制信号，减少对功率器件的损耗，同时提高焊机交变时刻的安全、高效性能，并且降低成本。具体包括：
一方面，本发明提供一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其中：包括，
PI调节单元，用于根据一采集信号和一预置标准信号形成第一控制信号；
第一控制电路，用以根据预置控制信号形成第二控制信号；
PWM控制单元，用以接收第一控制信号或第二控制信号，根据所述第一控制信号或所述第二控制信号形成交变控制信号输出。
优选地，上述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其中，包括
二次交变单元，用以于所述交变控制信号、二次交变控制信号的作用下执行交变动作。
优选地，上述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其中，所述PI调节单元包括一反向运算放大器，所述反向运算放大器的正相端分别连接所述预置标准信号和所述采集信号；所述反向运算放大器的输出端形成所述PI调节单元的输出端。
优选地，上述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其中，所述第一控制电路至少包括控制三极管，所述控制三极管的基极连接处理单元的信号输出端，所述控制三极管的集电极通过一电阻连接电压输入端，所述控制三极管的发射极接地。
优选地，上述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其中，所述PWM控制单元包括第一控制处理器，所述第一控制处理器的COMP引脚连接所述第一控制电路的输出端、所述PI调节单元的输出端；所述第一控制处理器的第六引脚输出PWM波。
优选地，上述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其中，所述二次交变单元包括：
交变控制信号处理器，用以接收所述交变控制信号，并对所述交变控制信号处理以形成第一驱动控制信号或第二驱动控制信号；
第一驱动光耦，用以接收所述第一驱动控制信号，所述第一驱动光耦于所述第一控制信号的作用下形成第一驱动信号输出；
第二驱动光耦，用以接收所述第二驱动控制信号，所述第二驱动光耦于所述第二控制信号的作用下形成第二驱动信号输出；
第一控制器，连接所述第一驱动光耦，用以接收所述第一驱动信号，于所述第一驱动信号的作用下工作于导通状态；
第二控制器，连接所述第二驱动光耦，用以接收所述第二驱动信号，于所述第二驱动信号的作用下工作于导通状态。
再一方面，本发明提供一种用于交直流氩弧焊的控制方法，其中，包含上述任意项所述的用于交直流氩弧焊的控制系统，还包括：
判断氩弧焊机工作当前的工作状态，根据所述当前工作状态启动与当前工作状态匹配的电路以形成交变控制信号；
二次交变单元执行与所述交变控制信号匹配的动作。
优选地，上述的一种用于交直流氩弧焊的控制方法，其中：判断氩弧焊机工作当前的工作状态，根据所述当前工作状态启动与当前工作状态匹配的电路以形成交变控制信号具体包括：
于所述氩弧焊机工作于直流状态下，PI调节单元根据一采集信号和一预置标准信号形成第一控制信号；
根据所述第一控制信号形成所述交变控制信号。
优选地，上述的一种用于交直流氩弧焊的控制方法，其中：判断氩弧焊机工作当前的工作状态，根据所述当前工作状态启动与当前工作状态匹配的电路以形成交变控制信号具体包括：
于所述氩弧焊机工作于交流状态下，处理单元输出预置控制信号；
第一控制电路根据所述预置控制信号形成第二控制信号；
根据所述第二控制信号形成所述交变控制信号。
与现有技术相比，本发明的优点是：
在交变时通过提前关闭PWM信号的输出，减少对功率器件的损耗，同时提高焊机交变时刻的安全、高效性能，并且降低成本。
附图说明
图1为一种用于交直流氩弧焊的控制系统的电路结构示意图；
图2为一种用于交直流氩弧焊的控制系统的电路结构示意图；
图3为一种用于交直流氩弧焊的控制系统的电路结构示意图；
图4为一种用于交直流氩弧焊的控制系统中二次交变控制信号波示意图。
具体实施方式
一方面，本发明提供一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其中：包括，
如图1所示，电流反馈单元，包括采样输入端I0，所述采样输入端I0通过电阻R154、R155连接运输放大器U10B的反相端，运算放大器U10B的同相端通过电阻R157接地，于所述运算放大器U10B的输出端通过电阻R160连接运算放大器U10A的反相端，所述运算放大器U10A的同相端通过电阻R164连接一滑动变阻器VR1的滑动端，所述滑动变阻器VR1的两端分别连接有+15V直流电和－15V直流电压，所述运算放大器U10A形成所述电流反馈单元的输出端。所述运算放大器U10B的正相端接地，所述运算放大器U10B工作于反向运算状态下，当采样输入端I0为负值的状态，通过运算放大器U10B被调节为正向信号。当采样输入端I0为正值的状态，采样输入端I0通过二极管D128、D127接地(正相端接地，基于虚短特性，反相端也“接地”)。所述运算放大器U10A输出端与反相端之间并联的电阻R161和电容C153构成相位补偿电路，使得电流反馈单元形成结果正值的采集信号。
需要说明的是，所述运算放大器U10A正相端的输入电压为分压电阻R165的电压，分压电阻R165、R164对滑动变阻器VR1的滑动端电压做分压处理。
如图2所示，PI调节单元，用于根据一采集信号和一预置标准信号形成第一控制信号；PI调节单元包括一反向运算放大器U4B，所述反向运算放大器U4B的负相端分别连接所述预置标准信号和所述采集信号；所述反向运算放大器的输出端形成所述PI调节单元的输出端。
所述预置标准信号由给定电路形成，所述给定电路包括运算放大器U4A，运算放大器U4A的正相端通过电阻R33接地，运算放大器U4A的反相端通过电阻R12连接给定电流信号Ig，所述运算放大器U4A对所述给定电流信号Ig做比例放大处理以形成所述预置标准信号。
反向运算放大器U4B的反相端和输出端之间并联有电容C9和电容C8与电阻R21串联支路。根据预置标准信号和采集信号结合电容C9和电容C8与电阻R21以形成所述第一控制信号，
第一控制电路，用以根据预置控制信号形成第二控制信号；第一控制电路至少包括控制三极管Q11，所述控制三极管Q11的基极连接处理单元的信号输出端WC，所述控制三极管Q11的集电极通过一电阻R48连接电压输入端、通过二极管D21连接PWM控制单元的COMP引脚，所述控制三极管Q11的发射极接地。于所述控制三极管Q11的发射极与基极之间连接有电阻R23。于所述处理单元的信号输出端WC(预置控制信号)为低电平信号时，所述控制三极管Q11处于截止状态。
PWM控制单元，用以接收第一控制信号或第二控制信号，根据所述第一控制信号或所述第二控制信号形成交变控制信号输出。PWM控制单元包括第一控制处理器，所述第一控制处理器的COMP引脚连接所述第一控制电路的输出端、所述PI调节单元的输出端；所述第一控制处理器的第六引脚输出PWM波。于交直流氩弧焊机工作于直流状态下，所述PWM控制单元根据第一控制信号形成所述交变控制信号，于交直流氩弧焊机工作于交流状态下，所述PWM控制单元根据第二控制信号形成所述交变控制信号。
需要说明的是，交变控制信号可用于一次交变电路中，所述一次交变电路于交变控制信号的作用下形成控制二次交变单元的所述交变控制信号，所述交变控制信号也可直接作用于二次交变电路中。此处仅仅为举例，不是对本实施例的进一步限制。
二次交变单元，用以于所述交变控制信号、二次交变控制信号的作用下执行交变动作。其中二次交变控制信号由处理单元形成。
其中，所述二次交变单元包括：
交变控制信号处理器，用以接收所述交变控制信号，并对所述交变控制信号处理以形成第一驱动控制信号或第二驱动控制信号；所述交变控制信号处理器包含由六个反相器，所述第一控制信号由第八引脚输出，所述第二控制信号由第六引脚输出。
第一驱动光耦，用以接收所述第一驱动控制信号，所述第一驱动光耦于所述第一控制信号的作用下形成第一驱动信号输出；
第二驱动光耦，用以接收所述第二驱动控制信号，所述第二驱动光耦于所述第二控制信号的作用下形成第二驱动信号输出；
第一控制器，连接所述第一驱动光耦，用以接收所述第一驱动信号，于所述第一驱动信号的作用下工作于导通状态；
第二控制器，连接所述第二驱动光耦，用以接收所述第二驱动信号，于所述第二驱动信号的作用下工作于导通状态。
上述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统的工作原理是：
氩弧焊机设定为直流输出时，当二次交变控制信号一直处于高电平状态，通过交变控制信号处理器的第八引脚输出高电平信号，高电平信号驱动三极管Q33导通，第一驱动光耦输出第一驱动信号，第一驱动信号驱动第一控制器Q5导通，同时第二控制器Q9关断；电流从OUT+经过负载至OUT-、电感L3、电阻R3、VCC、第一控制器Q5，最后回到OUT+从而形成回路；
当二次交变控制信号一直处于低电平状态，通过交变控制信号处理器的第六引脚输出高电平信号，该高电平信号驱动三极管Q34导通，第二驱动光耦被驱动输出第二驱动信号，第二驱动信号驱动第二控制器Q9导通，第一控制器Q5关断，电流OUT-经过负载至OUT+、第二控制器Q9、电阻R5、电感L3，最后回到OUT-形成回路。
氩弧焊机设定为交流输出时，首先，当氩弧焊机要交变时，处理单元发出的WC控制信号至1，WC控制信号控制三极管Q11导通，二极管D21导通，COMP引脚电位被二极管钳位在一定电压值，从而限制PWM控制芯片的输出，关闭一次交变的PWM驱动信号，此时因为供电的VCC与VCC-不对第一控制器Q5、第二控制器Q9供电，进而第一控制器Q5、第二控制器Q9不产生功耗。进而减少交变时刻，功率器件产生的发热和损耗。
二次交变控制信号为二次交变单元输入信号,通过交变控制信号处理器,经过第一驱动光耦、第二驱动光耦将信号进行隔离、放大作用，经过推挽电路后最终产生使得第一控制器和第二控制器导通或关断的驱动信号。在二次交变单元中二次交变控制信号处于上升沿或下降沿的时候，实现第一控制器和第二控制器导通的交替导通，从而实现焊机的交流输出。
其中推挽电路由三极管Q121、三极管Q122、三极管Q123、三极管Q124形成。
结合图4，下面对一次交变电路中的PWM驱动控制信号的状态进行详细解说，二次交变控制信号可以是三角波、方波等，只要是具有上升沿、下降沿周期性变化的信号都可以，以二次交变控制信号以方波为例说明，当正负跳变时刻可以理解为斜波，t1时刻交变前，关闭一次交变电路中的PWM驱动控制信号，t2时刻(交变完成)以后，处理器释放PWM控制模块，打开一次交变电路中的PWM驱动控制信号。
当下一次交变时，t3时刻交变前，关闭一次交变电路中的PWM驱动信号，t4时刻(交变完成)以后，处理器释放PWM控制模块，打开一次交变电路中的PWM驱动控制信号。即在二次交变控制信号处于上升沿和下降沿的期间，一次交变电路中的PWM驱动控制信号总处于关闭状态。
实施例二
再一方面，本发明提供一种用于交直流氩弧焊的控制方法，其中，包含上述任意项所述的用于交直流氩弧焊的控制系统，还包括：
步骤S110、判断氩弧焊机工作当前的工作状态，根据所述当前工作状态启动与当前工作状态匹配的电路以形成交变控制信号；
步骤S120、二次交变单元执行与所述交变控制信号匹配的动作。
作为进一步优选实施方案，上述的一种用于交直流氩弧焊的控制方法，其中：步骤S110、判断氩弧焊机工作当前的工作状态，根据所述当前工作状态启动与当前工作状态匹配的电路以形成交变控制信号具体包括：
步骤S11011、于所述氩弧焊机工作于直流状态下，PI调节单元根据一采集信号和一预置标准信号形成第一控制信号；其中PI调节单元形成第一控制信号的工作原理与上述施例一种的工作原理相同，此处不做赘述。
步骤S11012、根据所述第一控制信号形成所述交变控制信号。
作为进一步优选实施方案，上述的一种用于交直流氩弧焊的控制方法，其中：步骤110、判断氩弧焊机工作当前的工作状态，根据所述当前工作状态启动与当前工作状态匹配的电路以形成交变控制信号具体包括：
步骤S11021、于所述氩弧焊机工作于交流状态下，处理单元输出预置控制信号；
步骤S11022、第一控制电路根据所述预置控制信号形成第二控制信号；
步骤S11023、根据所述第二控制信号形成所述交变控制信号。
此处一种用于交直流氩弧焊的控制方法的工作原理与上述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统的工作原理相同，此次不做赘述。
Claims (9)
1.一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其特征在于：包括，
PI调节单元，用于根据一采集信号和一预置标准信号形成第一控制信号；
第一控制电路，用以根据预置控制信号形成第二控制信号；
PWM控制单元，用以接收第一控制信号或第二控制信号，根据所述第一控制信号或所述第二控制信号形成交变控制信号输出。
2.根据权利要求1所述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其特征在于：包括
二次交变单元，用以于所述交变控制信号、二次交变控制信号的作用下执行交变动作。
3.根据权利要求1所述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其特征在于：所述PI调节单元包括一反向运算放大器，所述反向运算放大器的正相端分别连接所述预置标准信号和所述采集信号；所述反向运算放大器的输出端形成所述PI调节单元的输出端。
4.根据权利要求1所述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其特征在于：所述第一控制电路至少包括控制三极管，所述控制三极管的基极连接处理单元的信号输出端，所述控制三极管的集电极通过一电阻连接电压输入端，所述控制三极管的发射极接地。
5.根据权利要求1所述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其特征在于：所述PWM控制单元包括第一控制处理器，所述第一控制处理器的COMP引脚连接所述第一控制电路的输出端、所述PI调节单元的输出端；所述第一控制处理器的第六引脚输出PWM波。
6.根据权利要求2所述的一种用于交直流氩弧焊的控制系统，其特征在于：所述二次交变单元包括：
交变控制信号处理器，用以接收所述交变控制信号，并对所述交变控制信号处理以形成第一驱动控制信号或第二驱动控制信号；
第一驱动光耦，用以接收所述第一驱动控制信号，所述第一驱动光耦于所述第一控制信号的作用下形成第一驱动信号输出；
第二驱动光耦，用以接收所述第二驱动控制信号，所述第二驱动光耦于所述第二控制信号的作用下形成第二驱动信号输出；
第一控制器，连接所述第一驱动光耦，用以接收所述第一驱动信号，于所述第一驱动信号的作用下工作于导通状态；
第二控制器，连接所述第二驱动光耦，用以接收所述第二驱动信号，于所述第二驱动信号的作用下工作于导通状态。
7.一种用于交直流氩弧焊的控制方法，其特征在于，包含权利要求1～6任意项所述的用于交直流氩弧焊的控制系统，还包括：
判断氩弧焊机工作当前的工作状态，根据所述当前工作状态启动与当前工作状态匹配的电路以形成交变控制信号；
二次交变单元执行与所述交变控制信号匹配的动作。
8.根据权利要求7所述的一种用于交直流氩弧焊的控制方法，其特征在于：判断氩弧焊机工作当前的工作状态，根据所述当前工作状态启动与当前工作状态匹配的电路以形成交变控制信号具体包括：
于所述氩弧焊机工作于直流状态下，PI调节单元根据一采集信号和一预置标准信号形成第一控制信号；
根据所述第一控制信号形成所述交变控制信号。
9.根据权利要求7所述的一种用于交直流氩弧焊的控制方法，其特征在于：判断氩弧焊机工作当前的工作状态，根据所述当前工作状态启动与当前工作状态匹配的电路以形成交变控制信号具体包括：
于所述氩弧焊机工作于交流状态下，处理单元输出预置控制信号；
第一控制电路根据所述预置控制信号形成第二控制信号；
根据所述第二控制信号形成所述交变控制信号。
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