CN202615150U

CN202615150U - 可编程电阻焊控制器

Info

Publication number: CN202615150U
Application number: CN 201220200975
Authority: CN
Inventors: 赵凤斌; 郑刚; 丛日刚
Original assignee: SHENYANG CS MECHATRONICS ENGINEERING CO LTD
Current assignee: SHENYANG CS MECHATRONICS ENGINEERING CO LTD
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2022-05-04

Abstract

本实用新型可编程电阻焊控制器，包括：电源电路、微处理器、互感器信号处理单元、同步检测电路、总线接口电路、显示模块、示教盒以及反并联可控硅触发电路，其中电源电路接至微处理器和示教盒接口的工作电源端，互感器信号处理单元将互感器感应的焊接电流进行处理后送至微处理器；同步检测电路对市电电源进行处理后输出同步中断信号送至微处理器，微处理器的输出端接至反并联可控硅触发电路；微处理器的串行通信接口接有示教盒和显示模块，微处理器的通讯端口与总线接口电路相连。本实用新型利用示教盒可进行远距离数据设定，可方便地接入现场总线系统，与CAN、OPEN总线、PROFIBUS、工业以太网相连接，构成或接入车间制造管理系统。

Description

可编程电阻焊控制器

技术领域

本实用新型属于一种电阻焊焊接领域中的控制装置，具体的说是一种可编程电阻焊控制器。

背景技术

电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结晶的一种方法。随着制造业突飞猛进的发展，电阻焊接设备被广泛的应用在各类机械及制造行业中，尤其在汽车车身、汽车零部件、航天航空、电力电子、家用电器等行业中。因此，对电阻焊的质量和设备的功能也提出了更高的要求。

目前在机械加工领域使用的电阻焊接设备通常需要在电阻焊控制器的控制下进行工作。为了提高焊接效率、焊核质量，要求电阻焊控制器可靠、稳定的工作。

早期电阻焊控制器功能单一，时间和电流精度不够，使用范围局限。由于工艺参数不够细化，影响点焊热量的要素控制不好，因此焊接过程中焊花飞溅，焊核质量不好。多数电阻焊控制器不能进行远距离设定参数，并且现场设备多为悬挂移动式，所以调试、观察显示、操作维修极不方便。同时，对车间日益迫切需要的自动化管理的功能也无法实现。

实用新型内容

本实用新型针对现有电阻焊控制器存在以上方面的不足，提供一种可使焊机焊接性能可靠、提高焊点质量且多功能、使用方便的可编程电阻焊控制器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型可编程电阻焊控制器包括电源电路、微处理器、互感器信号处理单元、同步检测电路、总线接口电路、示教盒以及反并联可控硅触发电路，其中电源电路接至微处理器和示教盒接口的工作电源端，互感器信号处理单元将互感器感应的焊接电流进行处理后送至微处理器；同步检测电路对市电电源进行处理后输出同步中断信号送至微处理器，微处理器的输出端接至反并联可控硅触发电路；微处理器的串行通信接口接有显示模块和示教盒，微处理器的通讯端口与总线接口电路相连。

所述互感器信号处理单元包括互感器反馈电流处理电路及导通角处理电路，其中互感器反馈电流处理电路包括模拟开关模块，模拟开关模块接收互感器的电流信号进行增益处理后，输出电压信号至导通角处理电路。

所述导通角处理电路具有第一~六放大器，其中第一放大器接有电流信号处理单元中互感器反馈电流处理电路的信号，第一放大器的输出端经第三放大器跟随与第二放大器的反相输入端相连；第二放大器的输出端接至第四放大器的同相输入端，第四放大器输出端经第六放大器与微处理器相连；第三放大器及第二放大器的反相输入端及输出端之间均接有滤波电路；第二放大器的输出端经第五放大器接至第六放大器的反相输入端，将感应电流信号按比例输入至微处理器。

所述同步检测电路包括第七放大器以及第一反相器，其中第七放大器接有由电网经变压器耦合进来的同步信号，比例放大器的输出端接至第一反相器的输入端，第一反相器的输出端与微处理器的同步中断信号端相连。

所述总线接口电路具有PROFIBUS-DP、DEVICENET、CANOPEN以及ETHERCAT工业网络接口卡。

CANOPEN工业网络接口卡具有CAN总线驱动器、拔码开关以及选通器，CAN总线驱动器的输入端通过光耦接入主控电路输出的数据，输出端接至CAN网络；选通器的输入端接有拨码开关，输出端连接至微处理器的数据端口。

反并联可控硅触发电路包括触发单元、同步触发板以及反并联可控硅，其中触发单元通过光电隔离器接收微处理器的指令，输出触发信号经同步触发板接至反并联可控硅，反并联可控硅的输出端串接变压器初级，变压器次级与焊钳连接。

所述触发单元包括第二反相器和三极管，其中第二反相器接有微处理器输出的触发信号，第二反相器的输出端与三极管的基极相连，三极管的集电极接至同步触发板。

所述同步触发板具有变压器、第一、二可控硅以及继电器，其中变压器的一次侧接有触发电路输出的触发信号，变压器二次侧的不同抽头分别接至第一、二可控硅的控制极，第一、二可控硅的阳极接有来自变压器耦合的同步信号，第一、二可控硅的阴极接至外部可控硅的控制回路。

所述示教盒和显示模块的通信接口采用RS422方式通信，具有液晶显示器，触摸式全中文显示，现场1~50米距离可选择；所述显示模块与微处理器进行双向通讯连接。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.本实用新型焊接性能稳定可靠，尤其能通过示教盒进行焊接电流、焊接时间和预压延时的设定，适配于悬挂点焊机、多点焊机、点凸焊机、点焊机器人和专用电阻焊设备，是一种新型的多功能电阻焊控制器。

2.本实用新型可进行两个加压电磁气阀（双枪）控制及4序列和15序列的启动方式选择。每把焊钳可设两个或以上独立的焊接规范并可方便切换。

3.本实用新型具有焊接电极熔粘及二次回路短路检测功能，可对电极进行报警及修磨。防止焊钳电极头由于电极熔粘或二次回路短路造成电极头损坏。

4．本实用新型利用示教盒可进行远距离（50米内）数据设定，人员操作更方便，可直接进行焊接规范参数的数值设定，不需记忆数据地址；示教盒采用触摸屏，人机交流性增加，使用更方便。

5．本实用新型具有断电数据保护功能，防止由于意外断电，造成数据丢失。

6.具有恒电流、恒电压两种控制功能。

7.具有电流阶梯上升控制功能，可显示阶梯数和焊点数，用以补偿焊接电流密度的变化。

8.焊接电流过低时，可自动补焊一次。

9.具有脉冲启功功能，该功能启动后，当焊接启动按钮抬起时，可取消后面的焊接程序，便于观察焊点状态。

10.故障自诊功能。故障报警类别有：存储器出错、反并联可控硅过热、电流过高和过低、无电流、反并联可控硅单管导通、反并联可控硅短路、通讯错误。

11.具有通讯联网功能，提供群控联网限容控制算法，完成进行监控、编程以及电网平衡。

12.本实用新型具有监控显示模块，用于显示点焊工作状态，焊点记数系列功能。其中工位焊点数在报警时同时输出触点信号，控制工位器具、动作确保工位焊点准确。

附图说明

图1为本实用新型电结构框图；

图2为本实用新型中互感器反馈电流处理电路原理图；

图3为本实用新型中导通角方波输入电路原理图；

图4为本实用新型中同步检测电路原理图；

图5为本实用新型中触发单元原理图；

图6为本实用新型中同步触发板原理图；

图7为本实用新型中CANOPEN工业网络接口卡电路；

图8为本实用新型的焊接流程图；

图9为本实用新型采用的阶梯焊接电流示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型可编程电阻焊控制器整体安装于箱体中，包括电源电路、微处理器、互感器信号处理单元、同步检测电路、总线接口电路、示教盒以及反并联可控硅触发电路，其中电源电路接至微处理器和示教盒接口的工作电源端，互感器信号处理单元将互感器感应的焊接电流进行处理后送至微处理器；同步检测电路对市电电源进行处理后输出同步中断信号送至微处理器，微处理器的输出端接至反并联可控硅触发电路；微处理器的串行通信接口接有示教盒，微处理器的通讯端口与总线接口电路相连。

上述各电路整体设于一主控板上，该主控板设计了示教盒接口，采用RS485接口、外扩256KRAM,256KFLASH、工业总线接口。

如图2、3所示，所述电流信号处理单元包括互感器反馈电流处理电路及导通角处理电路，其中互感器反馈电流处理电路包括模拟开关模块，模拟开关模块接收互感器的电流信号进行增益处理后，输出电压信号至导通角处理电路。导通角处理电路具有第一~六放大器U8A~U8D、U7A~U7B，其中第一放大器U8A接有电流信号处理单元中互感器反馈电流处理电路的信号，第一放大器U8A的输出端经第三放大器U8C跟随与第二放大器U8B的反相输入端相连；第二放大器U8B的输出端接至第四放大器U8D的同相输入端，第四放大器U8D输出端经第六放大器U7B与微处理器相连；第三放大器U8C及第二放大器U8B的反相输入端及输出端之间均接有滤波电路，滤掉高频噪声干扰；第二放大器U8B的输出端经第五放大器U7A接至第六放大器U7B的反相输入端，将感应电流信号按比例输入至微处理器内部集成的A/D转换模块中。

如图4所示，同步检测电路包括第七放大器U7C以及第一反相器U11A，其中第七放大器U7C接有由电网经变压器耦合进来的同步信号，比例放大器U7C的输出端接至第一反相器U11A的输入端，第一反相器U11A的输出端与微处理器的同步中断信号端相连。本实施例中，由变压器耦合进来的同步信号幅值为交流30伏，通过第七放大器U7以及第一反相器U11A处理后，为微处理器提供同步中断信号，来做为焊接的触发信号使用。

如图1所示，反并联可控硅触发电路包括触发单元、同步触发板以及反并联可控硅，其中触发单元通过光电隔离器接收微处理器的指令，输出触发信号经同步触发板接至反并联可控硅，反并联可控硅的输出端串接变压器初级，变压器次级与焊钳连接。。

如图5所示，触发单元包括第二反相器U11B和三极管N6，其中第二反相器U11B接有微处理器输出的触发信号，第二反相器U11B的输出端与三极管N6的基极相连，三极管N6的集电极接至同步触发板。

如图6所示，同步触发板具有变压器PT1、第一、二可控硅YH1、YH2以及继电器，其中变压器PT1的一次侧接有触发单元输出的触发信号，变压器PT1二次侧的不同抽头分别接至第一、二可控硅YH1、YH2的控制极，第一、二可控硅YH1、YH2的阳极接有来自变压器耦合的同步信号，第一、可控硅YH1、YH2的阴极接至外部可控硅的控制回路。反并联可控硅的控制回路中具有两个由继电器CR1带的常开接点，分别控制两个外部反并联可控硅；继电器CR1线圈与微处理器输出端相连。

总线接口电路包括PROFIBUS-DP、DEVICENET、CANOPEN以及ETHERCAT工业网络接口卡。如图7所示，CANOPEN工业网络接口卡具有CAN总线驱动器U6、拔码开关以及选通器U1，CAN总线驱动器U6的输入端通过光耦接入主控电路输出的数据，输出端接至CAN网络；选通器U1的输入端接有第一、二拨码开关U3、U5，选通器U1的输出端连接至微处理器的数据端口。

微处理器的模拟量输入端为现场增加传感器时使用方便而设置，本实施例中为备用方案。具有液晶显示器，触摸式全中文显示，现场1~50米距离可选择。

所述示教盒采用数字化手持示教盒，以89C51单片机为主控部件，进行数据的键入和数据输出显示，示教盒的通信接口采用RS485通信协议、自动容错和自诊故障报警。示教盒具有液晶显示器，触摸屏全中文显示，现场1米至50米距离可选择。

电源电路由电源变压器、稳压器、整流滤波器组成，提供稳定的直流电源±15V/+10V/+13V/~30V/±18V。电源电路的输入端通过熔断器0.5安培熔断器连接单相220伏工业用电，起到保护整个电路的作用。单相220伏电源通过滤波器后供给电源变压器，电源变压器将电压转换后，经过整流后输出合适幅值的直流稳压电源为各个用电区域提供所需工作电压。

工频电压经过变压器耦合成为30伏同步电压信号给微处理器，DSP微处理器（TMS320F2812）经过数据分析后，根据焊钳启动信号和保存的示教盒设定焊接规范数据启动触发单元（如图5所示），将触发信号送至同步触发板，控制反并联可控硅导通角，达到控制焊接电流或电压的目的。

本实施例通过1000/5互感器检测电网电压和实际互感器反馈的焊接电流作为主要的调节参数，根据设定值的大小及计算的回路阻抗的变化，由微处理器输出反并联可控硅的触发角信息，以反并联可控硅作为焊接变压器的调压部件，从而控制该焊接变压器的次级输出电压，获得不同的焊接热量，达到调节焊接热量并使其趋于稳定的目的，实现可控焊接的目的。

微处理器中存有焊接过程时序，包括预压时间、压紧时间、斜坡上升时间、预焊时间、冷却1时间、焊接时间、冷却2时间、回火时间、保持时间、断开时间以及保持结束延时。应用时间均以工频周波为单位，通过示教盒设定。一个完整的焊接流程如图8所示。

本实用新型包括恒电流控制与恒电压控制两种方式，恒流控制是设定焊接电流，同时根据次级线圈感应电流计算出焊接电流大小，最大焊接电流为39990A。恒压控制设定焊接热量是以百分比形式设定，设定范围是30%~95%。

本实用新型包括连点焊接及单点焊接两种方式。可以通过设定焊接延时时间改变连点焊接或单点焊接方式。

主控电路包括脉冲启动有、无控制，当“脉冲启动”选择功能为脉冲启动“有”状态：此时只要有启动信号，控制器也将完成一个完整的焊接过程，即从预压开始到焊接结束为止。非脉冲启动状态时，启动信号在压紧时间内抬起后，当前焊接过程立即停止。

本实用新型还包括阶梯控制功能，在点焊过程中，由于机械压力和热效应的作用,使电极头表面积发生变化及镦粗，为了补偿由于电极和焊件的接触面积的增大而下降的电流密度，微处理器将根据焊接点数分六个阶梯对焊接电流进行密度补偿，如图9所示：

本实用新型还具有其他辅助功能：电压系数控制、脉冲次数、电流密度控制等功能。主控电路的微处理器接有用于存储控制程序及过程数据的存储装置，使本实用新型具有断电数据保护功能，防止由于意外断电，造成数据丢失。

微处理器输出端可连接两个加压电磁气阀，两个加压电磁气阀分别设于焊钳供气管路中。上述设置使本实用新型可进行两个加压电磁气阀（双枪）控制及4序列和15序列的选择。每把焊钳可设两个或以上独立的焊接规范并可方便切换。

主控板通过示教盒输入控制参数，同时示教盒接收主控板输出的数据进行显示。在使用时，可根据所焊接的不同工件来进行相应的焊接电流、焊接时间、预压延时等焊接工艺规范参数的设定和编程，以确保焊接工艺和工件焊接质量的稳定可靠。

本控制器设有显示模块，根据环境需要用数码管LED、触摸式LCD等不同方式做显示器件，通过一单独处理器ARM9处理器与主板微处理器通讯，并处理显示功能。显示模块主要显示焊接电流、每把焊钳焊点累计记数，密度补偿状态，电极修磨及工位焊点数报警，故障报警等功能。该显示模块可安装在控制器面板上，或通过接插件引线，接在操作者的合适位置上。

Claims

1.一种可编程电阻焊控制器，其特征在于：包括电源电路、微处理器、互感器信号处理单元、同步检测电路、总线接口电路、显示模块、示教盒以及反并联可控硅触发电路，其中电源电路接至微处理器和示教盒接口的工作电源端，互感器信号处理单元将互感器感应的焊接电流进行处理后送至微处理器；同步检测电路对市电电源进行处理后输出同步中断信号送至微处理器，微处理器的输出端接至反并联可控硅触发电路；微处理器的串行通信接口接有示教盒，微处理器的通讯端口与总线接口电路相连。

2.按权利要求1所述的可编程电阻焊控制器，其特征在于：所述互感器信号处理单元包括互感器反馈电流处理电路及导通角处理电路，其中互感器反馈电流处理电路包括模拟开关模块，模拟开关模块接收互感器的电流信号进行增益处理后，输出电压信号至导通角处理电路。

3.按权利要求2所述的可编程电阻焊控制器，其特征在于：所述导通角处理电路具有第一~六放大器（U8A~U8D、U7A~U7B），其中第一放大器（U8A）接有电流信号处理单元中互感器反馈电流处理电路的信号，第一放大器（U8A）的输出端经第三放大器（U8C）跟随与第二放大器（U8B）的反相输入端相连；第二放大器（U8B）的输出端接至第四放大器（U8D）的同相输入端，第四放大器（U8D）输出端经第六放大器（U7B）与微处理器相连；第三放大器（U8C）及第二放大器（U8B）的反相输入端及输出端之间均接有滤波电路；第二放大器（U8B）的输出端经第五放大器（U7A）接至第六放大器（U7B）的反相输入端，将感应电流信号按比例输入至微处理器。

4.按权利要求1所述的可编程电阻焊控制器，其特征在于：所述同步检测电路包括第七放大器（U7C）以及第一反相器（U11A），其中第七放大器（U7C）接有由电网经变压器耦合进来的同步信号，比例放大器（U7C）的输出端接至第一反相器（U11A）的输入端，第一反相器（U11A）的输出端与微处理器的同步中断信号端相连。

5.按权利要求1所述的可编程电阻焊控制器，其特征在于：所述总线接口电路具有PROFIBUS-DP、DEVICENET、CANOPEN以及ETHERCAT工业网络接口卡，其中CANOPEN工业网络接口卡具有CAN总线驱动器（U6）、拔码开关以及选通器（U1），CAN总线驱动器（U6）的输入端通过光耦接入主控电路输出的数据，输出端接至CAN网络；选通器（U1）的输入端接有拨码开关，输出端连接至微处理器的数据端口。

6.按权利要求1所述的可编程电阻焊控制器，其特征在于：反并联可控硅触发电路包括触发单元、同步触发板以及反并联可控硅，其中触发单元通过光电隔离器接收微处理器的指令，输出触发信号经同步触发板接至反并联可控硅，反并联可控硅的输出端串接变压器初级，变压器次级与焊钳连接。

7.按权利要求6所述的可编程电阻焊控制器，其特征在于：所述触发单元包括第二反相器（U11B）和三极管（N6），其中第二反相器（U11B）接有微处理器输出的触发信号，第二反相器（U11B）的输出端与三极管（N6）的基极相连，三极管（N6）的集电极接至同步触发板。

8.按权利要求6所述的可编程电阻焊控制器，其特征在于：所述同步触发板具有变压器（PT1）、第一、二可控硅（YH1、YH2）以及继电器，其中变压器（PT1）的一次侧接有触发电路输出的触发信号，变压器（PT1）二次侧的不同抽头分别接至第一、二可控硅（YH1、YH2）的控制极，第一、二可控硅（YH1、YH2）的阳极接有来自变压器耦合的同步信号，第一、二可控硅（YH1、YH2）的阴极接至外部可控硅的控制回路。

9.按权利要求1所述的可编程电阻焊控制器，其特征在于：所述示教盒的通信接口采用RS422方式通信，具有液晶显示器，触摸式全中文显示，现场1~50米距离可选择。

10.按权利要求1所述的可编程电阻焊控制器，其特征在于：所述显示模块与微处理器进行双向通讯连接。