高英俠，孫澤濤

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單個弧焊電源遠程控制策略研究＊

高英俠，孫澤濤

（甘肅有色冶金職業(yè)技術學院，甘肅 金昌 737100）

在焊接生產自動化及弧焊電源規(guī)模化使用過程中，弧焊電源維修及保養(yǎng)越來越困難，使用焊接電源遠程網絡監(jiān)控能夠使此問題得到解決。單個弧焊設備性能良好、工作穩(wěn)定，良好弧焊電源控制技術為焊接設備高性能的主要體現?；诖?，對單個弧焊電源遠程控制策略進行了研究，實現了單個弧焊電源遠程控制系統的設計。通過實驗驗證，此系統能夠遠程設置弧焊電源焊接參數，還能夠對弧焊電源工作狀態(tài)進行遠程檢測。

弧焊電源；遠程控制；控制策略；數字化

現有的電焊機相互獨立，無論是在穩(wěn)定性、安全性、可管理性、可集中管理和可集中控制性上都無法得到保證。焊接設備數字化、設備通訊技術優(yōu)化與集成控制設備的網絡化是實現焊接生產自動化、信息化與智能化的基礎。數字化焊機順應了時代的需求，已經成為了焊機發(fā)展的主流方向。相比于傳統模擬焊機，數字化焊機具有焊接精度高、功能強大及管理功能充實等優(yōu)勢。通過對數字化焊接設備的高效管理，一方面可以提高焊接設備的使用效率，另一方面可以對焊接信息進行管理[1]。

1 系統的基本結構

弧焊電源控制電路都是通過電子控制系統實現焊接電弧的閉環(huán)動態(tài)控制，電子控制系統主要包括驅動電路、控制電路及反饋電路。逆變電源類型不同，使用的調節(jié)體制也各有不同，從而使相應技術需求得到滿足。比如，使弧焊工藝需求得到滿足，也就是調節(jié)輸出電氣特性，利用電壓電流反饋得到不同外特性，通過多種電抗器實現其動特性的控制及改善，都能夠利用脈沖頻率及寬度的控制實現。

弧焊電源能量轉換的方式為：AC-DS-AC-DC-AC，此種方式的逆變一共有兩次，最終實現方波交流電的輸出。圖1為電路的基本結構。

其中三相50 Hz工頻交流電通過濾波、整流轉變成為穩(wěn)定的直流電。通過逆變電路轉變成為交流電，通過中頻變壓器實現降壓，并通過逆變器實現方波交流電的轉變，利用濾波、整流實現直流電的轉變[2]。

2 遠程控制的硬件設置

以嵌入式Internet弧焊電源遠程監(jiān)控中所包括的微電子、現代信號處理、電力電子及網絡通信等方面的領域前沿技術為基礎，通過全面分析實現技術方案，比如結合網絡接口、微處理器、遠程監(jiān)控終端軟件、精簡TCP/IP協議。其中，硬件系統指的是基于DSP控制波控短路過度弧焊，滿足遠程監(jiān)控的實際需求，在其中設置網絡接口及存儲模塊?？刂坪诵臑锳RM S3C4型微處理器[3]。實現2 MB線性設計，并連接處理器。系統在運行過程中的RAM空間使用8 MB HY57V和處理器相互連接。在控制過程中，使用典型以太網接口控制器芯片設計硬件電路，圖2為接口的示意圖。為滿足實際的需求，根據數據收發(fā)功能實現控制的簡化。因為在控制器芯片中實現10BASE收發(fā)器的設置，所以，利用RJ-45接口實現變壓器與以太網的相互連接。因為弧焊電源的IGBT所要承受的電壓較低，輸出的功率比較大，所以，逆變主電路的結構為全橋式。矩形波通過變壓器實現降壓，實現二極管全波整流、穩(wěn)定直流電的輸出，之后利用逆變器，使直流電向方波交流電的轉變，從而在電弧中使用[4]。

圖1 電路的基本結構

圖2 接口的示意圖

3 弧焊電源直流電的控制

對于網側電流及負載電流在弧焊電源三相電流PWM整流器被控的變量，直流端控制能夠對整流器負載輸出端提供穩(wěn)定性負載電流，因此，要求負載電流具有良好的抗干擾性能。整流器交流側電流正弦控制中，應使功率因數及電源使用率得到提高。兩側電流與網側電壓相位相同，控制網側電流重點為電流跟隨性能控制。在設計弧焊電源直接電流控制器的過程中，要求整流器電網基波頻率比控制系統PWM開關頻率低，并且不對整流器交流端電流諧波成分進行考慮，只考慮控制部分傳遞函數基波分量。在電網電動勢平衡設置的過程中，不對電網電動勢畸變對于系統動態(tài)性能的影響進行考慮，所以，簡化了閉環(huán)傳遞函數結構。

大部分的整流器都是通過雙閉環(huán)控制，使整流器交流側、單位功率因數及直接輸出端負載電流穩(wěn)定性更加接近，降低直流脈動。其在外環(huán)方面屬于直流電流環(huán)，要使此種直流脈動降低，使負載電流恒定，在負載抖動變化的過程中，實現快速穩(wěn)定運行，以此使焊接電弧飛濺降低，實現電弧穩(wěn)定。在外環(huán)控制過程中，對比負載電流和期望給定值，使差值信號通過外環(huán)PI調節(jié)器實現調節(jié)，網側電流峰值的指令在調節(jié)之后承擔輸出信號，使單位復制標準正弦波和網側電流峰值指令相乘，得到的乘積就是整流器交流側電流指令信號，之后將給定指定電流信號和網側電流信號利用交流控制環(huán)運算，實現跟蹤網側電流目的，從而實現網側電流跟蹤網側電壓相位[5]。

4 輸入和顯示電路設計

數字化顯示面板輸入通過旋轉編碼器與按鍵相互結合的方式實現，按鍵屬于最長使用的輸入方法，旋轉編碼器調節(jié)的過程較為簡單方便，能夠有效快速調節(jié)參數。根據不同的工作原理，編碼器主要包括增量式及絕對式。增量式編碼使位移變換向著周期性電信號進行轉變，之后使電信號向著計數脈沖進行轉變，也就是利用脈沖數量表示位移的大小。絕對式編碼器利用確定該數值實現相位位置的表示，所以，測量值與編碼器的起始、最終的位置具有密切的關系，與中間的過程沒有關系。因此，本文利用了增量式編碼器，用戶能夠利用按鍵實現工藝參數的選擇，利用旋轉編碼器調整參數值。編碼器電路原理為：其實現脈沖信號的輸出一般表示為AB兩相，和編碼器電路中的1和3管腳輸出相互對應。旋轉編碼器在實現一周旋轉時，AB相就是實現一定數目脈沖信號的輸出。在A脈沖比B脈沖周期超前1/4時，旋轉編碼器屬于正向旋轉。在B相脈沖超前A相脈沖1/4周期時，旋轉編碼器就會實現方向旋轉，從而對旋轉編碼器轉向進行判斷。

面板顯示部門使用結合數碼管及LED指示燈的方式，LED指示燈主要目的就是實現目前焊機狀態(tài)和參數調整模式的指示。數碼管使用兩組一位米字形數碼管結合三位七段數碼管，將電壓值及焊接電流充分展現出來。米字形數碼管能夠將數字及符號充分展現出來，在實現焊接參數調節(jié)時用來顯示具體的焊接工藝參數[6]。

5 結束語

智能化弧焊電源在高穩(wěn)定性、高效率及高質量焊接生產過程中具有重要作用。目前，弧焊電源技術研究和使用具有多種成果。在計算機技術、網絡技術及智能控制算法不斷發(fā)展的過程中，智能化弧焊電源技術中還有多種問題需要進一步研究，尤其是更加精準的收集傳感技術、結合神經網絡與模糊控制的技術、操作界面擬人化等技術，此方面為未來主要的發(fā)展方向。

［1］宋金虎.逆變式交流方波弧焊電源新型控制策略研究［J］.焊接技術，2013，42（05）：55-58.

［2］孫偉城.一體化雙弧脈沖MIG沒接電源控制策略研究［D］.曲阜：曲阜師范大學，2016.

［3］高順利，李洪波，宋來弟，等.調壓器遠程調壓控制策略研究［J］.化工自動化及儀表，2014（08）.

［4］楊玉甜.逆變弧焊電源控制系統設計與建模［D］.大連：大連理工大學，2016.

［5］高順利，李洪波，宋來弟，等.燃氣輸配系統遠程調壓控制策略研究［J］.城市燃氣，2014（03）：7-11.

［6］唐春玲，肖國強，李敏.船舶遠程控制系統的無線通信網絡定位及路由策略研究［J］.艦船科學技術，2017（20）：114-116.

高英俠（1989—），女，甘肅永昌人，本科，東北大學講師，主要研究方向為自動化。孫澤濤（1985—），男，甘肅永昌人，本科，吉林大學講師，主要研究方向為測控技術與儀器。

金昌市2018年科學技術項目“弧焊電源生產過程智能化控制技術研究”（編號：201816）；2018年甘肅省高等學?？蒲许椖俊爸悄芑『鸽娫醇锌刂葡到y的研究”（編號：2018B-115）

2095－6835（2019）01－0017－02

TG434.1

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.017

〔編輯：張思楠〕