林軍

（廣東科學(xué)中心，廣州510006）

基于DCS的弧焊電源檢測系統(tǒng)的研制

林軍

（廣東科學(xué)中心，廣州510006）

介紹分布式弧焊電源檢測系統(tǒng)，分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議和一些功能的軟件實現(xiàn)，闡述該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上的特點。

DCS；電焊機；檢測

0 引言

傳統(tǒng)電焊機檢測系統(tǒng)主要由負載組和模擬電壓、電流表組共同構(gòu)成，操作者通過手工調(diào)整負載并配合時間繼電器來完成檢測過程，檢測工作大部分通過手動完成，操作者充當(dāng)了一個監(jiān)控主機的角色。針對這一現(xiàn)狀，為了提高檢測過程的準確性，更大的限度提高產(chǎn)業(yè)自動化，本文介紹了基于DSC開發(fā)的新一代弧焊機檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有更合理的測量原理、測量對象的同步性、測量對象更廣泛、方便快捷、空間結(jié)構(gòu)上更具靈活性、實驗過程具有可溯性等優(yōu)點。

1 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）是70年代發(fā)展起來的第三代控制理論，它把一個狀態(tài)變量數(shù)目較多的大系統(tǒng)分解為若干個子系統(tǒng)，以便于處理。

分布式系統(tǒng)以微處理器為核心，微控制器和基本控制器在空間和功能是分散的，又通過高速數(shù)據(jù)通道把各個分散點的信息集中起來送到監(jiān)控計算機和操作站，以進行集中監(jiān)視和操作。這種結(jié)構(gòu)具有功能和結(jié)構(gòu)上的分散性，具有高可靠性和組成靈活的優(yōu)點。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和通訊

弧焊電源整個測試過程分為四個主要實驗過程：溫升實驗，在一定的占載率情況下，測電焊機繞組不同點溫升；沖擊實驗，控制負載變化從空載到負載、負載到短路等過程，觀察焊機的工作情況；外特性測試，不同規(guī)范下測試電焊機的外特性曲線；電量參數(shù)測量及波形分析實驗，在一定負載時，測焊機的各種電量參數(shù)，如直流焊機的電壓、電流峰值和平均值輸出等。測試系統(tǒng)分為5個主要部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于本系統(tǒng)子系統(tǒng)數(shù)目不多，系統(tǒng)之間可采用RS-485協(xié)議通信。通信設(shè)計成主從方式，主機作為主叫方，而其他子系統(tǒng)作為被叫方,主叫方具有控制權(quán)。在實驗過程中，主機會根據(jù)需要發(fā)送數(shù)據(jù)包到相關(guān)子系統(tǒng)，相關(guān)子系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)包后，解釋該數(shù)據(jù)包，并執(zhí)行相關(guān)步驟。為了防止系統(tǒng)在RS-485總線上發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，被叫方在主叫方?jīng)]有發(fā)數(shù)據(jù)時，不會主動發(fā)數(shù)據(jù)到主機，這樣保證主機一個時刻最多和一個子系統(tǒng)通訊，不會造成數(shù)據(jù)碰撞。

2.1 主機系統(tǒng)

主機采用NIPXI嵌入式控制器，PXI結(jié)構(gòu)有豐富的工業(yè)控制功能，具有高可靠性、易擴展性等特點，因此廣泛應(yīng)用于工控和自動化設(shè)備。同時PXI是基于PC的，所有在PC上可用資源在其上都可以正常工作，包括操作系統(tǒng)和眾多的應(yīng)用軟件。

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)高采集頻率和大數(shù)據(jù)量，所以系統(tǒng)采用基于PXI總線的插入式板卡、電量傳感器和信號調(diào)理電路構(gòu)成。以三相焊機為例，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 采集系統(tǒng)

系統(tǒng)在輸入端每相均有電流傳感器，線與線之間有電壓傳感器，輸出端分別有電壓和電流傳感器。這些傳感器模塊把強電流、電壓信號轉(zhuǎn)換為毫安級的電流信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換的信號經(jīng)信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換為-10V到+10V的電壓信號，這些信號經(jīng)采集卡采集后，通過PXI總線傳入主機。

2.3 調(diào)壓系統(tǒng)

單片機通過RS485總線和主機通訊，接收命令和返回當(dāng)前狀態(tài)?；ジ衅鲗⑷嚯妷鹤儞Q成－10～+10V的交流電壓，帶有A/D功能的單片機采集三相電壓信號，和預(yù)期電壓值相比較，根據(jù)比較結(jié)果控制固態(tài)繼電器，再控制方向控制繼電器，從而控制電機轉(zhuǎn)動方向改變供電變壓器輸出。調(diào)壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入圖3所示。

2.4 負載控制系統(tǒng)（PLC PLC＋動態(tài)負載）

圖4是負載控制原理圖，主機和PLC通過RS-485總線連接在一起，PLC擴展兩個繼電器輸出模塊。當(dāng)主機發(fā)送數(shù)據(jù)時，PLC將查看數(shù)據(jù)包中的地址，如果地址對應(yīng)為“到負載控制系統(tǒng)”則打開數(shù)據(jù)包，查看主機傳來的命令和參數(shù)，根據(jù)它們控制相應(yīng)負載。

負載控制是整個實驗的基礎(chǔ)，無論是沖擊實驗還是溫升實驗，都需要尋找靜態(tài)工作點，通過調(diào)整負載大小使焊機工作在穩(wěn)定工作點。該系統(tǒng)主機監(jiān)測電焊機輸出，當(dāng)焊機輸出偏離工作點，則發(fā)送指令到負載控制系統(tǒng)，在幾秒之內(nèi)自動調(diào)整負載，使焊機輸出重新在工作點。

2.5 測溫系統(tǒng)

測溫系統(tǒng)以單片機為主體，熱電偶和溫度變送器把溫度信號轉(zhuǎn)換為4～20mA電流信號，經(jīng)電流－電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓信號。圖5是溫度采集電路。

單片機完成溫度數(shù)據(jù)采樣，并在主機發(fā)送對應(yīng)命令時，把當(dāng)前數(shù)據(jù)發(fā)給主機。

3 主機軟件設(shè)計

主機端程序分為4個模塊：調(diào)壓模塊、測溫模塊、沖擊實驗?zāi)K和電參數(shù)波形記錄模塊，另外還有穩(wěn)定工作點子程序供上述模塊調(diào)用。這四個模塊分別和對應(yīng)的子系統(tǒng)通訊。

這里以自動尋找工作點為例介紹軟件設(shè)計，程序流程圖如圖6。圖中u是實測電壓值，v是根據(jù)經(jīng)驗公式，在當(dāng)前電焊機輸出電流情況下計算得到的經(jīng)驗值。系統(tǒng)利用貪婪算法搜索合適的負載，根據(jù)經(jīng)驗公式和實測量作比較判斷分步判斷每個負載應(yīng)該通還是斷。

圖3 調(diào)壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖4 負載控制原理圖

圖5 溫度測量結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

通過介紹主機系統(tǒng)和各子系統(tǒng)，可知DCS結(jié)構(gòu)在空間和性能上將系統(tǒng)分散化了，該系統(tǒng)提高了測試的自動化程度，增加了測試準確性，從而能促使更快更好地完成弧焊電源測試任務(wù)。

Developmentof DCS Test System of Arc Welding Machine

LIN Jun
（Guangdong Science Center，Guangzhou 510006）

Introduces a new type DCS testsystem ofarc weldingmachine,analyses the structure of the system and the communication protocol.Intro?duces the software design of thenew system,and the characteristicson the structureand function of the system.

林軍（1976-），男，福建武平人，碩士研究生，工程師，研究方向為材料加工工程

2017-06-23

2017-07-26

圖6 尋找工作點流程圖

1007-1423（2017）22-0049-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.22.013

DCS;WeldingMachine;Test