一种中频电源节能控制滚焊设备及其焊接方法与流程

本发明主要涉及建筑施工机械技术领域，特别涉及一种节能焊接控制装置及其焊接方法。

背景技术：

在预制构件行业，钢筋笼滚焊工艺是重要的装配工艺之一，主筋和辅筋之间的连接大都采用普通工频交流焊机。从焊接类型来说，存在节能改造空间，根据普通工频焊接中测量到的正弦波电流特性，能够直观的看到，每个正弦波的波形周期有2次过零，此期间得到的电流不足以焊接，只能消耗为热能，损失严重(周期20ms)，故在焊接过程中存在大量能量的浪费。

传统焊接工艺存在以下缺点：工频交流焊接电源采用的两相电输入，焊接时对电网冲击大，影响其他用电设备稳定运行；变压器的尺寸大，输入功率高；电流有过零损耗，有效的焊接电流不集中；焊接的热效率低，变压器铁损耗高，电感损失大；电极材料使用寿命短，消耗量大，功率因素在0.7以下。传统滚焊机采用工频焊接时，采用可控硅一直导通的方式焊接，中间存在大量的消耗电流并不产生焊接效果，且交流焊接存在对主筋强度损伤大、焊接火花飞溅大等缺点。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题为：解决滚焊机在焊接钢筋笼时焊接设备如何节能的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

现发明一种中频电源节能滚焊设备，包括支架1、固定轴5、旋转轴6、穿筋盘2和环形的正电极7；所述穿筋盘2和固定轴5固定于支架1上；所述正电极7相对于穿筋盘2和固定轴5固定；所述固定轴5、旋转轴6、穿筋盘2、正电极7由外至内同心安装；所述旋转轴6上固定设有负电极8，所述穿筋盘2上设有钢筋笼，所述钢筋笼包括待焊接的主筋11和辅筋12，沿所述主筋11与辅筋12的交界处设有放电区间13；仅当负电极8旋转至放电区间13时所述正电极7与负电极8之间放电，在放电区间13以外的区间，正电极7与负电极8停止放电。

进一步地，所述放电区间13沿钢筋笼的圆周等距离均匀布置。

进一步地，还包括传动电机3，所述旋转轴6在传动电机3的驱动下旋转。

进一步地，还包括旋转编码器10，所述旋转编码器10安装在所述传动电机3的输出轴一端，用于采集所述负电极8在旋转轴6上所在位置的脉冲值，并进行信号反馈。

进一步地，还包括运算控制系统，所述旋转编码器10与运算控制系统相互通信，所述运算控制系统用于根据所述旋转编码器10反馈的数据计算放电区间。

进一步地，还包括中频直流电源控制系统，所述正电极7与负电极8之间的放电由中频直流电源控制系统根据运算控制系统计算的放电区间，释放直流电压用于正电极7和负电极8焊接。

进一步地，还包括原点复位传感器9，所述原点复位传感器9固定在固定轴5上，用于采集负电极8是否旋转360度的数据并反馈给运算控制系统。

本发明还提供一种中频电源节能滚焊方法，在钢筋笼的主筋11和辅筋12的交界处设置若干个放电区间13，仅当负电极8旋转至放电区间13时所述正电极7与负电极8之间放电，在放电区间13以外的区间，正电极7与负电极8停止放电。

进一步地，所述放电区间的计算方法为：

假设中频滚焊设备的脉冲值为w，主筋数量为x，则需焊接的脉冲间距为y＝w/x；假设需要焊接的脉冲范围为z，则放电区间为y-z/2～y+z/2-1。

进一步地，旋转编码器10采集所述负电极8在旋转轴6上所在位置的脉冲值，原点复位传感器9采集负电极8是否旋转360度的数据，当负电极8旋转角度大于等于360度时，旋转编码器10记录的脉冲值清零。

本发明的有益效果是：

(1)采用中频直流滚焊机代替工频普通工频交流焊机，直流电、无跳变、无过零损耗，电流稳定(周期1ms)、有效焊接电流集中，焊接相同产品，电流只需工频交流电的3/4不到；热效率高，变压器无铁损，无回路电感损失。焊接效率是工频交流的3倍；相同产品的焊接，焊接时间只需要工频交流的1/4，电极磨损小，使用寿命长；功率因素在0.95以上；焊接完成后，表面温度低，员工下料时不会烫伤。

(2)本发明可根据实际生产的钢筋笼型号，通过采集传感器信号，在运算控制系统中计算出焊接的间隔放电区间，并实现自动放电焊接功能。因实现间隔放电，放电时间减少，从而实现节约能耗。

附图说明

图1为本发明机电系统的原理示意图；

图2为本发明的间隔焊接的放电区间示意图；

图3为本发明的机电系统的结构示意图；

图4为本发明的控制原理图；

图5为本发明的工作流程图；

其中：1、支架；2、穿筋盘；3、双出轴传动电机；4、传动链条；5、固定轴；6、旋转轴；7、正电极；8、负电极；9、原点复位传感器；10、旋转编码器；11、主筋；12、辅筋；13、放电区间。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的优选的机构和运动实现的方法做进一步的说明。

一种中频电源节能控制滚焊设备，包括运算控制系统、中频直流电源控制系统和机电系统。

本实施例的运算控制系统仅以plc控制系统为例进行说明，但该运算控制系统也可以是单片机或者其他具有类似功能的设备。

plc控制系统带有高速数据采集功能，在软件程序中设置钢筋笼规格对应的区间分配，通过实时采集旋转编码器10收集到的脉冲数据，通过计算，判断当前负电极8所在位置，通过plc控制系统触发中频焊接控制器控制中频焊接变压器工作，从而对钢筋笼的主筋11和辅筋12的交界处进行放电焊接。

plc控制系统计算放电区间的方法为：

假设中频滚焊设备的脉冲值为w(每台机器为固定的值)，主筋数量为x，则需焊接的脉冲间距为y＝w/x；假设需要焊接的脉冲范围为z(z为偶数)，则放电区间为y-z/2～y+z/2-1。

例如，假设一台中频滚焊机的脉冲为w＝6850个脉冲，笼筋一圈是6850个脉冲，输入的主筋数x＝i0，则焊接的脉冲间距y＝6850/10＝685；

那么每个焊接点的脉冲位置就为：

a点：0*685＝0；

b点：1*685＝685；

c点：2*685＝1370；

d点：3*685＝2055；

e点：4*685＝2740；

f点：5*685＝3425；

g点：6*685＝4110；

h点：7*685＝4795；

i点：8*685＝5480；

j点：9*685＝6165；

k点：10*685＝6850；

m点：11*658＝7535；

……

以此类推，因为旋转编码器10记录的脉冲值属于增量式的，为了不让数值变得无限大，因此在360度的圆形上增加一个原点复位传感器9，会使每次转到360度时，原点复位传感器9将旋转编码器10记录的脉冲数值清零，不累加，从而使旋转编码器10的数据在0-6849之间循环。

则当我们选择10根筋时，我们需要的焊接中心点就是a点到j点的点位。

假设需要放电的脉冲范围为z＝200，则放电区间的范围为：y-100～y+99：

即：a点的放电区间13是6750～6849和0～99，(需要焊接的范围是200，得到焊接区间为0减100到0加99，即-100到-1转换成实际正值就是6750到6849，从而得到放电区间是6750～6849和0～99)；

b点的放电区间13是585到784(需要焊的范围是200，那么就是685减100到685加99，从而得到放电区间13是585到784)；

以此类推……

c点的放电区间13是1270到1469；

d点的放电区间13是1955到2154；

e点的放电区间13是2640到2839；

f点的放电区间13是3325到3524；

g点的放电区间13是4010到4209；

h点的放电区间13是4695到4894；

i点的放电区间13是5380到5579；

j点的放电区间13是6065到6264。

程序中根据这些计算方式，自动算出焊接的放电区间13。当旋转编码器10旋转时，采集出来的脉冲值在范围内时，plc控制器就触发中频焊接控制器工作，进行放电焊接。

中频直流电源控制系统包括中频直流焊接控制器、中频焊接变压器、以及一台工业冷水机。其中，中频直流焊接控制器是一种含有igbt模块的电路板，对输入的60hz工频三相电调整为中频1000hz的两相电，再输送给焊接变压器；中频焊接变压器是将中频直流焊接控制器转换输出的1000hz的两相电转变成可供焊接的直流电；工业冷水机为中频直流焊接控制器和中频焊接变压器提供冷却作用。

机电系统包括支架1、穿筋盘2、双出轴传动电机3(本发明不限传动电机，实施例仅以双出轴传动电机为例进行说明)、传动链条4、固定轴5、旋转轴6、正电极7、负电极8、原点复位传感器9和旋转编码器10。穿筋盘2、固定轴5固定在支架1上。

正电极7为环形，相对于穿筋盘2和固定轴5固定。固定轴5、旋转轴6、穿筋盘2、正电极7由外至内同心安装。穿筋盘2用于固定钢筋笼的主筋11和辅筋12；旋转轴6安装在固定轴5上，围绕固定轴5的圆心旋转；负电极8安装在旋转轴6上并跟随旋转轴6一起旋转。

旋转编码器10安装在所述双出轴传动电机3的输出轴的一端，旋转编码器10用于采集所述负电极8在旋转轴6上所在位置的脉冲值，并传送至plc控制系统进行放电区间计算；原点复位传感器9安装在固定轴5上，用于采集负电极8是否转了360度的数据，并传送至plc控制系统修正旋转编码器10记录的脉冲数值；双出轴传动电机3通过传动链条4带动旋转轴6转动；正电极7和负电极8之间对主筋11和辅筋12的交界处放电进行焊接。

放电区间13沿钢筋笼的圆周等距离均匀布置。

穿筋盘2上焊接好的钢筋笼向设备后侧移动，使得待焊接的点始终处于正电极和负电极之间。

另外，在程序中增加了报警异常处理功能，当旋转的脉冲数超过w的设定值，如果复位传感器9没有采集到复位信号，旋转编码器10的脉冲值没有清零，那么设备会自动在人机界面上显示报警，并停止运行。

整套设备的工作流程为：

1、在plc控制系统中预设计算放电区间的程序；

2、在plc控制系统的人机交互界面输入主筋数量，由程序计算出放电区间13；

3、双出轴传动电机3启动，通过传动链条4带动旋转轴6转动，旋转轴6带动负电极8旋转，旋转编码器10采集到负电极8的位置并将数据反馈给plc控制器；

4、当plc控制器收到负电极8进入放电区间13的数据时，指令中频焊接变压器释放直流电压，正电极7和负电极8对主筋11和辅筋12进行放电焊接。

5、当plc控制器收到负电极8离开放电区间的数据时，指令中频焊接变压器停止释放直流电压，正电极7和负电极8对主筋11和辅筋12停止焊接；

6、原点复位传感器9采集信号，当负电极8转了一圈360度之后，旋转编码器10的脉冲数据清零；

7、重复步骤4、5、6，直至钢筋笼的主筋11和辅筋12全部焊接完毕；

8、如果原点复位传感器9没有采集到复位信号，旋转编码器10的脉冲数据未清零，人机界面显示报警，设备停止运行。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。