CN202491008U

CN202491008U - 多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置

Info

Publication number: CN202491008U
Application number: CN2011205317876U
Authority: CN
Inventors: 何宽芳; 陈俊; 黎祺; 肖思文; 伍济钢; 肖冬明; 沈意平
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2021-12-19

Abstract

一种多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置，包括相互电连接的计算机装置、自动控制操作平台、数字量控制输出电路、模拟量控制输出电路、信号采集电路、传感检测装置及工控机，自动控制操作平台包含三个与工控机连接的电缆接口、一个与行走机构连接的电缆接口以及三个与焊接电源和送丝机之间连接的电缆接口，计算机装置是包含至少3个工业标准扩展槽接口的工业控制计算机。用于实现焊接装备主体行走机构、送丝机、大功率弧焊逆变电源的数字化控制，具备焊接工艺参数设置、焊接过程运行状态实时监测、各电弧起弧时序控制和收弧时序控制。工作性能稳定，可靠性高，适用于单、双和三电弧高速埋弧自动焊场合，能实现多电弧埋弧焊高速稳定运行，并获得均匀美观的焊缝成形。

Description

多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置

技术领域

本实用新型涉及多电弧埋弧焊过程数字化控制装置，特别涉及一种用于多电弧高速埋弧焊协同控制的数字化控制装置。

背景技术

近几年来，在国外，德国、奥地利、日本、美国等一些大公司在采用多根焊丝配以单个或多个电源对多电弧高速焊接方面开展了一些研究工作，在提高焊接速度和质量方面取得了一些实用化的成果。但在国内该项技术研究比较少，一些大型企业为了增强自身的竞争能力，不惜高价进口国外焊接成套设备。

目前，焊接生产应用的多电弧高速埋弧装备主要是靠林肯、米勒和Cloose等国外知名焊接设备制造商进口。其中，最为典型的是美国Lincoln公司的NA-4型双/三丝埋弧焊装备，该装备采用一台晶闸管式或硅整流式电源和两台普通的正弦波交流电源，并与专用双/三丝焊炬、直流伺服驱动的送丝机和行走机构等组合成三丝高速埋弧焊接装备。虽然其各根焊丝电流参数可调，对壁厚为25mm的钢管能实现双面焊接且达到焊速为1～1.3m/min，但采用的1500A直流电源为晶闸管整流式，而且两个1200A交流电源为正弦波输出，存在可调节性和稳弧性差(正弦波过零点慢)、电能使用效率低、控制灵活性和动态响应对高速焊适应性也差等缺点，电弧之间彼此独立，没有协同关系，仅仅是一种简单的组合，不能进一步提高焊接速度和热熔敷率，而且这种成套设备价格高达百多万人民币。

尽管国外已经有商品化的双/三电弧埋弧焊接装备，但在使用过程中均存在一系列问题，两电弧彼此独立是没有协同关系，电弧的参数通过电位器给定，焊接过程参数管理及控制固定不变，缺乏灵活性，存在焊缝成形缺陷，最为典型的是焊缝头、尾位置成形较窄而且收弧位置下塌明显。国内生产多丝埋弧焊设备的有成都焊研威达自动焊接设备有限公司的MZ系列双丝埋弧焊设备，这种双丝焊接设备是传统的单丝焊接设备的硬件组合，电弧之间没有协同关系，数字化协同控制的双丝埋弧焊成套设备在我国还是空白。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置。在充分利用、挖掘工业控制计算机高速信号采集、分析、数字化智能控制手段基础上，解决传统多电弧埋弧焊接装备的主要问题，并为多电弧高速埋弧焊过程数字化控制系统升级提供开发平台和接口。

本实用新型的多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置，包括相互电连接的计算机装置、自动控制操作平台、数字量控制输出电路、模拟量控制输出电路、信号采集电路、传感检测装置以及工控机，其特征在于，所述自动控制操作平台包含三个与工控机连接的电缆接口、一个与行走机构连接的电缆接口以及三个与焊接电源和送丝机连接的电缆接口。

为了实现功能强大，使用方便，通用性好和结构优化，其进一步的措施是：

所述计算机装置是工业控制的计算机。

所述工业控制计算机包含至少3个工业标准的扩展槽接口。

所述自动控制操作平台包含与向所述多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置供电的焊接电源和送丝机之间连接的电缆接口，与所述焊接电源和送丝机之间连接的所述电缆接口共用一个电缆接口。

所述数字量控制输出电路、模拟量控制输出电路和信号采集电路采用研华系列的产品PCI1730、PCL-727和PCL-818。

所述传感检测装置采用霍尔传感器。

所述计算机装置包括连接于系统的工业控制计算机，其可进行参数设置、电参数实时采集和显示和电弧协同控制。

所述电参数实时采集和显示包含电弧电流、电压和焊接速度的实时采集和显示。

所述电弧协同控制是对起弧时各电弧的时序控制和收弧时各电弧的时序控制。

本实用新型的多电弧高速埋弧自动焊接过程数字化控制装置，采用软件编程的方式实现了多电弧高速埋弧焊工艺参数设置、焊接过程监测、多电弧起弧、收弧时序控制等功能，减少了许多复杂的硬件控制电路，焊接过程具有柔性化控制特点，使焊接设备具有较强的适应性。系统硬件结构紧凑，使用方便；软件系统人机界面友好、操作使用方便易学。整个系统工作性能稳定，可靠性高，适于适用于单、双和三电弧高速埋弧自动焊场合。应用该系统，能实现多电弧埋弧焊高速稳定的运行，并获得均匀美观的焊缝成形。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理方框图；

图2是图1中工业控制计算机与自动控制操作平台连接原理框图；

图3是图1中自动控制操作平台与工业控制计算机、焊接系统的连接电缆接口示意图；

图4是本实用新型的软件系统软件主体结构图；

图5是本实用新型的软件系统软件主界面图；

图6-1是参数预置流程图；

图6-2是起弧控制流程图；

图6-3是监测流程图；

图6-4是收弧控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的实施例做进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式并不局限于此。

本实用新型的多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置，主要由计算机装置、自动控制操作平台、数字量控制输出电路、模拟量控制输出电路、信号采集电路、传感检测装置以及工控机组成，其系统结构框架图如图1所示。系统用于实现焊接装备主体行走机构、送丝机构、大功率弧焊逆变电源的数字化协同控制，同时具备焊接工艺参数设置、焊接过程运行状态的实时监测、各电弧起弧时序控制和收弧时序控制。

图2是工控机和自动控制操作平台之间的逻辑关系，工控机通过自动控制操作平台实现对两/三台焊接电源、两/三台送丝机和行走机构等的控制。包括三种输入输出通道：(1)I/O通道，其任务把计算机输出的数字信号传送给埋弧焊系统中的可控开关器件，控制台逆变电源、送丝机构和行走机构的启动与停止，采用研华产品PCI1730；(2)D/A转换器，负责对两台逆变电源焊接电流、电压的设定和焊接速度的设定，采用研华的产品PCL-727；(3)A/D转换器，负责对两台逆变电源焊接电流、电弧电压和小车行走速度的采样，由计算机进行实时处理、显示，采用研华的产品PCL-818。

图3是自动控制操作平台与工业控制计算机、焊接系统的连接电缆接口示意图。其中ADC-J是工控机与自动控制操作平台之间的电缆接口，主要传输测量信号；DAC-J是工控机与自动控制操作平台之间的电缆接口，主要传输控制信号；DD-J是工控机与自动控制操作平台之间的电缆接口，主要传输开关信号；行走机构是自动控制操作平台与行走机构之间的电缆接口；焊接系统1、2、3分别为自动控制操作平台与各焊接系统(弧焊接电源+送丝机)之间的电缆接口。弧焊逆变接电源和送丝机之间的电缆接口共用一个电缆接口。

图4是本实用新型的适用于单、双电弧埋弧焊接过程控制的软件系统主体结构图。主要由监测、数据管理和协同控制三大部分组成。监测部分由两个模块组成，在界面中为三项菜单，分别为：参数设置、电参数实时显示和数据采集；数据管理部分主要用于系统数据分析计算和查询管理，该部分主要包括焊接质量监测、工艺参数优化和专家数据库系统三个模块；协同控制部分包括起弧、焊接过程、收弧控制程序。此外，系统还设有帮助模块。

图5分别是本实用新型适用于单、双电弧埋弧焊接过程控制的软件系统软件主界面及流程图。系统界面按功能设计成下拉菜单，在主界面中便可进行7个功能模块的操作：(1)参数设置。该模块包括焊接速度、焊接时间、两台主从机弧焊电源参数的设定，参数设置流程如图6-1所示，其中全局变量I₁、I₂和U₁、U₂分别用于两焊接电源电流、电压的赋值，v用于焊接速度的赋值，F1、F2、F3分别用于判断参数发送是否成功。弧焊电源参数指弧焊电源类型(交流、直流)焊接电流、电压给定等。各参数均由使用者在现场根据待监控的双电弧埋弧焊实际工况和运行情况输入，同时也可以通过调用专家数据库预先存好的参数。(2)质量建模。该模块功能是根据在焊接过程中采集到的主从机电流、电压数据经由建立焊接质量监测模型间接得出焊缝熔深和熔宽的尺寸值。(3)工艺参数优化。该模块功能是根据焊缝成形要求及条件，通过优化模型计算出合适的工艺参数。(4)专家数据库系统。主要对埋弧焊工艺参数及规范进行综合信息管理。(5)数据采集。该模块的功能启动采样程序，采集的信号经前置放大和A/D转换后传输至计算机。计算机自动把测量结果存贮到数据库，同时以图形的形式在主界面显示。(6)焊接启动、停止。该模块用于对协同控制系统的运行与停止，主界面中有启动和停止两个按钮。选择起弧控制后，点击“启动”，系统执行焊接启动，其流程如图6-2所示，其中全局变量T和l分别为延时时间和焊丝间距的赋值变量，延时时间T由焊丝间距和焊接速度v决定，按时序启动主、从机进入监控状态，其流程如图6-3所示，其中数组A1、A2、V1、V2分别用于两焊接电源电流、电压采集数据的存储；选择收弧控制后，点击“停止”，系统执行收弧控制，其流程如图6-4所示按时序停止主、从机，焊接结束。(7)系统帮助说明。对该系统功能与操作进行详细的介绍。

该多电弧高速埋弧自动焊接过程数字化控制装置，采用软件编程的方式实现了双电弧高速埋弧焊工艺参数设置、焊接过程监测、双电弧起弧、收弧时序控制等功能，减少了许多复杂的硬件控制电路，焊接过程具有柔性化控制特点，使焊接设备具有较强的适应性。系统硬件结构紧凑，使用方便；软件系统人机界面友好、操作使用方便易学。整个系统工作性能稳定，可靠性高，适于适用于单、双和三电弧高速埋弧自动焊场合。应用该控制装置，能实现多电弧埋弧焊高速稳定的运行，并获得均匀美观的焊缝成形。

Claims

1.一种多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置，包括相互电连接的计算机装置、自动控制操作平台、数字量控制输出电路、模拟量控制输出电路、信号采集电路、传感检测装置以及工控机，其特征在于：所述自动控制操作平台包含三个与所述工控机连接的电缆接口、一个与行走机构连接的电缆接口以及三个与焊接电源和送丝机连接的电缆接口。

2.根据权利要求1所述的多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置，其特征在于：所述计算机装置是工业控制计算机。

3.根据权利要求2所述的多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置，其特征在于：所述工业控制计算机包含至少3个工业标准的扩展槽接口。

4.根据权利要求3所述的多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置，其特征在于：所述自动控制操作平台包含与向所述多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置供电的焊接电源和所述送丝机之间连接的电缆接口，与所述焊接电源和送丝机之间连接的所述电缆接口共用一个电缆接口。

5.根据权利要求1-4任一项所述的多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置，其特征在于：所述数字量控制输出电路、模拟量控制输出电路和信号采集电路采用PCI1730、PCL-727和PCL-818。

6.根据权利要求1-4任一项所述的多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置，其特征在于：所述传感检测装置采用霍尔传感器。

7.根据权利要求1所述的多电弧高速埋弧焊过程数字化控制装置，其特征在于：所述计算机装置包括连接于系统的工业控制计算机，其用于进行参数设置、电参数实时采集和显示和电弧协同控制。