淺談數(shù)字化焊機

對于逆變焊機主電路來講,實際上就是數(shù)字化的電路,所以說逆變焊機本身就已完成主電路的數(shù)字化.因此對于所謂的數(shù)字化焊機來講,一般也就是針對控制電路部分來講的。
    首先先分析一下逆變焊機控制系統(tǒng)的的主要組成部分,焊機控制部分主要分為人機接口部分和電源控制部分.人機接口部分的數(shù)字化的優(yōu)勢是沒有疑義的,實現(xiàn)起來也沒有很大的難度,只要是數(shù)字化焊機一般都要有數(shù)字化的人機接口界面,因此在此不作過多討論.電源控制部分是其核心和關鍵所在,根據(jù)功能不同又可分為數(shù)字控制系統(tǒng)及其外圍電路、采樣及調理電路、狀態(tài)判斷電路、PI調節(jié)電路、PWM調制電路、保護電路、驅動電路等?；趩纹瑱C或DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)及其外圍電路本身就是數(shù)字電路,它是數(shù)字化焊機控制系統(tǒng)的核心,數(shù)字化焊機的性能好壞在很大程度上取決于該部分(包括硬件和軟件兩部分)。
目前來講，采樣及調理電路部分仍只能采用模擬電路來實現(xiàn),這部分還無法實現(xiàn)數(shù)字化。 狀態(tài)判斷電路對于某些焊機是非常重要的,由于它對實時性要求較高,用比較器實現(xiàn)比較理想,如對實時性要求不要,也可以把該信號通過A/D轉換引入到DSP中去用軟件來判斷。
    傳統(tǒng)PI調節(jié)電路一般采用運算放大器和阻容網(wǎng)絡來構建,在數(shù)字化焊機中一般采用數(shù)字化PI,把該部分用軟件來代替硬件.這是數(shù)字化焊機的特點之一。以往PWM調制電路一般采用TL494或SG3525等芯片構成,而在數(shù)字化焊機中一般采用數(shù)字化的PWM調制,這部分實現(xiàn)起來有兩種方案:一是采用CPLD建立數(shù)字化的PWM調制電路,二是直接采用DSP內(nèi)部集成的PWM調制電路.這也是數(shù)字化焊機的主要特點之一。
    保護部分主要分為電流、電壓和溫度三部分,這部分的實現(xiàn)主要根據(jù)具體實現(xiàn)方式來確定,一般采用模擬電路來實現(xiàn),因為它對實時性要求較高,否則起不到保護作用。IGBT的驅動部分比較成熟,不論對于傳統(tǒng)焊機還是數(shù)字化焊機,這部分沒有很大的差別。
    由以上的分析可知,所謂焊機的數(shù)字化不外乎四個部分的數(shù)字化,數(shù)字化的人機接口、數(shù)字化的主控系統(tǒng)、數(shù)字化的PI和數(shù)字化的PWM調制。數(shù)字化的人機接口帶來的好處很明顯,尤其是帶有液晶顯示的焊機,接口更加人性化,調節(jié)方便,一般還能實現(xiàn)多組參數(shù)的存儲和調用以及掉電保護等功能。
    數(shù)字化的主控系統(tǒng)一個顯著特點就是用軟件來代替原來需要用硬件電路來實現(xiàn)的功能,這增加了系統(tǒng)的柔性,也就意味著可以用同一個焊機平臺通過更改或擴充軟件實現(xiàn)多種焊接方法的集成,還有一旦軟件編寫完成,隨著產(chǎn)品產(chǎn)量的提高,其成本會快速下降,另外,通過更新軟件就 可以實現(xiàn)焊機功能的改造和提升,這是以往焊機絕對不能實現(xiàn)的,是數(shù)字化焊機的最大優(yōu)勢.此外,數(shù)字化的控制系統(tǒng)一般具有SPI SCI CAN等接口,外界接口具有良好的擴充性能,對于構成大的系統(tǒng)具有較大的優(yōu)勢。
    數(shù)字化PI的優(yōu)勢在于PI參數(shù)修改的方便性,這就使得電源在全規(guī)范區(qū)間內(nèi)均能獲得良好的性能。在數(shù)字化的主控系統(tǒng)中配合數(shù)字化的PWM,就避免了D/A轉換環(huán)節(jié),也提高了精度,另外,采用CPLD不僅可以實現(xiàn)數(shù)字化的PWM,還可以實現(xiàn)一般的數(shù)字電路功能,這就大大減小了控制板的面積和外擴元器件的數(shù)量,同時也使得系統(tǒng)的可靠性得以提高.采用CPLD的優(yōu)勢還在于它可以通過下載軟件實現(xiàn)硬件電路功能的更新.從長遠來看能降低系統(tǒng)成本。
總體來講,目前對數(shù)字化焊機還沒有統(tǒng)一的定義,所以各個研究單位所研制的所謂的數(shù)字化焊機也就千差萬別,有單片機控制的,有DSP控制的,還有二者混合控制的,另外在軟件方面,有傳統(tǒng)的程序控制,也有部分跑嵌入式操作系統(tǒng)的.但是,由于單片機運算速度和處理能力的限制,基于單片機的控制系統(tǒng)一般不直接參數(shù)電源的內(nèi)環(huán)控制,電源的恒流或恒壓或特殊外特性控制都是采用模擬電路來實現(xiàn)的,單片機控制系統(tǒng)僅僅實現(xiàn)參數(shù)的調節(jié)、存儲、調用以及焊接過程的時序控制和參數(shù)給定,因此這些基于單片機控制的焊機一般不稱為數(shù)字化焊機.隨著DSP控制技術的發(fā)展和器件價格的不斷降低,DSP逐漸被引入到焊機控制過程中來,由于DSP運算速度快,集成有A/D轉換、PWM調制等外設,因此經(jīng)過簡單的外設擴展它就可以直接參與焊接電源的環(huán)路控制,一般這些基于DSP控制的焊機才稱為數(shù)字化焊機。
    目前國內(nèi)從事數(shù)字化焊機研究的單位不少,也出了不少研究成果,但距離產(chǎn)品化都還有一定的距離.由于各個研究單位的背景不同,所以他們所研制的數(shù)字化焊機也千差萬別,對于像華南理工大學、北京工大、甘肅理工、時代集團等這些研究起步較早的單位,所研制的數(shù)字化焊機對以往的模擬控制部分繼承較多,PWM調制電路一般采用CPLD來實現(xiàn),而天大、蘭州理工等研制的數(shù)字化焊機則對傳統(tǒng)模擬控制部分繼承較少,直接采用TMS320C24X系列dsp進行控制,完全拋棄模擬的PWM調制部分,直接采用DSP內(nèi)部的PWM調制電路，不論采用哪種控制方式，這些所謂的數(shù)字化焊機都有待于進一步完善，至于效果如何，我們拭目以待。