基于PLC的多功能焊机控制器的制作方法

本发明属于焊机技术领域，尤其涉及一种基于plc的多功能焊机控制器。

背景技术：

手工电弧焊是通过焊条与工件相接触，造成短路，产生高温，使焊条及被焊工件熔化实现金属连接的弧焊方式。手工电弧焊作业一般是工作于电弧静特性的水平段上，采用下降外特性的弧焊电源。氩弧焊是使用氩气作为保护气体的一种弧焊技术。氩弧焊的电弧静特性为平特性或上升特性，为了减小和排除弧长变化而引起的电流波动，应选择具有陡降外特性的弧焊电源。等离子弧焊主要是通过机械压缩、热收缩、磁收缩等效应，将电弧压缩到很细的程度，从而获得高能量密度的电弧的焊接方式。等离子弧焊生产时需要两台陡降外特性的弧焊电源分别来起起弧和维弧作用。三种焊接工艺均需要陡降外特性的弧焊电源，同时在设备上也有一部分的共同点，比如等离子弧焊与氩弧焊均需要相应的送气机构，这为一机多用的实现提供了可能性。但是，现有多功能焊机种类较少且大多需要重新购置成套设备，且所兼容的焊接工艺方法较少，同时现有焊接设备的继电器控制系统，可靠性差、设备功耗大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于plc的多功能焊机控制器，可实现手工电弧焊、氩弧焊、等离子焊、等离子丝材和粉材的硬面堆焊功能。代替现有焊接设备的继电器控制系统，使控制系统的可靠性增强、控制功能增加、设备功耗减少。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于plc的多功能焊机控制器，包括依次设置的端口触发电路、焊接过程控制电路，其中焊接过程控制电路包括焊接工艺时序控制电路(引弧、送粉、送丝、供气等工艺时序控制)、延时电路(通气、通冷却水、送丝、送粉提前和滞后时间的延时)、参数调节电路，端口触发电路用于识别外接信息输入，将操作人员选定的焊接工艺信息传递到焊接过程控制电路中，焊接过程控制电路控制焊接电源、送丝机、送粉机、水冷机、气路的运行，以实现焊接过程的控制、控制器工作状态的显示以及焊接参数的调节。还包括焊接过程自保护电路，焊接过程自保护电路贯穿整个焊接过程，维护焊接过程的安全。焊接过程自保护电路主要是防止施工人员误操作导致焊接损坏，主要表现为未开保护气就开始焊接、在某些焊接工艺中存在不需要的焊接设备，需要断开连接等问题。在设计中，根据工艺要求，设置自锁电路，来保证焊接过程的正确性。

按上述技术方案，焊接过程控制电路包括输入端口x0,x1,x2,x3,x10，x4,x5，x6,x7，输出端口y0,y1,y2，y3,y4，y5,y6,y7，其中x0为维弧控制端口，x1、x10为主弧控制端口，x2为气路控制端口，x3为送丝/送粉控制端口，x4、x5为等离子弧焊转移弧/联合弧选择端口，x6、x7为送丝/送粉模式选择端口，还包括com0、com2、com3、com4端口，com0、com2、com4端口均接入24v电源，com3端口接pwm直流调速器驱动板的enable+端口，y7端口(输出24v/0v电压)作为维弧指示灯的控制端口；y3端口接pwm直流调速器驱动板的enable-端口，y1端口建立维弧，大功率弧焊电源、保护气、离子气、送粉气、焊接指示灯等外接设备均在通入24v电压后才开始工作，大功率弧焊电源、保护气、送粉气、离子气、焊接指示灯分别由y0、y2、y4、y5、y6端口控制。其中x10为手工电弧焊按钮。x0,x1,x2,x3,x10分别用于起维弧、起主弧、送丝/送粉、焊条电弧焊的选择。x6,x7端口控制焊机控制箱送粉/送丝模式的切换；x4,x5端口控制焊机控制箱联合弧/转移弧模式的切换。y0,y1,y2端口分别为主弧、维弧、保护气阀继电器的输出。y3,y4分别为送丝电机驱动、送粉电机驱动继电器的输出，y5,y6,y7分别为离子气阀、焊接指示灯继电器、维弧指示灯的控制端口的输出。

按上述技术方案，参数调节电路包括r+，r-以及r端口，r+，r-以及r端口均接入电位计。参数调节电路对送丝、送粉速度进行调节，根据焊接过程中的焊接速度、电流、电压大小调整送丝、送粉速度。将r端口与r-端口的输入电阻和r+端口与r-端口的总电阻之比转换为电压输出的占空比，以调节电机输出转速。

按上述技术方案，x0，x1，x2，x3，x10端口均为为下降沿触发，x4，x5，x6，x7端口均为为低电平触发。端口触发电路主要是将用户在plc控制箱上的信息输入进行转换，以实现plc程序的工艺选择判断。x0是维弧按钮信号输入端，由于维弧按钮为点动按钮，闭合后会立即位，所以x0端口在这里被设置为下降沿触发。当闭合维弧按钮后，x0输入端口接地，电压从24v降至0v，x0端口被触发，plc控制板对此会做出相应的反应。同理x1，x2，x3，x10端口亦是如此。x4，x5端由于是受钮子开关控制，开关被选中的一端常闭，另一端常开，常闭一端为低电平0v，常开一端为高电平24v，所以这些端口均被设置为低电平触发。当钮子开关拨至送粉按钮后，x4端口变成低电平被触发，x5为高电平，plc控制板对此会做出相应的反应。同理x6，x7端口亦是如此。

按上述技术方案，延时电路根据弧焊工艺确定的延时时间具体为，离子气预通时间t1为1s，离子气滞后时间t2为5s，送粉气预通时间t3为1s，水冷机的冷却水预通时间t4为1s，冷却水滞后时间t5为5s。

本发明产生的有益效果是：可实现手工电弧焊、氩弧焊、等离子焊、等离子丝材和粉材的硬面堆焊功能。代替现有焊接设备的继电器控制系统，使控制系统的可靠性增强、控制功能增加、设备功耗减少。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例基于plc的多功能焊机控制器结构示意图；

图2是本发明实施例基于plc的多功能焊机控制器控制流程简图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，如图1所示，提供一种基于plc的多功能焊机控制器，包括依次设置的端口触发电路、焊接过程控制电路，其中焊接过程控制电路包括焊接工艺时序控制电路(引弧、送粉、送丝、供气等工艺时序控制)、延时电路(通气、通冷却水、送丝、送粉提前和滞后时间的延时)、参数调节电路，端口触发电路用于识别外接信息输入，将操作人员选定的焊接工艺信息传递到焊接过程控制电路中，焊接过程控制电路控制焊接电源、送丝机、送粉机、水冷机、气路的运行，以实现焊接过程的控制、控制器工作状态的显示以及焊接参数的调节。还包括焊接过程自保护电路，焊接过程自保护电路贯穿整个焊接过程，维护焊接过程的安全。焊接过程自保护电路主要是防止施工人员误操作导致焊接损坏，主要表现为未开保护气就开始焊接、在某些焊接工艺中存在不需要的焊接设备，需要断开连接等问题。在设计中，根据工艺要求，设置自锁电路，来保证焊接过程的正确性。

进一步地，焊接过程控制电路包括输入端口x0,x1,x2,x3,x10，x4,x5，x6,x7，输出端口y0,y1,y2，y3,y4，y5,y6,y7，其中x0为维弧控制端口，x1、x10为主弧控制端口，x2为气路控制端口，x3为送丝/送粉控制端口，x4、x5为等离子弧焊转移弧/联合弧选择端口，x6、x7为送丝/送粉模式选择端口，还包括com0、com2、com3、com4端口，com0、com2、com4端口均接入24v电源，com3端口接pwm直流调速器驱动板的enable+端口，y7端口(输出24v/0v电压)作为维弧指示灯的控制端口；y3端口接pwm直流调速器驱动板的enable-端口，y1端口建立维弧，大功率弧焊电源、保护气、离子气、送粉气、焊接指示灯等外接设备均在通入24v电压后才开始工作，大功率弧焊电源、保护气、送粉气、离子气、焊接指示灯分别由y0、y2、y4、y5、y6端口控制。其中x10

为手工电弧焊按钮。x0,x1,x2,x3,x10分别用于起维弧、起主弧、送丝/送粉、焊条电弧焊的选择。x6,x7端口控制焊机控制箱送粉/送丝模式的切换；x4,x5端口控制焊机控制箱联合弧/转移弧模式的切换。y0,y1,y2端口分别为主弧、维弧、保护气阀继电器的输出。y3,y4分别为送丝电机驱动、送粉电机驱动继电器的输出，y5,y6,y7分别为离子气阀、焊接指示灯继电器、维弧指示灯的控制端口的输出。

进一步地，参数调节电路包括r+，r-以及r端口，r+，r-以及r端口均接入电位计。参数调节电路对送丝、送粉速度进行调节，根据焊接过程中的焊接速度、电流、电压大小调整送丝、送粉速度。将r端口与r-端口的输入电阻和r+端口与r-端口的总电阻之比转换为电压输出的占空比，以调节电机输出转速。

进一步地，x0，x1，x2，x3，x10端口均为为下降沿触发，x4，x5，x6，x7端口均为为低电平触发。端口触发电路主要是将用户在plc控制箱上的信息输入进行转换，以实现plc程序的工艺选择判断。x0是维弧按钮信号输入端，由于维弧按钮为点动按钮，闭合后会立即位，所以x0端口在这里被设置为下降沿触发。当闭合维弧按钮后，x0输入端口接地，电压从24v降至0v，x0端口被触发，plc控制板对此会做出相应的反应。同理x1，x2，x3，x10端口亦是如此。x4，x5端由于是受钮子开关控制，开关被选中的一端常闭，另一端常开，常闭一端为低电平0v，常开一端为高电平24v，所以这些端口均被设置为低电平触发。当钮子开关拨至送粉按钮后，x4端口变成低电平被触发，x5为高电平，plc控制板对此会做出相应的反应。同理x6，x7端口亦是如此。

进一步地，延时电路根据弧焊工艺确定的延时时间具体为，离子气预通时间t1为1s，离子气滞后时间t2为5s，送粉气预通时间t3为1s，水冷机的冷却水预通时间t4为1s，冷却水滞后时间t5为5s。

本发明结合plc技术，设计多功能焊接控制器，以普通弧焊电源为基础设备，通过控制器与弧焊电源、送气装置、水冷装置以及焊炬的连接，控制实现手工电弧焊、氩弧焊、等离子弧焊等多种弧焊工艺的功能。

控制器将多功能焊机的所有开关旋钮、指示灯等所有输入输出按钮全部集中在控制器控制面板上。控制器面板上显示气体流量、保护气是否开通、送粉、送丝、焊接状态的指示灯，以清楚地显示个控制量的状态。还设有维弧按钮、主弧按钮、保护气按钮、送丝/送粉按钮、焊条电弧焊按钮、联合弧按钮、转移弧按钮，通过焊接工人的生产需求，自主选择所需要的焊接工艺。同时，焊接过程中的气体流量、送丝/送粉速度均有显示且可调。

本发明实施例中，如图2所示，各种焊接工艺在时序流程控制上均有共同的部分，控制器需要将起维弧、起主弧、送保护气、送离子气、送丝、送粉这六种基础功能系统而有序地组织起来，依据各种弧焊工艺的时序控制要求。程序采用模块化设计，每一种焊接工艺为一个独立的子程序，主程序对外界信息输入进行判别，然后转到相应的弧焊工艺子程序中，实现相应的弧焊工艺，此外主程序控制焊条电弧焊工艺外其余8种弧焊工艺在时序流程上的共同部分。程序首先对焊条电弧焊/起维弧进行判断，若直接点击焊接按钮，则触发x10端口，主程序判定为进行焊条电弧焊工艺，接通y0、y6继电器，主弧接通，直接进入焊条电弧焊作业。如果在点击焊接按钮后，再点击维弧按钮，则触发x0端口，主程序判定为需要起维弧，接通y5继电器，离子气阀打开，1s后维弧打开。对于氩弧焊、等离子弧焊，均需要先起/关维弧，通离子气，通保护气操作，工艺时序先后也均相同，将这几部分流程置于主程序中统一控制。x2(保护气端口)被触发后，主程序进入工艺氩弧焊、等离子弧焊工艺选择部分。非转移弧焊与氩弧焊均不需要起主弧，在x2端口触发之后即可进入非转移弧焊或氩弧焊，通过更换相应的焊炬来实现氩弧焊和等离子弧焊的非转移弧焊功能。焊接控制箱上设有两个钮子开关，对应送丝/送粉模式的切换，联合弧/转移弧模式的切换，x3、x4、x5为送丝送粉信息输入端口，x6、x7为联合弧转移弧选择端口，焊接控制箱上设有两个钮子开关，若将钮子开关拨至送粉-转移弧，则x3、x4、x7端口被触发，程序进入转移弧粉材硬面堆焊子程序；若将钮子开关拨至送粉-联合弧，则x3、x4、x6端口被触发，程序进入联合弧粉材硬面堆焊子程序；若将钮子开关拨至送丝-联合弧，则x3、x5、x6端口被触发，程序进入联合弧丝材硬面堆焊子程序；若将钮子开关拨至送丝-转移弧，则x3、x5、x7端口被触发，程序进入转移弧丝材硬面堆焊子程序。

本发明通过控制器连接弧焊电源、送丝机、送粉器，控制焊接过程时的电源通断以及相关气路电路的状态，使弧焊电源可以提供普通电弧、氩弧、等离子弧，并通过连接不同的焊炬，以实现手工电弧焊、氩弧焊、等离子焊、等离子丝材和粉材的硬面堆焊功能。

控制器将起维弧、起主弧、送保护气、送离子器、送粉、送丝六种基础功能系统而有序的组织起来实现手工电弧焊、氩弧焊、等离子焊、等离子丝材和粉材的硬面堆焊功能的多功能焊机。同时，控制器还设有自保护措施，从程序上防止非正常焊接过程的出现，以保护焊接过程的设备安全和人身安全。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。