单个弧焊电源远程控制策略研究＊

高英侠，孙泽涛



单个弧焊电源远程控制策略研究＊

高英侠，孙泽涛

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

在焊接生产自动化及弧焊电源规模化使用过程中，弧焊电源维修及保养越来越困难，使用焊接电源远程网络监控能够使此问题得到解决。单个弧焊设备性能良好、工作稳定，良好弧焊电源控制技术为焊接设备高性能的主要体现。基于此，对单个弧焊电源远程控制策略进行了研究，实现了单个弧焊电源远程控制系统的设计。通过实验验证，此系统能够远程设置弧焊电源焊接参数，还能够对弧焊电源工作状态进行远程检测。

弧焊电源；远程控制；控制策略；数字化

现有的电焊机相互独立，无论是在稳定性、安全性、可管理性、可集中管理和可集中控制性上都无法得到保证。焊接设备数字化、设备通讯技术优化与集成控制设备的网络化是实现焊接生产自动化、信息化与智能化的基础。数字化焊机顺应了时代的需求，已经成为了焊机发展的主流方向。相比于传统模拟焊机，数字化焊机具有焊接精度高、功能强大及管理功能充实等优势。通过对数字化焊接设备的高效管理，一方面可以提高焊接设备的使用效率，另一方面可以对焊接信息进行管理[1]。

1 系统的基本结构

弧焊电源控制电路都是通过电子控制系统实现焊接电弧的闭环动态控制，电子控制系统主要包括驱动电路、控制电路及反馈电路。逆变电源类型不同，使用的调节体制也各有不同，从而使相应技术需求得到满足。比如，使弧焊工艺需求得到满足，也就是调节输出电气特性，利用电压电流反馈得到不同外特性，通过多种电抗器实现其动特性的控制及改善，都能够利用脉冲频率及宽度的控制实现。

弧焊电源能量转换的方式为：AC-DS-AC-DC-AC，此种方式的逆变一共有两次，最终实现方波交流电的输出。图1为电路的基本结构。

其中三相50 Hz工频交流电通过滤波、整流转变成为稳定的直流电。通过逆变电路转变成为交流电，通过中频变压器实现降压，并通过逆变器实现方波交流电的转变，利用滤波、整流实现直流电的转变[2]。

2 远程控制的硬件设置

以嵌入式Internet弧焊电源远程监控中所包括的微电子、现代信号处理、电力电子及网络通信等方面的领域前沿技术为基础，通过全面分析实现技术方案，比如结合网络接口、微处理器、远程监控终端软件、精简TCP/IP协议。其中，硬件系统指的是基于DSP控制波控短路过度弧焊，满足远程监控的实际需求，在其中设置网络接口及存储模块。控制核心为ARM S3C4型微处理器[3]。实现2 MB线性设计，并连接处理器。系统在运行过程中的RAM空间使用8 MB HY57V和处理器相互连接。在控制过程中，使用典型以太网接口控制器芯片设计硬件电路，图2为接口的示意图。为满足实际的需求，根据数据收发功能实现控制的简化。因为在控制器芯片中实现10BASE收发器的设置，所以，利用RJ-45接口实现变压器与以太网的相互连接。因为弧焊电源的IGBT所要承受的电压较低，输出的功率比较大，所以，逆变主电路的结构为全桥式。矩形波通过变压器实现降压，实现二极管全波整流、稳定直流电的输出，之后利用逆变器，使直流电向方波交流电的转变，从而在电弧中使用[4]。

图1 电路的基本结构

图2 接口的示意图

3 弧焊电源直流电的控制

对于网侧电流及负载电流在弧焊电源三相电流PWM整流器被控的变量，直流端控制能够对整流器负载输出端提供稳定性负载电流，因此，要求负载电流具有良好的抗干扰性能。整流器交流侧电流正弦控制中，应使功率因数及电源使用率得到提高。两侧电流与网侧电压相位相同，控制网侧电流重点为电流跟随性能控制。在设计弧焊电源直接电流控制器的过程中，要求整流器电网基波频率比控制系统PWM开关频率低，并且不对整流器交流端电流谐波成分进行考虑，只考虑控制部分传递函数基波分量。在电网电动势平衡设置的过程中，不对电网电动势畸变对于系统动态性能的影响进行考虑，所以，简化了闭环传递函数结构。

大部分的整流器都是通过双闭环控制，使整流器交流侧、单位功率因数及直接输出端负载电流稳定性更加接近，降低直流脉动。其在外环方面属于直流电流环，要使此种直流脉动降低，使负载电流恒定，在负载抖动变化的过程中，实现快速稳定运行，以此使焊接电弧飞溅降低，实现电弧稳定。在外环控制过程中，对比负载电流和期望给定值，使差值信号通过外环PI调节器实现调节，网侧电流峰值的指令在调节之后承担输出信号，使单位复制标准正弦波和网侧电流峰值指令相乘，得到的乘积就是整流器交流侧电流指令信号，之后将给定指定电流信号和网侧电流信号利用交流控制环运算，实现跟踪网侧电流目的，从而实现网侧电流跟踪网侧电压相位[5]。

4 输入和显示电路设计

数字化显示面板输入通过旋转编码器与按键相互结合的方式实现，按键属于最长使用的输入方法，旋转编码器调节的过程较为简单方便，能够有效快速调节参数。根据不同的工作原理，编码器主要包括增量式及绝对式。增量式编码使位移变换向着周期性电信号进行转变，之后使电信号向着计数脉冲进行转变，也就是利用脉冲数量表示位移的大小。绝对式编码器利用确定该数值实现相位位置的表示，所以，测量值与编码器的起始、最终的位置具有密切的关系，与中间的过程没有关系。因此，本文利用了增量式编码器，用户能够利用按键实现工艺参数的选择，利用旋转编码器调整参数值。编码器电路原理为：其实现脉冲信号的输出一般表示为AB两相，和编码器电路中的1和3管脚输出相互对应。旋转编码器在实现一周旋转时，AB相就是实现一定数目脉冲信号的输出。在A脉冲比B脉冲周期超前1/4时，旋转编码器属于正向旋转。在B相脉冲超前A相脉冲1/4周期时，旋转编码器就会实现方向旋转，从而对旋转编码器转向进行判断。

面板显示部门使用结合数码管及LED指示灯的方式，LED指示灯主要目的就是实现目前焊机状态和参数调整模式的指示。数码管使用两组一位米字形数码管结合三位七段数码管，将电压值及焊接电流充分展现出来。米字形数码管能够将数字及符号充分展现出来，在实现焊接参数调节时用来显示具体的焊接工艺参数[6]。

5 结束语

智能化弧焊电源在高稳定性、高效率及高质量焊接生产过程中具有重要作用。目前，弧焊电源技术研究和使用具有多种成果。在计算机技术、网络技术及智能控制算法不断发展的过程中，智能化弧焊电源技术中还有多种问题需要进一步研究，尤其是更加精准的收集传感技术、结合神经网络与模糊控制的技术、操作界面拟人化等技术，此方面为未来主要的发展方向。

［1］宋金虎.逆变式交流方波弧焊电源新型控制策略研究［J］.焊接技术，2013，42（05）：55-58.

［2］孙伟城.一体化双弧脉冲MIG没接电源控制策略研究［D］.曲阜：曲阜师范大学，2016.

［3］高顺利，李洪波，宋来弟，等.调压器远程调压控制策略研究［J］.化工自动化及仪表，2014（08）.

［4］杨玉甜.逆变弧焊电源控制系统设计与建模［D］.大连：大连理工大学，2016.

［5］高顺利，李洪波，宋来弟，等.燃气输配系统远程调压控制策略研究［J］.城市燃气，2014（03）：7-11.

［6］唐春玲，肖国强，李敏.船舶远程控制系统的无线通信网络定位及路由策略研究［J］.舰船科学技术，2017（20）：114-116.

高英侠（1989—），女，甘肃永昌人，本科，东北大学讲师，主要研究方向为自动化。孙泽涛（1985—），男，甘肃永昌人，本科，吉林大学讲师，主要研究方向为测控技术与仪器。

金昌市2018年科学技术项目“弧焊电源生产过程智能化控制技术研究”（编号：201816）；2018年甘肃省高等学校科研项目“智能化弧焊电源集中控制系统的研究”（编号：2018B-115）

2095－6835（2019）01－0017－02

TG434.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.017

〔编辑：张思楠〕