专利名称：一种焊接设备的控制系统及控制方法
一种焊接设备的控制系统及控制方法 本发明涉及一种由焊接电源和送丝装置组成的焊接设备的控制系统及控制方法，尤其是一种从送丝装置侧输入焊接信息来控制焊接电源的控制系统及控制方法。随着制造业的迅速发展，在大型工程机械领域，特别在造船、钢结构等行业焊接设备使用量较大，焊接设备一般由焊接电源和送丝装置组成，并且两者之间由控制电缆连接，在进行焊接时，从送丝装置侧输入焊接信息控制送丝速度，同时将焊接信息传送给焊接电源以控制焊接电源的输出。一般送丝装置通过多芯控制电缆连接焊接电源，这种方法在远距离使用时会造成送丝不稳、电压不稳、焊接不稳定，而且控制电缆较多、容易断线或短路。为了避免上述不足，送丝装置可以采用载波调制的方法将电压等信息调制到高频载波后发送给焊接电源。图11是采用这种方式控制的焊接设备的整体结构图。如图11所示，焊接设备包括焊接电源I和送丝装置5，在焊接电源I侧设置有控制装置4，控制装置4连接有供电单元3，控制装置4通过控制主回路单元2来控制焊接电源I的输出12 (焊接电源输出A)和13 (焊接电源输出B)，在送丝装置5侧设置有控制装置11，控制装置11通过控制气阀10来控制进气量，通过控制送丝电机7，来控制送丝驱动机构6给送消耗电极8的速度和给送量。控制装置4与控制装置11之间连接有电源线9，控制装置4与控制装置11之间以在电源线9上加载高频载波的方式进行通信。图12示出了现有技术中采用高频载波方式通信的控制系统的功能框图。如图12所示，控制装置11包括焊接条件信息输入单元51，其用于输入焊接条件信息(例如焊接电流、焊接电压、丝径、材质、气体等);基带信号生成单元52，其用于基于焊接条件信息输入单元51输入的焊接条件信息生成基带信号；高频载波调制单元53，其用于根据基带信号生单元52生成的基带信号调制一路高频载波；载波发送单元54，其用于发送高频载波调制单元53调制出的高频载波；控制装置4包括载波接收单元61，其用于接收控制装置11的载波发送单元54发送的高频载波；载波解调单元62，其用于将载波接收单元61接收到的高频载波解调为低频调制信号；整形滤波单元63，其用于将载波解调单元62解调出的低频调制信号进行整形滤波后输出；控制单元64，其用于基于整形滤波单元63输出的低频调制信号控制焊接电源I的输出。此外，控制装置11还设置有显示单元55和控制单元56，显示单元55用于显示预置的电流和电压、报警等信息，控制单元56用于根据输入的焊接条件信息控制送丝装置。控制装置4还设置有显示单元65、采样单元66以及输出单元67。显示单元65用于显示电流和电压、报警等信息。采样单元66用于采集输出电压、输出电流等信息。输出单元67用于控制主回路单元2的输出(电压或电流)。这种方式减少了控制电缆重量，降低了控制电缆故障率，提高了送丝装置4的移动性。但由于其仅使用了单一的载波，在逆变焊接电源广泛使用的今天，存在以下问题逆变焊机工作时输出端产生的谐波有可能干扰仅有的一路载波频率，导致无法接收，或者在接收侧(焊接电机侧)接收到错误信号，该错误信号控制焊接过程，从而造成焊接电弧不稳定，甚至无法焊接，对生产造成严重影响。本发明旨在针对现有技术中，从送丝装置侧向焊接电源侧发送的信号易被干扰，从而影响焊接质量的问题，提供一种焊接设备的控制系统及控制方法。本发明提供一种焊接设备的控制系统，所述焊接设备包括焊接电源和送丝装置，所述控制系统包括位于送丝装置侧的第一控制装置以及位于焊接电源侧的第二控制装置，所述第一控制装置与所述第二控制装置之间以在电源线上加载高频载波的方式进行通信；所述第一控制装置包括焊接条件信息输入单元，其用于输入焊接条件信息；基带信号生成单元，其用于基于所述焊接条件信息输入单元输入的焊接条件信息生成基带信号；高频载波调制单元，其用于根据所述基带信号生成单元生成的所述基带信号调制不同频率的多路高频载波；载波发送单元，其用于发送所述高频载波调制单元调制出的所述不同频率的多路高频载波；所述第二控制装置包括载波接收单元，其用于接收所述第一控制装置的载波发送单元发送的不同频率的多路高频载波；载波解调单元，其用于将所述载波接收单元接收到的高频载波解调为低频调制信号；整形滤波单元，其用于将所述载波解调单元解调出的低频调制信号进行整形滤波后输出；确定单元，其用于从整形滤波单元输出的低频调制信号中确定用于控制所述焊接电源的输出的信号；控制单元，基于所述确定单元确定的信号控制所述焊接电源的输出。本发明提供一种焊接设备的控制方法，所述焊接设备包括所述焊接设备包括焊接电源和送丝装置，所述焊接电源与所述送丝装置之间以在电源线上加载高频载波的方式进行通信；所述控制方法包括在所述送丝装置侧，焊接条件信息输入步骤输入焊接条件信息；基带信号生成步骤基于在所述焊接条件信息输入步骤中输入的焊接条件信息生成基带信号；高频载波调制步骤根据在所述基带信号生成步骤中生成的基带信号调制出不同频率的多路高频载波；载波发送步骤发送在所述高频载波调制步骤中调制出的所述不同频率的多路高频载波；在所述焊接电源侧，载波接收步骤接收在所述送丝装置侧的载波发送步骤中发送的不同频率的多路高频载波；载波解调步骤将在所述载波接收步骤中接收到高频载波解调为低频调制信号；整形滤波步骤，将在载波解调步骤中解调出的低频调制信号整形滤波后输出；确定步骤，从在整形滤波步骤中输出的低频调制信号中确定用于控制所述焊接电源的输出的信号；控制步骤，基于在所述确定步骤中确定的信号控制所述焊接电源的输出。本发明由于采用不同频率的多路高频载波来传递焊接条件信息，在高频载波受到干扰的情况下，能够分辨信号的正确或错误，并将正确的信号用于控制焊接输出，从而使得长距离焊接时能够提高焊接设备的稳定性、抗干扰能力增强，保证高性能的焊接。即使是现场存在逆变焊机的输出谐波干扰也能保证稳定的焊接。[
]图1是本发明的控制系统的功能框图2是本发明的第一实施例的送丝装置的控制装置的硬件结构示意图3是本发明第一实施例的焊接电源的控制装置的硬件结构示意图4是本发明第一实施例的载波解调子电路及整形滤波子电路的电路原理图5是本发明第一实施例的控制系统的工作流程图6是本发明的第一实施例的控制系统在焊接设备工作时的基带信号生成、调制、发送以及接收、解调的波形图7是本发明的第一实施例的确定步骤的具体流程图8是本发明的第二实施例的控制系统在焊接设备待机状态时的流程图9是本发明的第二实施例的控制系统在焊接设备待机状态时的基带信号生成、调制、发送以及接收、解调的波形图10是本发明的第三实施例的确定步骤的具体流程图11是现有焊接设备的整体结构框图12是现有焊接设备的控制装置的功能框图。下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行说明。
图1是本发明的控制系统的功能框图。本发明的控制系统包括位于送丝装置侧的第一控制装置20以及位于焊接电源侧的第二控制装置30，第一控制装置20与第二控制装置30之间以在电源线9上加载高频载波的方式进行通信；第一控制装置20包括焊接条件信息输入单元21，其用于输入焊接条件信息(例如焊接电流、焊接电压、丝径、材质、气体等)；基带信号生成单元22，其用于基于焊接条件信息输入单元21输入的焊接条件信息生成基带信号；高频载波调制单元23，其用于根据基带信号生单元22生成的基带信号调制不同频率的多路高频载波；载波发送单元24，其用于发送高频载波调制单元23调制出的不同频率的多路高频载波；第二控制装置30包括载波接收单元31，其用于接收第一控制装置20的载波发送单元24发送的不同频率的多路高频载波；载波解调单元32，其用于将载波接收单元31接收到的高频载波解调为低频调制信号；整形滤波单元33，其用于将载波解调单元32解调出的低频调制信号进行整形滤波后输出；确定单元34，其用于从整形滤波单元33输出的低频调制信号中确定用于控制所述焊接电源的输出的信号；控制单元35，基于所述确定单元确定的信号控制所述焊接电源的输出(例如焊接电压或焊接电流)。此外，与现有技术相同，第一控制装置20也包括显示单元(未示出)，第二控制装置30也包括显示单元(未示出)、采样单元(未示出)以及输出单元(未示出)，这些单元的功能与现有技术的功能相同，且不是本发明的发明点，因此不再赘述。本发明的控制系统与现有技术的控制系统(图12)的区别在于本发明的高频载波调制单元23、载波发送单元24、载波接收单元31、载波解调单元32、整形滤波单元33均能够针对多路信号进行处理，例如高频载波调制单元23调制不同频率的多路高频载波，而现有技术的控制系统的高频载波调制单元53、载波发送单元54、载波接收单元61、载波解调单元62、整形滤波单元63针对一路信号进行处理。此外，本发明的控制系统的确定单元34还能够从多路低频调制信号中确定用于控制焊接电源的低频调制信号，而现有技术中并无确定单元。下面参照图2至图7描述本发明的第一实施例。首先描述本发明的第一实施例的硬件构成。图2是本发明的第一实施例的送丝装置的控制装置20 (以下称为“第一控制装置”)的硬件结构示意图。如图所示，第一控制装置20包括微控制器201 (对应于基带信号生成单元22以及高频载波 调制单元23)、输入面板202 (对应于焊接信息输入单元21)、载波发送电路203 (对应于载波发送单元24)。微控制器201分别与输入面板202 (对应于焊接条件信息输入单元21)、载波发送电路203 (对应于载波发送单元24)电连接，此外，微控制器201还分别与气阀和电机电连接，通过对气阀和电机的控制，进而控制进气以及送丝。微控制器201可以采用TI的高速单片机。载波发送电路203包括电阻R99、R100、R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107、R108、电容 C67、C68、C69、光耦 PC15、晶体管 Q12、Q13和二极管D23。电阻R103、光耦PC15组成光耦隔离电路实现微控制器与发送电路的隔离。电阻R104、R105、R106、晶体管Q12和二极管D23构成载波放大电路。电阻R99、R100、R101、R102、R107、R108、电容C67、C68、C69、晶体管Q13组成载波放大发送电路。下面结合图2描述送丝装置侧的控制过程。微控制器201接收输入面板202输入的焊接条件信息，然后根据焊接条件信息生成基带信号，并根据基带信号调制不同频率的多路高频载波，接着将调制好的高频载波通过载波发送电路203发送，即，通过光耦PC15为核心的隔离电路隔离后经晶体管Q12放大后，再经晶体管Q13发送到电源线9。关于如何生成基带信号以及如何将基带信号调制为不同频率的多路高频载波的技术，由于其均为现有成熟技术，在此不再详细描述。此外微控制器201如何基于焊接条件信息控制送丝装置的送丝及进气，也为现有技术，并且与本发明的目的无关，在此也不再详细描述。图3是本发明的第一实施例的焊接电源的控制装置30 (第二控制装置)的硬件结构示意图。如图3所示，控制装置30包括:载波耦合电路301 (对应于载波接收单元31)、载波解调电路302 (对应于载波解调单元32)、整形滤波电路303 (对应于整形滤波单元33)以及微控制器304 (对应于确定单元34、控制单元35)。微控制器304可以采用TI的高速单片机。如图3所示，载波耦合电路301主要由耦合线圈L7、电容C90、091、电阻1 119、二极管D32、D33、电容C96构成，其用于高频载波信号的耦合、隔离和衰减。图3所示的载波解调电路302包括两个载波解调子电路。图3所示的整形滤波电路303包括两个整形滤波子电路。需要说明的是，图3所示的载波解调电路302和整形滤波电路303是针对两路高频载波设置的，但是本发明不限于此，可以根据不同频率的高频载波的数量，对应设置。图4示出了第一载波解调子电路(载波解调I)和第一整形滤波子电路(整形滤波I)的电路原理图。如图4所示，第一载波解调子电路由电容C100、C99、C92、C97、C98、C101、电阻R120、R121、电位器VR10、集成解码芯片IC23构成。第一整形滤波子电路由电阻R122、R123、R124、R135、R136、R137、R138、R139、R140、R141、R142、电容 C107、C108、C109、运放IC17A、IC17B、IC17C、光耦 PC7 构成。
第二载波解调子电路与第一载波解调子电路的结构基本相同，不同之处在于集成解码芯片IC23设定的载波解调频率不同，此外，第二整形滤波子电路、与第一整形滤波子电路的结构相同，在此，不再重复描述。下面结合图3描述焊接电源侧的控制过程。载波耦合电路301 (对应于载波接收单元31)接收载波发送电路203发送的不同频率的多路高频载波，接着将接收到的高频载波发送到载波解调电路302进行解调，然后将解调后的低频调制信号发送到整形滤波电路303进行整形滤波，之后发送到微控制器304，微控制器304从整形滤波后的低频调制信号中确定用于焊接电源的输出的信号，并根据该信号控制焊接电源的输出。接下来参照图5描述本发明的第一实施例的工作流程。图5是本发明的控制系统在焊接设备工作状态时的工作流程。如图5所示，在送丝装置侧，在步骤Sll中，通过输入面板202 (焊接条件信息输入单元21)输入焊接条件信息(焊接条件信息输入步骤)。在步骤S12中，将输入的焊接条件信息通过微控制器201 (基带信号生成单元22)生成低频模 拟信号(即基带信号)(基带信号生成步骤)。接着在步骤S13中，通过微控制器201 (高频载波调制单元23)将低频模拟信号与高频载波Π和f2进行调制(Π与f2的频率不同)(高频载波调制步骤)，接着进入步骤S14，将高频载波Π和f2通过载波发送电路203 (载波发送单元24)发送到电源线9上(载波发送步骤)。接着，在焊接电源侧，在步骤S21中，载波耦合电路301 (对应于载波接收单元31)通过电源线接收高频载波fl和f2 (载波接收步骤)。接着，在步骤S22中，通过载波解调电路302 (对应于载波解调单元32)将高频载波解调为低频调制信号(模拟信号)BI和B2 (载波调制步骤)。在步骤S23中，将BI和B2通过整形滤波电路303(对应于整形滤波单元33)进行整形滤波，并将其输出到微控制器304 (对应于确定单元34)(整形滤波步骤)。在步骤S24中，微控制器304 (对应于确定单元34)从整形滤波输出的低频调制信号确定用于控制焊接电源输出的信号(确定步骤)。接着，在步骤S25中，微控制器304(对应于控制单元35)基于在步骤S24中确定出的信号控制焊接电源的输出(控制步骤)。为了便于理解，图6示出了与图5中各个步骤相对应的各个波形。如图6所示，基带信号为模拟信号。下面参照图7对图5中的步骤S25的确定的流程进行描述。如图7所示，首先，在步骤SlOO中，将低频调制信号BI和B2进行比较。在步骤SlOl中，基于SlOO中比较的结果，确定BI和B2是否一致。如果BI和B2 —致(步骤SlOl中的“是”)，则进入步骤S102。在步骤S102中，将BI或B2确定为用于控制焊接电源输出的信号。如果BI和B2不一致(步骤SlOl中的“否”)，则进入步骤S103。在步骤S103中，对BI和B2分别进行分析，以确定用于控制焊接电源输出的信号。对于步骤S24的确定步骤，可以采用如下方法。首先通过分析比较fl和f2，得到稳定的信号值V。默认第一个周期是正确的，即V - 4或Γ = K，其中M表示载波f2，N表示载波f 1，I表示第I个周期。从第二个周期开始进行判断，这样即使第一周期是错误的，也能马上得到纠正。下面描述整个判断纠正的过程。设稳定的信号值为V 表示载波f2在第k (k> 2)个周期的信号值，Λ Vm为载波f2第k个周期与稳定值T之间的差值，即
权利要求
1.一种焊接设备的控制系统，所述焊接设备包括:焊接电源(I)和送丝装置(5)，所述控制系统包括:位于送丝装置侧的第一控制装置(20)以及位于焊接电源侧的第二控制装置(30 )，所述第一控制装置(20 )与所述第二控制装置(30 )之间以在电源线(9 )上加载高频载波的方式进行通信；所述第一控制装置(20)包括:焊接条件信息输入单元(21)，其用于输入焊接条件信息；基带信号生成单元(22)，其用于基于所述焊接条件信息输入单元(21)输入的焊接条件信息生成基带信号；高频载波调制单元(23)，其用于根据所述基带信号生成单元(22)生成的所述基带信号调制不同频率的多路高频载波；载波发送单元(24)，其用于发送所述高频载波调制单元(23)调制出的所述不同频率的多路闻频载波；所述第二控制装置(30)包括:载波接收单元(31)，其用于接收所述第一控制装置(20)的载波发送单元(24)发送的不同频率的多路高频载波；载波解调单元(32)，其用于将所述载波接收单元(31)接收到的高频载波解调为低频调制信号；整形滤波单元(33)，其用于将 所述载波解调单元(32)解调出的低频调制信号进行整形滤波后输出；确定单元(34)，其用于从整形滤波单元(33)输出的低频调制信号中确定用于控制所述焊接电源的输出的信号；控制单元(35)，基于所述确定单元(34)确定的信号控制所述焊接电源的输出。
2.如权利要求1所述的焊接设备的控制系统，其中，当所述焊接设备处于待机状态时，所述基带信号为数字信号，当所述焊接设备处于焊接状态时，所述基带信号为模拟信号。
3.如权利要求1或2所述的焊接设备的控制系统，其中，在所述载波接收单元(31)仅接收到一路高频载波的情况下，所述确定单元(34)将从所述整形滤波单元(33)输出的低频调制信号确定为用于控制所述焊接电源的输出的信号;在所述载波接收单元(31)接收到不同频率的多路高频载波的情况下，所述确定单元将所述整形滤波单元(33)输出的多路低频调制信号进行比较，如果所述多路低频调制信号完全一致，则所述确定单元(34)将所述低频调制信号确定为用于控制所述焊接电源的输出的信号；如果所述多路低频调制信号部分一致，则所述确定单元(34)将所述多路低频调制信号中完全一致的低频调制信号确定为用于控制所述焊接电源的输出的信号；如果所述多路低频调制信号完全不一致，则所述确定单元(34)针对所述多路低频调制信号中的各个进行判断，以确定用于控制所述焊接电源的输出的信号。
4.如权利要求1或2所述的焊接设备的控制系统，其中，在所述载波接收单元(31)仅接收到一路高频载波的情况下，所述确定单元(34)将从所述整形滤波单元(33)输出的低频调制信号确定为用于控制所述焊接电源的输出的信号;在所述载波接收单元(31)接收到不同频率的多路高频载波的情况下，所述确定单元(34)针对所述整形滤波单元(33)输出的多路低频调制信号中的各个进行判断，以确定用于控制所述焊接电源的输出的信号。
5.如权利要求3所述的焊接设备的控制系统，其中，所述载波发送单元(24)将基于同一基带信号调制的多路高频载波中的每一路高频载波连续发送多次，所述确定单元(34)针对每次整形滤波单元(33)输出的低频调制信号确定用于控制所述焊接电源的输出的信号，所述控制单元(35 )基于所述确定单元多次确定的最终结果，控制所述焊接电源的输出。
6.如权利要求4所述的焊接设备的控制系统，其中，所述载波发送单元(24)将基于同一基带信号调制的多路高频载波中的每一路高频载波连续发送多次，所述确定单元(34)针对每次整形滤波单元(33)输出的低频调制信号确定用于控制所述焊接电源的输出的信号，所述控制单元(35)基于所述确定单元(34)多次确定的最终结果，控制所述焊接电源的输出。
7.一种焊接设备的控制方法，所述焊接设备包括:焊接电源(I)和送丝装置(5)，所述焊接电源(I)与所述送丝装置(5 )之间以在电源线(9 )上加载高频载波的方式进行通信；所述控制方法包括:在所述送丝装置侧，焊接条件信息输入步骤:输入焊接条件信息；基带信号生成步骤:基于在所述焊接条件信息输入步骤中输入的焊接条件信息生成基带信号；高频载波调制步骤:根据在所述基带信号生成步骤中生成的基带信号调制出不同频率的多路闻频载波；载波发送步骤:发送在所述高频载波调制步骤中调制出的所述不同频率的多路高频载波；在所述焊接电源侧，载波接收步骤:接收在所述送丝装置侧的载波发送步骤中发送的不同频率的多路高频载波；载波解调步骤:将在所述载波接收步骤中接收到高频载波解调为低频调制信号；整形滤波步骤，将在载波解调步骤中解调出的低频调制信号整形滤波后输出；确定步骤，从在整形滤波步骤中输出的低频调制信号中确定用于控制所述焊接电源的输出的信号；控制步骤，基于在所述确定步骤中确定的信号控制所述焊接电源的输出。
8.如权利要求7所述的焊接设备的控制方法，其中，当所述焊接设备处于待机状态时，所述基带信号为数字信号，当所述焊接设备处于焊接状态时，所述基带信号为模拟信号。
9.如权利要求7或8所述的焊接设备的控制方法，其中，在所述载波接收步骤中仅接收到一路高频载波的情况下，将在整形滤波步骤中输出的低频调制信号，确定为用于控制所述焊接电源的输出的信号；在所述载波接收步骤中接收到不同频率的多路高频载波的情况下，在所述确定步骤中，将在所述整形滤波步骤中输出的多路低频调制信号进行比较，如果所述多路低频调制信号完全一致，则将所述低频调制信号确定为用于控制所述焊接电源的输出的信号；如果所述多路低频调制信号部分一致，则将对所述多路低频调制信号中完全一致的低频调制信号确定为用于控制所述焊接电源的输出的信号；如果所述多路低频调制信号完全不一致，则在所述确定步骤中，针对所述多路低频调制信号中的各个进行判断，以确定用于控制所述焊接电源的输出的信号。
10.如权利要求7或8所述的焊接设备的控制方法，其中，在所述载波接收步骤中，仅接收到一路高频载波的情况下，在所述确定步骤中，将在所述整形滤波步骤中输出的低频调制信号确定为用于控制所述焊接电源的输出的信号； 在所述载波接收步骤中，接收到不同频率的多路高频载波的情况下，在所述确定步骤中，针对在所述整形所述多路低频调制信号中的各个进行判断，以确定用于控制所述焊接电源的输出的信号。
11.如权利要求9所述的焊接设备的控制方法，其中，将基于同一基带信号调制的多路高频载波中的每一路高频载波连续发送多次，针对每次在整形滤波步骤中输出的低频调制信号确定用于控制所述焊接电源的输出的信号，基于多次确定的最终结果，控制所述焊接电源的输出。
12.如权利要求10所述的焊接设备的控制方法，其中，将基于同一基带信号调制的多路高频载波中的每一路高频载波连续发送多次，针对每次在整形滤波步骤中输出的低频调制信号确定用于控制所述焊接电源的输出的信号，基于多次确定的最终结果，控制所述焊接电源的输出。
全文摘要
本发明提供一种焊接设备的控制系统及控制方法。焊接设备包括焊接电源和送丝装置，焊接电源与送丝装置之间以在电源线上加载高频载波的方式进行通信；该控制方法包括在送丝装置侧，输入焊接条件信息；基于焊接条件信息生成基带信号；根据生成的基带信号调制不同频率的多路高频载波；发送在所述不同频率的多路高频载波；在焊接电源侧，接收从送丝装置侧发送的不同频率的多路高频载波；将接收到的高频载波解调为低频调制信号；将解调出的低频调制信号进行整形滤波后输出；确定用于控制焊接电源输出的信号，基于确定的信号控制焊接电源的输出。本发明能够抗干扰，保证稳定的焊接。
文档编号B23K9/095GK103071895SQ20131000949
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月10日 优先权日2013年1月10日
发明者李再兴, 安小东, 翟玉喜, 王帅, 袁钊 申请人:唐山松下产业机器有限公司