單個弧焊電源遠程控制策略研究＊

高英俠，孫澤濤

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單個弧焊電源遠程控制策略研究＊

高英俠，孫澤濤

（甘肅有色冶金職業技術學院，甘肅 金昌 737100）

在焊接生產自動化及弧焊電源規模化使用過程中，弧焊電源維修及保養越來越困難，使用焊接電源遠程網絡監控能夠使此問題得到解決。單個弧焊設備性能良好、工作穩定，良好弧焊電源控制技術為焊接設備高性能的主要體現。基于此，對單個弧焊電源遠程控制策略進行了研究，實現了單個弧焊電源遠程控制系統的設計。通過實驗驗證，此系統能夠遠程設置弧焊電源焊接參數，還能夠對弧焊電源工作狀態進行遠程檢測。

弧焊電源；遠程控制；控制策略；數字化

現有的電焊機相互獨立，無論是在穩定性、安全性、可管理性、可集中管理和可集中控制性上都無法得到保證。焊接設備數字化、設備通訊技術優化與集成控制設備的網絡化是實現焊接生產自動化、信息化與智能化的基礎。數字化焊機順應了時代的需求，已經成為了焊機發展的主流方向。相比于傳統模擬焊機，數字化焊機具有焊接精度高、功能強大及管理功能充實等優勢。通過對數字化焊接設備的高效管理，一方面可以提高焊接設備的使用效率，另一方面可以對焊接信息進行管理[1]。

1 系統的基本結構

弧焊電源控制電路都是通過電子控制系統實現焊接電弧的閉環動態控制，電子控制系統主要包括驅動電路、控制電路及反饋電路。逆變電源類型不同，使用的調節體制也各有不同，從而使相應技術需求得到滿足。比如，使弧焊工藝需求得到滿足，也就是調節輸出電氣特性，利用電壓電流反饋得到不同外特性，通過多種電抗器實現其動特性的控制及改善，都能夠利用脈沖頻率及寬度的控制實現。

弧焊電源能量轉換的方式為：AC-DS-AC-DC-AC，此種方式的逆變一共有兩次，最終實現方波交流電的輸出。圖1為電路的基本結構。

其中三相50 Hz工頻交流電通過濾波、整流轉變成為穩定的直流電。通過逆變電路轉變成為交流電，通過中頻變壓器實現降壓，并通過逆變器實現方波交流電的轉變，利用濾波、整流實現直流電的轉變[2]。

2 遠程控制的硬件設置

以嵌入式Internet弧焊電源遠程監控中所包括的微電子、現代信號處理、電力電子及網絡通信等方面的領域前沿技術為基礎，通過全面分析實現技術方案，比如結合網絡接口、微處理器、遠程監控終端軟件、精簡TCP/IP協議。其中，硬件系統指的是基于DSP控制波控短路過度弧焊，滿足遠程監控的實際需求，在其中設置網絡接口及存儲模塊。控制核心為ARM S3C4型微處理器[3]。實現2 MB線性設計，并連接處理器。系統在運行過程中的RAM空間使用8 MB HY57V和處理器相互連接。在控制過程中，使用典型以太網接口控制器芯片設計硬件電路，圖2為接口的示意圖。為滿足實際的需求，根據數據收發功能實現控制的簡化。因為在控制器芯片中實現10BASE收發器的設置，所以，利用RJ-45接口實現變壓器與以太網的相互連接。因為弧焊電源的IGBT所要承受的電壓較低，輸出的功率比較大，所以，逆變主電路的結構為全橋式。矩形波通過變壓器實現降壓，實現二極管全波整流、穩定直流電的輸出，之后利用逆變器，使直流電向方波交流電的轉變，從而在電弧中使用[4]。

圖1 電路的基本結構

圖2 接口的示意圖

3 弧焊電源直流電的控制

對于網側電流及負載電流在弧焊電源三相電流PWM整流器被控的變量，直流端控制能夠對整流器負載輸出端提供穩定性負載電流，因此，要求負載電流具有良好的抗干擾性能。整流器交流側電流正弦控制中，應使功率因數及電源使用率得到提高。兩側電流與網側電壓相位相同，控制網側電流重點為電流跟隨性能控制。在設計弧焊電源直接電流控制器的過程中，要求整流器電網基波頻率比控制系統PWM開關頻率低，并且不對整流器交流端電流諧波成分進行考慮，只考慮控制部分傳遞函數基波分量。在電網電動勢平衡設置的過程中，不對電網電動勢畸變對于系統動態性能的影響進行考慮，所以，簡化了閉環傳遞函數結構。

大部分的整流器都是通過雙閉環控制，使整流器交流側、單位功率因數及直接輸出端負載電流穩定性更加接近，降低直流脈動。其在外環方面屬于直流電流環，要使此種直流脈動降低，使負載電流恒定，在負載抖動變化的過程中，實現快速穩定運行，以此使焊接電弧飛濺降低，實現電弧穩定。在外環控制過程中，對比負載電流和期望給定值，使差值信號通過外環PI調節器實現調節，網側電流峰值的指令在調節之后承擔輸出信號，使單位復制標準正弦波和網側電流峰值指令相乘，得到的乘積就是整流器交流側電流指令信號，之后將給定指定電流信號和網側電流信號利用交流控制環運算，實現跟蹤網側電流目的，從而實現網側電流跟蹤網側電壓相位[5]。

4 輸入和顯示電路設計

數字化顯示面板輸入通過旋轉編碼器與按鍵相互結合的方式實現，按鍵屬于最長使用的輸入方法，旋轉編碼器調節的過程較為簡單方便，能夠有效快速調節參數。根據不同的工作原理，編碼器主要包括增量式及絕對式。增量式編碼使位移變換向著周期性電信號進行轉變，之后使電信號向著計數脈沖進行轉變，也就是利用脈沖數量表示位移的大小。絕對式編碼器利用確定該數值實現相位位置的表示，所以，測量值與編碼器的起始、最終的位置具有密切的關系，與中間的過程沒有關系。因此，本文利用了增量式編碼器，用戶能夠利用按鍵實現工藝參數的選擇，利用旋轉編碼器調整參數值。編碼器電路原理為：其實現脈沖信號的輸出一般表示為AB兩相，和編碼器電路中的1和3管腳輸出相互對應。旋轉編碼器在實現一周旋轉時，AB相就是實現一定數目脈沖信號的輸出。在A脈沖比B脈沖周期超前1/4時，旋轉編碼器屬于正向旋轉。在B相脈沖超前A相脈沖1/4周期時，旋轉編碼器就會實現方向旋轉，從而對旋轉編碼器轉向進行判斷。

面板顯示部門使用結合數碼管及LED指示燈的方式，LED指示燈主要目的就是實現目前焊機狀態和參數調整模式的指示。數碼管使用兩組一位米字形數碼管結合三位七段數碼管，將電壓值及焊接電流充分展現出來。米字形數碼管能夠將數字及符號充分展現出來，在實現焊接參數調節時用來顯示具體的焊接工藝參數[6]。

5 結束語

智能化弧焊電源在高穩定性、高效率及高質量焊接生產過程中具有重要作用。目前，弧焊電源技術研究和使用具有多種成果。在計算機技術、網絡技術及智能控制算法不斷發展的過程中，智能化弧焊電源技術中還有多種問題需要進一步研究，尤其是更加精準的收集傳感技術、結合神經網絡與模糊控制的技術、操作界面擬人化等技術，此方面為未來主要的發展方向。

［1］宋金虎.逆變式交流方波弧焊電源新型控制策略研究［J］.焊接技術，2013，42（05）：55-58.

［2］孫偉城.一體化雙弧脈沖MIG沒接電源控制策略研究［D］.曲阜：曲阜師范大學，2016.

［3］高順利，李洪波，宋來弟，等.調壓器遠程調壓控制策略研究［J］.化工自動化及儀表，2014（08）.

［4］楊玉甜.逆變弧焊電源控制系統設計與建模［D］.大連：大連理工大學，2016.

［5］高順利，李洪波，宋來弟，等.燃氣輸配系統遠程調壓控制策略研究［J］.城市燃氣，2014（03）：7-11.

［6］唐春玲，肖國強，李敏.船舶遠程控制系統的無線通信網絡定位及路由策略研究［J］.艦船科學技術，2017（20）：114-116.

高英俠（1989—），女，甘肅永昌人，本科，東北大學講師，主要研究方向為自動化。孫澤濤（1985—），男，甘肅永昌人，本科，吉林大學講師，主要研究方向為測控技術與儀器。

金昌市2018年科學技術項目“弧焊電源生產過程智能化控制技術研究”（編號：201816）；2018年甘肅省高等學校科研項目“智能化弧焊電源集中控制系統的研究”（編號：2018B-115）

2095－6835（2019）01－0017－02

TG434.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.017

〔編輯：張思楠〕