一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统

摘要

本发明公开了一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统，包括弧焊电源、送丝机、焊枪与焊接电缆，所述弧焊电源通过焊接电缆与送丝机电连接，所述送丝机通过焊接电缆与焊枪电连接，将焊丝送到焊枪位置；所述弧焊电源包括逆变回路、第一阻波器与第一控制板，所述第一阻波器与逆变回路电连接，所述第一阻波器与第一控制板电连接；所述送丝机内设置有第二阻波器与第二控制板，所述第二阻波器与第二控制板电连接；所述第二阻波器与所述焊枪串联电连接，保证载波焊机在待机和工作状态时，送丝机与焊机参数的均能可靠实时通过正负极焊接电缆线通讯。

权利要求

1.一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统，包括弧焊电源、送丝机、焊枪与焊接电缆，其特征是：所述弧焊电源通过焊接电缆与送丝机电连接，所述送丝机通过焊接电缆与焊枪电连接，将焊丝送到焊枪位置；所述弧焊电源包括逆变回路、第一阻波器与第一控制板，所述第一阻波器与逆变回路电连接，所述第一阻波器与第一控制板电连接；所述送丝机内设置有第二阻波器与第二控制板，所述第二阻波器与第二控制板电连接；所述第二阻波器与所述焊枪串联电连接；

所述第一控制板与第一开关电源模块电连接，所述第一开关电源模块为所述第一控制板提供电源，所述第一控制板包括：第一MCU微控制单元、载波解调模块、载波过流保护模块、通讯模块、弧焊电源显示模块及PI比例积分控制模块，所述载波解调模块与所述第一MCU微控制单元电连接，所述第一MCU微控制单元与所述载波过流保护模块电连接，所述通讯模块与所述第一MCU微控制单元电连接，所述弧焊电源显示模块与所述第一MCU微控制单元电连接，所述PI比例积分控制模块与所述第一MCU微控制单元电连接；

所述第二控制板与第二开关电源模块电连接，所述第二开关电源模块为所述第二控制板提供电源，所述第二控制板包括：第二MCU微控制单元、载波调制模块、电机、电磁阀控制模块、开关量采样模块、电位器采样模块和送丝机显示模块，所述第二MCU微控制单元与载波调制模块电连接，所述载波调制模块与所述第一控制板中的载波解调模块通过焊接电缆电连接，所述第二MCU微控制单元与电机电连接，所述第二MCU微控制单元与电磁阀控制模块电连接，所述开关量采样模块与电位器采样模块分别与所述第二MCU微控制单元电连接，将采样信号传输给第二MCU微控制单元，所述第二MCU微控制单元与送丝机显示模块电连接。

2. 如权利要求1 所述的一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统，其特征是：所述焊接电缆既是电源线，同时是载波信号线。

3. 如权利要求1 所述的一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统，其特征是：所述弧焊电源的输出电压范围为12 V -80V。

4. 如权利要求1 所述的一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统，其特征是：所述第一控制板与焊接电缆的正负极并联，所述第一控制板提供载波电源为送丝机的第二控制板提供电源。

5. 如权利要求1 所述的一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统，其特征是：所述第一阻波器由电感元件与电容元件组成，串联在逆变回路输出的正负极，所述电感元件由磁性材料绕制。

6. 如权利要求1 所述的一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统，其特征是：所述第二阻波器由磁性材料绕制的电感元件组成。

说明书

一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统

技术领域

[0001] 本发明属于载波控制的焊机的技术领域，尤其涉及一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统。

背景技术

[0002] 随着我国生产力的不断发展，在现代化工业生产，尤其是重工业生产中，需要大量使用焊机。在海工、船厂、大型钢结构等焊接电缆长度一般都大于50米的焊接场合，载波焊机由于无七芯控制线，改为通过一根在特制气管的载波线为载波回路正极，焊机正极电缆线为载波回路负极，载波线既作为电源线给送丝机供电，又作为载波线保证送丝机与焊机的通讯，这种方式大大减小了由于七芯控制线被砸断或短路带来的故障率，而且减轻了控制线的重量，方便施工；但在实际应用中还是无法避免载波线短路或断路的故障，给用户造成了效率上和效益上的损失。

[0003] 无线载波焊机在焊接时，电缆线既作为焊接电流的载体，又作为载波线传输信号的载体，载波信号的受干扰性极大，而且焊机的逆变频率又载入电缆线，焊接中熔滴过渡或空载时载波信号更容易受到干扰。尤其在短路过渡的焊接规范时，无法保证载波信号的正确传输。

[0004] 现有技术可以在焊机待机时，送丝机参数可以传输给焊机，虽然可以实现送丝机参数与焊机通讯的功能，但不能解决焊机在焊接时，送丝机焊接参数不可调的问题，更不能解决焊枪开关等信号的实时传输，而且操作复杂。保证载波焊机在待机和工作状态时，送丝机与焊机参数的可靠实时通过正负极焊接电缆线通讯，在目前的焊机领域仍属空白。

发明内容

[0005] 本发明为了解决上述问题，提供一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统，通过焊机的正负极焊接电缆线传输载波信号，此系统保证了载波焊机在待机和工作状态时，送丝机与焊机的实时通讯。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0007] 一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统，包括弧焊电源、送丝机、焊枪与焊接电缆，所述弧焊电源通过焊接电缆与送丝机电连接，所述送丝机通过焊接电缆与焊枪电连接，将焊丝送到焊枪位置；所述弧焊电源包括逆变回路、第一阻波器与第一控制板，所述第一阻波器与逆变回路电连接，所述第一阻波器与第一控制板电连接；所述送丝机内设置有第二阻波器与第二控制板，所述第二阻波器与第二控制板电连接；所述第二阻波器与所述焊枪串联电连接。

[0008] 所述第一控制板与第一开关电源模块电连接，所述第一开关电源模块为所述第一控制板提供电源，所述第一控制板包括：第一MCU微控制单元、载波解调模块、载波过流保护模块、通讯模块、弧焊电源显示模块及PI比例积分控制模块。所述载波解调模块与所述第一MCU微控制单元电连接，所述第一MCU微控制单元与所述载波过流保护模块电连接，所述通讯模块与所述第一MCU微控制单元电连接，所述弧焊电源显示模块与所述第一MCU微控制单元电连接，所述PI比例积分控制模块与所述第一MCU微控制单元电连接。

[0009] 所述第二控制板与第二开关电源模块电连接，所述第二开关电源模块为所述第二控制板提供电源，所述第二控制板包括：第二MCU微控制单元、载波调制模块、电机、电磁阀控制模块、开关量采样模块、电位器采样模块和送丝机显示模块，所述第二MCU微控制单元与载波调制模块电连接，所述载波调制模块与所述第一控制板中的载波解调模块通过焊接电缆电连接，所述第二MCU微控制单元与电机电连接，所述第二MCU微控制单元与电磁阀控制模块电连接，所述开关量采样模块与电位器采样模块分别与所述第二MCU微控制单元电连接，将采样信号传输给第二MCU微控制单元，所述第二MCU微控制单元与送丝机显示模块电连接。

[0010] 所述焊接电缆既是电源线，同时是载波信号线。

[0011] 所述弧焊电源的输出电压范围为12 V -80V。

[0012] 所述弧焊电源为所述第一控制板提供电源。

[0013] 所述第一控制板与焊接电缆的正负极并联，所述第一控制板提供载波电源为送丝机的第二控制板提供电源。

[0014] 所述第一阻波器由电感元件与电容元件组成，串联在逆变回路输出的正负极，所述电感元件由磁性材料绕制。

[0015] 所述第二阻波器由磁性材料绕制的电感元件组成。

[0016] 本发明的有益效果：

[0017] 1、第一控制板和第二控制板分别对送丝机的焊接参数进行载波调制和载波解调，在焊机待机和工作焊接过程中，均能将送丝机的焊接参数（如焊接给定电压值、焊接给定电流值、焊枪开关状态及面板参数等）实时传送给弧焊电源，弧焊电源根据送丝机焊接参数调整电压或电流输出，保证焊接的稳定性，同时解决了送丝机与弧焊电源的载波信号实时通讯问题。

[0018] 2、第一阻波器将逆变回路的逆变频率干扰滤除，第二阻波器将焊接中熔滴过渡对载波信号的干扰滤除，保证了第一控制板和第二控制板正常载波通讯的可靠性。

[0019] 3、载波通讯回路只通过第一控制板和第二控制板，第一控制板提供载波电源，当焊接电缆短路时通过第一控制板中的载波过流保护模块进行保护，保证了系统的可靠性和安全性，避免载波线短路或断路的故障，避免了用户效率上和效益上的损失。

[0020] 4、采用焊接电缆，既是电源线，同时是载波信号控制线，大大减小了由于七芯控制线被砸断或短路带来的故障率，同时减轻了控制线的重量，方便施工。

附图说明

[0021] 图1为本发明的整体结构示意图；

[0022] 图2为本发明第一控制板与第二控制板的结构示意图；

[0023] 图3为本发明第一阻波器的部分电路图；

[0024] 图4为本发明第二控制板中的载波调制模块电路图；

[0025] 图5为本发明第一控制板中的载波解调模块电路图；

[0026] 其中，1-弧焊电源，2-送丝机，3-第一控制板，4-第一阻波器，5-逆变回路，6-第二控制板，7-第二阻波器，8-焊接电缆线，9-焊枪，10-工件，11-第一开关电源模块，12-第一MCU微控制单元，13-载波解调模块，14-载波过流保护模块，15-通讯模块，16-弧焊电源显示模块，17-PI比例积分控制模块，18-第二开关电源模块，19-第二MCU微控制单元，20-载波调制模块，21-电机，22-电磁阀控制模块，23-开关量采样模块，24-电位器采样模块，25-送丝机显示模块。

[0027] 具体实施方式：

[0028] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

[0029] 如图1所示，一种带阻波器的无控制线载波逆变式焊机控制系统，包括弧焊电源1、送丝机2、焊枪9与焊接电缆8，所述弧焊电源1通过焊接电缆8与送丝机2电连接，所述送丝机2通过焊接电缆8与焊枪9电连接，将焊丝送到焊枪9位置，对工件10进行焊接；所述焊接电缆
8既是电源线，同时是载波信号线；所述弧焊电源8的输出电压范围为12 V -80V。所述弧焊电源1包括逆变回路5、第一阻波器4与第一控制板3，所述第一阻波器4与逆变回路5电连接，所述第一阻波器4与第一控制板3电连接；所述弧焊电源8为所述第一控制板3提供电源；所述送丝机2内设置有第二阻波器7与第二控制板6，所述第二阻波器7与第二控制板6电连接；
所述第二阻波器7与所述焊枪9串联电连接。所述第一控制板3与焊接电缆8的正负极并联，所述第一控制板3提供载波电源，为送丝机2的第二控制板6提供电源。

[0030] 如图2所示的第一控制板3与第二控制板6的结构示意图，所述第一控制板3与第一开关电源模块11电连接，所述第一开关电源模块11为所述第一控制板3提供电源，所述第一控制板3包括：第一MCU微控制单元12、载波解调模块13、载波过流保护模块14、通讯模块15、弧焊电源显示模块16及PI比例积分控制模块17。所述载波解调模块13与所述第一MCU微控制单元12电连接，所述载波解调模块13通过焊接电缆8将接收的载波信号进行解调，将解调后得到的送丝机2的焊接参数传输给所述第一MCU微控制单元12，第一MCU微控制单元12读取送丝机2的焊接参数；所述第一MCU微控制单元12与所述载波过流保护模块14电连接，所述载波过流保护模块14实时监测焊接电缆8中的电流值，当焊接电缆8出现短路等故障造成实际电流值超过规定的电流值后，载波过流保护模块14将过流信号传输给第一MCU微控制单元12，第一MCU微控制单元12读取过流信号，并控制过流单元的芯片，对其进行保护，切断电源，直至故障排除；所述通讯模块15与所述第一MCU微控制单元12电连接，通讯模块15使第一MCU微控制单元12与外围其他电路的422或485进行通讯；所述弧焊电源显示模块16与所述第一MCU微控制单元12电连接，显示送丝机2的焊接参数（如焊接给定电压值、焊接给定电流值、焊枪开关状态及面板参数等）或焊机故障代码；所述PI比例积分控制模块17与所述第一MCU微控制单元12电连接，PI比例积分控制模块17通过PI比例积分运算，将电压给定与电压反馈及电流给定与电流反馈进行运算，并通过结合第一MCU微控制单元12发送的解调后的送丝机2的焊接参数，控制弧焊电源1的电压或电流输出，保证焊接的稳定性。

[0031] 所述第二控制板6与第二开关电源模块18电连接，所述第二开关电源模块18为所述第二控制板6提供电源，所述第二控制板6包括：第二MCU微控制单元19、载波调制模块20、电机21、电磁阀控制模块22、开关量采样模块23、电位器采样模块24和送丝机显示模块25，所述第二MCU微控制单元19与载波调制模块20电连接，所述载波调制模块20与所述第一控制板3中的载波解调模块13通过焊接电缆8电连接，载波调制模块20将第二MCU微控制单元19检测的送丝机2焊接参数根据载波传输协议进行调制，将高频信号耦合进焊接电缆8线，将送丝机2的焊接参数通过焊接电缆8线传输给第一控制板3的载波解调模块13；所述第二MCU微控制单元19与电机21电连接，所述第二MCU微控制单元19与电磁阀控制模块22电连接，所述开关量采样模块23与电位器采样模块24分别与所述第二MCU微控制单元19电连接，开关量采样模块23采样焊枪开关状态、面板参数的状态，提供焊接参数，电位器采样模24提供给定电压、给定电流、收弧电压、收弧电流等参数；开关量采样模块23与电位器采样模24分别将采样信号传输给第二MCU微控制单元19，第二MCU微控制单元19根据接收到的采样信号控制电机21与电磁阀控制模块22，电机21作为驱动单元驱动电磁阀工作，与电磁阀控制模块22控制送丝机的送丝和送气功能；所述第二MCU微控制单元19与送丝机显示模块25电连接，送丝机显示模块25显示送丝机2的焊接参数（如焊接给定电压值、焊接给定电流值、焊枪开关状态及面板参数等）或送丝机故障代码。

[0032] 如图3所示，弧焊电源中的所述第一阻波器4由电感元件与电容元件组成，串联在逆变回路5输出的正负极，所述电感元件由磁性材料绕制。所述第一阻波器4的作用为：一方面防止逆变频率对载波信号造成较大的干扰，另一方面防止送丝机2的载波回路与弧焊电源1的逆变回路5联通造成载波信号的干扰。同时在送丝机2中设置第二阻波器7为磁性材料绕制的电感元件，所述第二阻波器7作用为：在焊枪9闭合进行焊接时，一方面阻断了熔滴在短路燃弧过渡时电弧的电弧电流对载波信号造成干扰，另一方面防止熔滴在短路时载波电流通过熔滴流入负极，造成载波信号干扰。

[0033] 第二控制板6的载波调制模块20和第一控制板3的载波解调模块13组成信号的载波传输系统。如图3所示的载波调制模块20的载波调制电路，载波解调模块13的载波解调电路如图 4所示。载波调制电路输入端由第二MCU微控制单元19控制，根据选频放大电路原理，将焊接参数调制的载波信号耦合入焊接电缆8中。第一控制板3的电容C1、变压器TB1进行载波信号的耦合采样；将载波信号通过通用锁相环电路音调译码器（例如LM567）和逻辑电路进行解调，第一MCU微控制单元12检测载波信号，通过相对应的协议，解调出传输的焊接参数。正常状态下，第一MCU微控制单元12控制晶闸管KF1和晶闸管KF2导通，晶闸管KF1和晶闸管KF2将交流电源整流为直流电源供给送丝机，同时直流电源作为载波回路。第一MCU微控制单元12通过电流传感器及外围电路检测焊接电缆8上的电流值，当焊接电缆8出现过流时，第一MCU微控制单元12检测过流信号，控制晶闸管KF1和晶闸管KF2 ，使其截止，从而起到过流保护的作用。

[0034] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。