高速埋弧焊數字化協同控制系統的研究

唐愛武 唐葆霖

摘 要：在眾多的焊接方法當中，埋弧焊這種焊接的方式還是非常有效的，并且這種焊接方式還有著較為廣泛的焊接用途，尤其適用于中厚板的焊接以及長焊縫的焊接，這種焊接方式是非常受歡迎的焊接方式方法之一，而在焊接技術不斷發展的過程當中，這一焊接方式也是出現了雙絲焊接以及多絲焊接，這樣一來就使得埋弧焊的焊接變得更加的高效，尤其是在近幾年間，隨著科技的快速發展，也是進一步的促進了這一焊接方式的發展，目前已近已經研制出了雙絲高速焊接設備，這一焊接設備的工作原理就在于把兩根焊絲其電弧在同一個融電池上進行燃燒，這樣就能夠有效的增加焊接的總熱量，并且能夠使得熱量的分配更加的合理，確保兩個電弧，能夠為融電池的兩側供給足夠的熱量以及熱熔的金屬，同時，兩個電弧之間還會產生互相熱，這樣還可以減少第二根焊絲耗費的電能。并且利用這種焊接方式，能夠減少焊接的缺陷，為焊接工作的進行提供更好的質量保證。

關鍵詞：雙電弧共熔池;高速埋弧焊;數字化控制;協同控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.003

1 數字化協同控制系統的組成

雙電弧熔電池埋弧焊設備的組成分別是利用兩套埋弧焊接系統協同焊接構成的。在設計的這一焊接系統里面，設定兩臺逆變電源為焊接的主從模式，主從機電弧分別一前一后，但是為了防止主從電弧之間形成干擾，所以主機的逆變電源選擇為直流式的，而從機的逆變電源選擇為交流式的。兩個焊接電弧的焊絲之間，要保持在25-35毫米之間，兩根焊絲之間的導電嘴要形成大概10°左右的夾角，并且前焊絲的導電嘴要是處于垂直的狀態，而后絲則需要稍微的向前傾一些，這樣就能夠確保在進行焊接的過程中，熔寬能夠增大而熔深則能夠減小，在進行焊接之前，還可以進行對于焊接材料提前進行預熱處理，這樣進行焊接的效果會更好。

1.1 協同控制器的組成

在進行利用雙電弧共熔池埋弧焊焊接的時候，因為這一焊接方式焊接系統構成的影響，導致兩個電弧之間會存在著電磁的互相影響，因此就需要選擇一種能夠有效解決這一問題的處理器，下面就介紹了一種能夠有效解決這一問題的處理器，這種處理器有著非常強大的抗干擾性能，這種處理器的型號為三菱FX2N-64MR型，將這一處理器作為整個系統的核心處理器，在選用兩個FX2N-4AD以及兩個FX2N-4DA作為輔助處理器，這兩種輔助處理器的作用就是進行數模以及模數的轉換，主輔處理器的功能如下：（1）主處理器的功能主要就是進行傳輸數字量，指的就是將計算機當中所傳出的數字信號進行有效的傳遞到雙絲或者是多絲埋弧焊的總控制系統當中，從而實現對兩個電弧其電源以及送絲和行走機構的控制，控制工作的停止以及啟動。（2）兩種輔助處理器的功能就是進行數模以及模數的轉換，所謂的數模轉換就是實現兩個電弧其焊接的電流電壓以及化解速度的控制。所謂的模數轉換就是現實對兩個電弧的電流電壓以及小車的行走速度的采樣，在利用計算機進行對采集的數據以及信號進行及時的分析處理。

1.1.1 數據通信

雙電弧埋弧焊焊接設備在進行焊接工作的時候，對于控制系統是有著一定的要求的，要求其控制系統要能夠實現數據的雙向傳輸，本文進行研究所選用的PLC和計算機之間的通行是利用RS422轉換RS232來最終實現的。在工控機Windows操作系統中，采用DELPHI進行通信程序的設計，實現與PLC的串行通信，利用編程工具VisualBasic提供的特定通信控件MSComm，分別對該控件Input屬性和Output屬性編程來實現串行數據的接收與發送的操作。工控機接收數據和向PLC發送數據的程序流程是一樣的，其程序流程如圖2所示。

1.1.2 系統軟件的設計與實現

在雙電弧埋弧焊設備當中，其控制系統選擇協同控制系統，這一系統廣泛的使用與雙電弧埋弧焊自動化焊接設備當中，這一系統的控制是具有一定的復雜性的，在進行這一系統的設計時，主要的設計依據就是控制系統所需要實現的功能。這一系統最終要能夠實現對主從電弧的電源控制以及焊接的電流電壓和送絲的速度以及各項參數的設定，還要能夠進行數據信息的采集以及分析處理，進行對焊接過程的實時監控等各項功能。

依據上述的各項要求，這一系統軟件的設計要求要有這四個方面，分別為主從機的焊前準備、引弧以及在進行焊接的時候進行實時的監控和最后的收弧這幾個方面。在將各個方面所包含的部分分別編成函數，編成的函數以及設計的流程如下：

（1）參數預置函數，這一函數是進行設置焊接系統的相關參數的，用Csyzhs來進行表示，F1、F2、F3為設定的函數返回值，（返回以16進制為準，用H表示），這樣就能夠有效的進行判斷設置的相關參數是否有效。相關的流程如圖3。

（2）起弧控制函數，這一函數是實現對兩根焊絲的起弧時序性的有效控制，本文用Qhkzhs來進行表示，Fq1、Fq2、Fq3為設定的函數返回值，這些返回值的作用就是可以對起弧是不是成功進行判斷的，當Fq1、Fq3的值顯示1的時候，就說明起弧成功了，而要是Fq1、Fq3的值顯示0的時候，那么也就說明是起弧是沒有成功的。前絲起弧后，Fq2用于判斷延時是否為后絲以焊接速度v移動焊絲間距l所需的時間t。函數流程如圖4所示。

（3）焊接過程監測函數，這一函數本文用Hjgcjchs來進行表示，Ix1、Ix2、Ux1、Ux2為設定的函數返回值，這些返回值的作用就是實現對采集的電流電壓信號及時的傳輸到前臺，在有前臺進行顯示出來。在這一函數正常運作的時候，有霍爾傳感器來實現對電流電壓的采集還有顯示，對這兩臺埋弧焊電源的監測函數流程圖如圖5。

（4）焊接停止時，這一函數還有收弧控制函數進行配合，本文中將這一函數表示為Shkzhs，Fs為設定的返回值，這一返回值的作用就在于對收弧是不是成功進行有效的判斷，相關的流程如圖6所示。

2 雙絲高速焊試驗結果

進行焊接試驗所需的條件：選用的埋弧焊逆變式電源為MZ2000+MZE1800這一組合，焊接試驗所選取的材料為厚度達到20毫米的低碳鋼板，雙絲高速埋弧焊的前后絲的直徑分別為5毫米和4.8毫米，選擇的焊絲型號為H08A，選擇的焊劑型號為HJ431，并且利用數字化協同控制系統來進行控制，在利用堆焊的方式來進行了三次焊接試驗，試驗結果如表1、圖8所示。

通過對表1以及圖8的研究分析，我們就能夠得知，利用這一焊接方式進行焊接工作，其焊接的速度都是保持在沒分鐘一米四以上的焊接長度，在利用這一焊接方式進行焊接的時候，整個過程都是非常的穩定的，沒有出現斷弧以及短路的現象，并且焊縫的起收弧效果都是比較令人滿意的，整體而言，焊接的質量都是非常良好的。說明了本文設計的雙電弧埋弧焊數字化協同控制系統，適用于單雙電弧埋弧自動焊接，而且焊接過程系統運行穩定、可靠。

3 結論

通過對PLC以及工控機的有效應用，在很大程度上對于雙電弧高速埋弧焊其核心控制系統的設計提供了極大的幫助，有效的簡化了系統的復雜性，通過對設計出來的系統的應用，能夠有效的實現對這一焊接方式焊接的起收弧以及兩個電弧其時序性的控制。并且進行了相關的焊接試驗，結果表明，所研制出來的控制系統也是能夠實現對各個部分的有效控制，整個的焊接過程不但焊接的速度有所提升，而且焊接非常的穩定，焊接的質量也很好。

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注明：湖南省教育廳科研一般項目（15C1390）