埋弧焊數(shù)字焊機(jī)現(xiàn)場應(yīng)用及其配套控制改造

陳 亮

（中國石化石油機(jī)械股份有限公司 沙市鋼管分公司， 湖北 荊州434001）

0 前 言

沙市鋼管公司于2019 年引進(jìn)林肯Power Wave 埋弧焊數(shù)字焊機(jī)， 但該焊機(jī)并不能直接使用， 需進(jìn)行相關(guān)測(cè)試應(yīng)用及配套改造： ①根據(jù)林肯公司提供的數(shù)字焊機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊要求， 搭建工業(yè)交換機(jī)局域網(wǎng)， 并且實(shí)施測(cè)試， 保證5 臺(tái)焊機(jī)連通， 數(shù)字焊機(jī)局域網(wǎng)搭建不能影響生產(chǎn)線其它工位通訊， 又要預(yù)留MES 系統(tǒng)接入口； ②對(duì)弧壓反饋檢測(cè)回路進(jìn)行改造； ③進(jìn)行單絲直流并聯(lián)軟、 硬件技術(shù)應(yīng)用測(cè)試； ④進(jìn)行多絲串聯(lián)軟硬件技術(shù)應(yīng)用測(cè)試； ⑤進(jìn)行焊機(jī)自帶控制系統(tǒng)與現(xiàn)場PLC 外設(shè)控制系統(tǒng)的集成改造。 本研究通過現(xiàn)場相關(guān)配套控制改造， 使用林肯Power Wave 埋弧焊數(shù)字焊機(jī)替代了模擬焊機(jī)， 為行業(yè)埋弧焊數(shù)字焊機(jī)的應(yīng)用提供一定的參考。

1 數(shù)字焊機(jī)通訊局域網(wǎng)組建

數(shù)字焊機(jī)應(yīng)用于直縫埋弧焊管生產(chǎn)線外焊3#崗位， 使用四絲焊， 共5 臺(tái)焊機(jī)。 組建的局域網(wǎng)要滿足如下要求： ①每臺(tái)焊機(jī)通過自身的Ethernet 網(wǎng)口與工藝參數(shù)配方工控機(jī)進(jìn)行通訊連接；②各焊機(jī)之間網(wǎng)段必須為同一網(wǎng)段， 且與生產(chǎn)線MES 設(shè)備的網(wǎng)段一致； ③焊機(jī)IP 地址不得與生產(chǎn)線其他設(shè)備IP 地址沖突； ④數(shù)據(jù)服務(wù)器可以通過ping 命令尋址到現(xiàn)場5 臺(tái)焊機(jī)。

為滿足以上要求， 經(jīng)多輪試驗(yàn)， 選定圖1 所示星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)數(shù)字焊機(jī)進(jìn)行局域網(wǎng)組建， 焊機(jī)的網(wǎng)段與MES 設(shè)備網(wǎng)段相同， 即192.168.0.****，IP 地址分別框定為192.168.0.94、 192.168.0.95、192.168.0.96、 192.168.0.97、 192.168.0.98。

圖1 數(shù)字焊機(jī)通訊局域網(wǎng)組建示意圖

2 弧壓反饋檢測(cè)回路改造

由于原林肯模擬焊機(jī)的弧壓檢測(cè)回路不適用于數(shù)字焊機(jī)， 因此需要進(jìn)行改造。 數(shù)字焊機(jī)的弧壓反饋要求為： ①弧壓反饋信號(hào)來源盡可能靠近焊點(diǎn)， 確保弧壓反饋的準(zhǔn)確性； ②弧壓反饋信號(hào)線連接送絲電機(jī)內(nèi)的電路板。 結(jié)合現(xiàn)場施工的可行性， 最終確定在焊槍槍頭銅套處取信號(hào)， 考慮后期維護(hù)因素， 通過航空插件接入送絲機(jī)電路板， 弧壓反饋檢測(cè)回路改造如圖2 所示。

圖2 弧壓反饋檢測(cè)回路改造示意圖

3 單絲直流并聯(lián)技術(shù)應(yīng)用

3.1 焊機(jī)連接方式及撥碼設(shè)置

單絲直流焊接中， 當(dāng)電流＞1 000 A 時(shí)， 需投入2 臺(tái)AC/DC1000 數(shù)字焊機(jī)并聯(lián)使用， 其中1 臺(tái)通過撥碼設(shè)置為主站， 另1 臺(tái)設(shè)置為從站。單絲并聯(lián)時(shí)， 需要執(zhí)行以下電氣連接： ①2 臺(tái)焊機(jī)并聯(lián)連接； ②焊機(jī)配套maxsa10 控制箱， 只與主站焊機(jī)相連。 整體電氣連接方式如圖3 所示，圖3 中的主站焊機(jī)與從站焊機(jī)信號(hào)線并聯(lián)連接方式如圖4 所示。 在硬件上需要對(duì)焊機(jī)上的control board 和DIFF I/O board 兩個(gè)電子集成板進(jìn)行撥碼設(shè)置， 如圖5 所示。

圖3 單絲直流焊整體電氣連接方式示意圖

圖4 直流單絲主站焊機(jī)與從站焊機(jī)并聯(lián)接口

圖5 焊機(jī)撥碼設(shè)置示意圖

3.2 焊機(jī)IP 地址的設(shè)置

圖6 離線狀態(tài)數(shù)字焊機(jī)IP 地址設(shè)置界面

圖7 在線狀態(tài)焊機(jī)IP 地址設(shè)置界面

直流并聯(lián)的2 個(gè)焊機(jī)， 在工藝參數(shù)軟件中只被識(shí)別為2 個(gè)網(wǎng)絡(luò)IP 設(shè)備， 需要進(jìn)行硬件撥碼設(shè)置， 在Powerwave-manager 軟件中進(jìn)行主站焊機(jī)和從站焊機(jī)的IP 設(shè)置。 離線狀態(tài)和在線狀態(tài)數(shù)字焊機(jī)IP 地址設(shè)置界面如圖6 和圖7 所示。設(shè)置方法為： ①將焊機(jī)與電腦直連， 打開Powerwave-manager 軟件， 不點(diǎn)擊 “連接”， 離線情況下按照?qǐng)D6 所示進(jìn)行設(shè)置； ②點(diǎn)擊圖6中的 “連接”， 連接上焊機(jī)后， 在 “網(wǎng)絡(luò)設(shè)置”下拉菜單的 “Ethernet” 中進(jìn)行圖7 所示設(shè)置。另外， 每次重設(shè)焊機(jī)IP 后， 需要斷電重啟，焊機(jī)里面的芯片才會(huì)記憶新的IP 地址。

4 多絲交流串聯(lián)技術(shù)應(yīng)用

4.1 焊機(jī)連接方式及撥碼設(shè)置

AC/DC1000 數(shù)字交流焊機(jī)每臺(tái)需要獨(dú)立3 相380 V 交流電源， 有別于舊式多臺(tái)模擬交流焊機(jī)的2 相380 V 交流電源。 雙絲交流焊機(jī)需要與單絲主站直流焊機(jī)之間連接一條重載串聯(lián)線， 雙絲、 三絲、 四絲交流焊機(jī)之間依次需要串聯(lián)一條重載串聯(lián)線。 四絲數(shù)字焊機(jī)電源、 控制箱、 弧壓反饋電氣連接如圖8 所示。 圖9 為四絲交流焊機(jī)串聯(lián)口接線示意圖。 圖8 中交流焊機(jī)串聯(lián)線按圖9 所示進(jìn)行連接。 多絲焊交流數(shù)字焊機(jī)control board 和DIFF I/O board 電子集成板上撥碼設(shè)置只有一種， 如圖10 所示。

圖8 四絲交流焊整體電氣連接示意圖

圖9 四絲交流焊機(jī)串聯(lián)口接線示意圖

圖10 多絲交流數(shù)字焊機(jī)撥碼設(shè)置示意圖

4.2 交流焊機(jī)相位角的調(diào)整

林肯模擬交流焊機(jī)是2 相380 V 交流供電，通過進(jìn)線電源A、 B、 C 三相交叉連接幾個(gè)焊機(jī)，更改硬件接線來實(shí)現(xiàn)相位角調(diào)整， 且只能實(shí)現(xiàn)幾個(gè)特征值（120°） 相位角的調(diào)整。 由于模擬交流焊機(jī)電源進(jìn)線較為粗大， 調(diào)整不便， 工作量較大。 林肯數(shù)字交流焊機(jī)的相位角調(diào)整相對(duì)簡單， 通過軟件設(shè)置完成， 理論上可在0°～360°內(nèi)設(shè)置。 數(shù)字焊接相位角調(diào)整如圖11 所示。

圖11 數(shù)字交流焊接相位角調(diào)整示例

5 數(shù)字焊機(jī)自帶控制系統(tǒng)與PLC 外設(shè)控制集成改造

由于數(shù)字焊機(jī)配套的maxsa10 控制箱安裝在外焊3#崗位的焊接平臺(tái)上方， 離操作室較遠(yuǎn)， 且原操作臺(tái)的啟弧、 停弧、 下絲及上絲信號(hào)無法在maxsa10 控制箱上實(shí)現(xiàn)操作， 故需要將這4 個(gè)信號(hào)經(jīng)PLC 轉(zhuǎn)接至maxsa10 控制箱。 當(dāng)焊接小車、 焊劑供給系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)， 需要經(jīng)PLC 將此信號(hào)傳遞至焊機(jī)自帶控制系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)焊機(jī)的停車停弧， 從而避免焊縫燒穿和鳴弧。 單絲焊maxsa10 控制箱與PLC 硬件集成改造如圖12 所示。

圖12 單絲數(shù)字焊機(jī)maxsa10 控制箱與PLC 硬件集成改造示意圖

6 結(jié)束語

沙市鋼管公司在直縫焊管生產(chǎn)線外焊3#崗位使用林肯Power Wave 埋弧焊數(shù)字焊機(jī)替代模擬焊機(jī)， 并進(jìn)行了現(xiàn)場配套控制改造， 現(xiàn)場焊接運(yùn)行穩(wěn)定， 取得了很好的效果。 數(shù)字焊機(jī)組網(wǎng)技術(shù)、 弧壓反饋檢測(cè)環(huán)境搭建、 數(shù)字焊機(jī)與PLC 集成控制及林肯數(shù)字焊機(jī)直流并聯(lián)、 交流串聯(lián)等相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)， 可為數(shù)字埋弧焊機(jī)的應(yīng)用提供一定的參考。