埋弧焊数字焊机现场应用及其配套控制改造

陈 亮

（中国石化石油机械股份有限公司 沙市钢管分公司， 湖北 荆州434001）

0 前 言

沙市钢管公司于2019 年引进林肯Power Wave 埋弧焊数字焊机， 但该焊机并不能直接使用， 需进行相关测试应用及配套改造： ①根据林肯公司提供的数字焊机网络通讯要求， 搭建工业交换机局域网， 并且实施测试， 保证5 台焊机连通， 数字焊机局域网搭建不能影响生产线其它工位通讯， 又要预留MES 系统接入口； ②对弧压反馈检测回路进行改造； ③进行单丝直流并联软、 硬件技术应用测试； ④进行多丝串联软硬件技术应用测试； ⑤进行焊机自带控制系统与现场PLC 外设控制系统的集成改造。 本研究通过现场相关配套控制改造， 使用林肯Power Wave 埋弧焊数字焊机替代了模拟焊机， 为行业埋弧焊数字焊机的应用提供一定的参考。

1 数字焊机通讯局域网组建

数字焊机应用于直缝埋弧焊管生产线外焊3#岗位， 使用四丝焊， 共5 台焊机。 组建的局域网要满足如下要求： ①每台焊机通过自身的Ethernet 网口与工艺参数配方工控机进行通讯连接；②各焊机之间网段必须为同一网段， 且与生产线MES 设备的网段一致； ③焊机IP 地址不得与生产线其他设备IP 地址冲突； ④数据服务器可以通过ping 命令寻址到现场5 台焊机。

为满足以上要求， 经多轮试验， 选定图1 所示星型网络架构对数字焊机进行局域网组建， 焊机的网段与MES 设备网段相同， 即192.168.0.****，IP 地址分别框定为192.168.0.94、 192.168.0.95、192.168.0.96、 192.168.0.97、 192.168.0.98。

图1 数字焊机通讯局域网组建示意图

2 弧压反馈检测回路改造

由于原林肯模拟焊机的弧压检测回路不适用于数字焊机， 因此需要进行改造。 数字焊机的弧压反馈要求为： ①弧压反馈信号来源尽可能靠近焊点， 确保弧压反馈的准确性； ②弧压反馈信号线连接送丝电机内的电路板。 结合现场施工的可行性， 最终确定在焊枪枪头铜套处取信号， 考虑后期维护因素， 通过航空插件接入送丝机电路板， 弧压反馈检测回路改造如图2 所示。

图2 弧压反馈检测回路改造示意图

3 单丝直流并联技术应用

3.1 焊机连接方式及拨码设置

单丝直流焊接中， 当电流＞1 000 A 时， 需投入2 台AC/DC1000 数字焊机并联使用， 其中1 台通过拨码设置为主站， 另1 台设置为从站。单丝并联时， 需要执行以下电气连接： ①2 台焊机并联连接； ②焊机配套maxsa10 控制箱， 只与主站焊机相连。 整体电气连接方式如图3 所示，图3 中的主站焊机与从站焊机信号线并联连接方式如图4 所示。 在硬件上需要对焊机上的control board 和DIFF I/O board 两个电子集成板进行拨码设置， 如图5 所示。

图3 单丝直流焊整体电气连接方式示意图

图4 直流单丝主站焊机与从站焊机并联接口

图5 焊机拨码设置示意图

3.2 焊机IP 地址的设置

图6 离线状态数字焊机IP 地址设置界面

图7 在线状态焊机IP 地址设置界面

直流并联的2 个焊机， 在工艺参数软件中只被识别为2 个网络IP 设备， 需要进行硬件拨码设置， 在Powerwave-manager 软件中进行主站焊机和从站焊机的IP 设置。 离线状态和在线状态数字焊机IP 地址设置界面如图6 和图7 所示。设置方法为： ①将焊机与电脑直连， 打开Powerwave-manager 软件， 不点击 “连接”， 离线情况下按照图6 所示进行设置； ②点击图6中的 “连接”， 连接上焊机后， 在 “网络设置”下拉菜单的 “Ethernet” 中进行图7 所示设置。另外， 每次重设焊机IP 后， 需要断电重启，焊机里面的芯片才会记忆新的IP 地址。

4 多丝交流串联技术应用

4.1 焊机连接方式及拨码设置

AC/DC1000 数字交流焊机每台需要独立3 相380 V 交流电源， 有别于旧式多台模拟交流焊机的2 相380 V 交流电源。 双丝交流焊机需要与单丝主站直流焊机之间连接一条重载串联线， 双丝、 三丝、 四丝交流焊机之间依次需要串联一条重载串联线。 四丝数字焊机电源、 控制箱、 弧压反馈电气连接如图8 所示。 图9 为四丝交流焊机串联口接线示意图。 图8 中交流焊机串联线按图9 所示进行连接。 多丝焊交流数字焊机control board 和DIFF I/O board 电子集成板上拨码设置只有一种， 如图10 所示。

图8 四丝交流焊整体电气连接示意图

图9 四丝交流焊机串联口接线示意图

图10 多丝交流数字焊机拨码设置示意图

4.2 交流焊机相位角的调整

林肯模拟交流焊机是2 相380 V 交流供电，通过进线电源A、 B、 C 三相交叉连接几个焊机，更改硬件接线来实现相位角调整， 且只能实现几个特征值（120°） 相位角的调整。 由于模拟交流焊机电源进线较为粗大， 调整不便， 工作量较大。 林肯数字交流焊机的相位角调整相对简单， 通过软件设置完成， 理论上可在0°～360°内设置。 数字焊接相位角调整如图11 所示。

图11 数字交流焊接相位角调整示例

5 数字焊机自带控制系统与PLC 外设控制集成改造

由于数字焊机配套的maxsa10 控制箱安装在外焊3#岗位的焊接平台上方， 离操作室较远， 且原操作台的启弧、 停弧、 下丝及上丝信号无法在maxsa10 控制箱上实现操作， 故需要将这4 个信号经PLC 转接至maxsa10 控制箱。 当焊接小车、 焊剂供给系统发生故障时， 需要经PLC 将此信号传递至焊机自带控制系统， 实现焊机的停车停弧， 从而避免焊缝烧穿和鸣弧。 单丝焊maxsa10 控制箱与PLC 硬件集成改造如图12 所示。

图12 单丝数字焊机maxsa10 控制箱与PLC 硬件集成改造示意图

6 结束语

沙市钢管公司在直缝焊管生产线外焊3#岗位使用林肯Power Wave 埋弧焊数字焊机替代模拟焊机， 并进行了现场配套控制改造， 现场焊接运行稳定， 取得了很好的效果。 数字焊机组网技术、 弧压反馈检测环境搭建、 数字焊机与PLC 集成控制及林肯数字焊机直流并联、 交流串联等相关技术经验， 可为数字埋弧焊机的应用提供一定的参考。