電焊機的數(shù)字化

          數(shù)字信號處理相對于模擬信號處理具有很大的優(yōu)越性，表現(xiàn)在精度高、靈活性大、可靠性好以及易于犬規(guī)模集成等方面。因此．?dāng)?shù)字信號處理技術(shù)在通信、語音處理、圖形／圖像處理、自動控制、消費電子等諸多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用川。作為數(shù)字信號處理技術(shù)與弧焊工藝結(jié)合的產(chǎn)物，數(shù)字化焊機的出現(xiàn)引起了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。本文將對效字化埠機的概念、特點、實現(xiàn)方式及其未來的發(fā)晨前景進行探討。

1 數(shù)字化焊機及其特點

          因為數(shù)字化掉機出現(xiàn)得比較晚，例如nD“m是在1998年才開始進行數(shù)字化埠機的生產(chǎn)，因此剜目前為止還沒有形成敷字化焊機的統(tǒng)一的、得到各個方面認(rèn)同的定義。作者理解．所謂數(shù)字化焊機應(yīng)當(dāng)是指這樣—些焊機，它們主要的控制電路由傳統(tǒng)的模擬技術(shù)直接被數(shù)字技術(shù)所代瞢，在控制電路中的控制信號也隨之由模擬信號過渡到0／l編碼的數(shù)字信號。

          在計算控制技術(shù)的發(fā)展中經(jīng)歷過兩個關(guān)鍵的階段，即開創(chuàng)時期和直接效字控謝時期。在開刨時期，計算機系統(tǒng)速度慢、價格高，也不可靠，因此這個階段的計算控制主要以兩種方式進行。一種方式是計算機打印出指令給操作者；另一種方式是計算機修改模擬調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。進入直接數(shù)字控制時期后，計算機的任務(wù)不再局限于向操作者發(fā)送指令和謦改摸{I重l調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，而是直接替代了模擬調(diào)節(jié)器的功能”J。在數(shù)字化焊機的發(fā)晨中同樣有與此類似的兩個階段。以∞蛆或∞c196為代表的單片機控制弧焊逆變電源基本上屬于數(shù)字化焊機開創(chuàng)時期的產(chǎn)品。其主要特征就是單片機在焊機中的主要作用是完成焊機的蕾理和焊接參數(shù)的給定。而焊接工藝中的恒壓、恒流控制則通過模擬的PI(比例積分)控制器來完成。當(dāng)然這并不是絕對的．在有些單片機控制的可控硅焊機中，從參數(shù)設(shè)定、焊接參數(shù)反饋采樣、Pl控制，到可控硅觸發(fā)脈沖的發(fā)生都是由單片機完成的。這種情況下的單片機控制的弧焊電源就應(yīng)當(dāng)屬于直接數(shù)字控制時期的產(chǎn)品。從某種意義上說，只有在數(shù)字化焊機進人到直接數(shù)字化階段才真正地實現(xiàn)了數(shù)字化，才充分體現(xiàn)出了數(shù)字化控制所帶來的優(yōu)勢。

          不言而喻，數(shù)字化控制具有很好的系統(tǒng)靈活性。對于模擬系統(tǒng)，系統(tǒng)的配量和增益由阻容網(wǎng)絡(luò)等硬件參數(shù)所決定，一旦確定就很難改變。而對于數(shù)字系統(tǒng)，這一切僅僅是改變軟件而已。對于數(shù)字化焊機來說，靈活性意昧著同一套硬件電路可以實現(xiàn)不同的焊接工藝控悄，對于不同焊接工藝方法和不同焊絲材料、直徑可以選用不同的控制策略、控制參數(shù)，從而使焊機在實現(xiàn)多功能集成的同時，每一種焊接工藝方法的工藝效果也將得到大幅度的提高。以c0，焊接短路過渡的波形控制為例，短路時的電流波形決定了其焊接飛濺的大小和焊縫成形的好壞，并且對于不同的焊絲直徑和焊接工藝區(qū)間．最佳的電流波形會有所區(qū)別。在采用模擬控制時，往往是按照兼顧整個工藝區(qū)間的原則來選取電流波形，這樣就必然造成部分區(qū)間的工藝效果的不理想。數(shù)字化控鑭的靈活性同時也體現(xiàn)在數(shù)字化焊機的控稍軟件的在線升級的功能上。由于采用n∞h作為存儲器，同時在電路設(shè)計上增加了在線的n*h編程功能，因此，數(shù)字化焊機的控制程序升級或在線調(diào)試修改，只需要簡單地通過Rs232串行通訊接口進行。

          數(shù)字化焊機的第二個優(yōu)勢是它具有更好的穩(wěn)定性。在模擬系統(tǒng)中．信號的處理是通過有潦或無源的電網(wǎng)絡(luò)進行的，處理參數(shù)的設(shè)定通過電阻、電容參數(shù)的選擇來完成。這樣在模擬系統(tǒng)中阻容參數(shù)的容差、漂移必然導(dǎo)蕺控制器參數(shù)的變化，一方面模擬控制的溫度穩(wěn)定性較差，另一方面模擬控制時的產(chǎn)品一致性難以保證。而在數(shù)字化控制中，信號的處理或控制算法的實施是通過軟件的加／堿、乘／除運算來完成的，因此其穩(wěn)定性好，產(chǎn)品的一致性也得到了很好的保證。數(shù)字化焊機具有更高的控制精度。模擬控制的精度一般由元件參數(shù)值引起的誤差和運算放大器非理想特性參數(shù)(如A。^“、％。、，循、噪聲等)引起的誤差所決定。以反向放大器電阻網(wǎng)絡(luò)引起放大倍數(shù)的相對誤差為倒，放大倍數(shù)IA，．I=瑪?shù)?，，其相對誤差h=訛一|y。，這里*=△尺1／Rl，竹=△掣瑪為電阻R，和馬的相對誤差”J。如果月．和五：的相對謾差同為±5％，則放大倍數(shù)的相對誤差為±10％。而數(shù)字化控鑭的精度僅僅與模一數(shù)轉(zhuǎn)化的量化誤差及系統(tǒng)有限字長有關(guān)，如果對一個O—lO V變化的信號進行10位模一數(shù)轉(zhuǎn)化的話，模一數(shù)轉(zhuǎn)化中n 1 1n的量化誤差為IeI≤羊=÷x巖=o．004鷂2 812 5。‘ ‘Z一由此可見，數(shù)字化控制可以獲得很高的精度。

          最后，數(shù)字化焊機具有良好接口兼容性。由于散字化焊機大量采用了單片機、DsP(數(shù)字信號處理器)等數(shù)字芯片，因此數(shù)字化焊機與其它設(shè)備間就可以非常方便地實現(xiàn)大量的信息交換。隨著現(xiàn)代焊接生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化管理的發(fā)展和普及，數(shù)字化焊機良好的接口兼容性必然會發(fā)揮越來超重要的作用。數(shù)字化焊機與傳統(tǒng)模擬控制焊機相比具有無可爭議的優(yōu)勢。但是，焊機數(shù)字化系統(tǒng)的實現(xiàn)具有極大的挑戰(zhàn)性。處理速度慢和抗干擾能力差是數(shù)字控制的主要缺點。因此，在數(shù)字化焊機的實現(xiàn)中必須通過合理的控制芯片選擇和整體設(shè)計滿足弧焊工藝對數(shù)字系統(tǒng)處理速度的要求。同時，必須采取有效的抗干擾措施，使數(shù)字控制電路適應(yīng)高輻射、強電磁干擾的弧焊工藝環(huán)境。

2 數(shù)字化焊機的實現(xiàn)

          焊機向數(shù)字化方向發(fā)展，包吉兩方面的內(nèi)容。一個是主電路的數(shù)字化．另一個是控制電路的數(shù)字化。

         2．1主電路的數(shù)宇化

         在焊接電源中，變壓器的作用非常關(guān)鍵，它一方面滿足電流、電壓的匹配要求，另一方面對送電回路和焊接回路起到電氣隔離的作用。同時，變壓器在能量傳輸回路中的位置決定了焊接電源的體積和質(zhì)量。圖1為模擬式焊機的主電路框圖。這種電源由一個工頻變壓器、三相整流橋和一個晶體管組組成，晶體管組在回路中的作用相當(dāng)于負(fù)載的串聯(lián)電阻。晶體管組工作在放大區(qū)．焊接中不需要的電壓消耗在晶體管組的c、E極之間，因此功耗極大，晶體管組需要水冷。模擬焊機的輸出波形如圖2所示。這種焊機的優(yōu)點是響應(yīng)速度快，缺點是晶體管組的能耗大，因此基本上已經(jīng)被其它類型的電源所取代。

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