淺談數(shù)字化焊機(jī)

　　首先先分析一下逆變焊機(jī)控制系統(tǒng)的的主要組成部分,焊機(jī)控制部分主要分為人機(jī)接口部分和電源控制部分.人機(jī)接口部分的數(shù)字化的優(yōu)勢是沒有疑義的,實(shí)現(xiàn)起來也沒有很大的難度,只要是數(shù)字化焊機(jī)一般都要有數(shù)字化的人機(jī)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(guān)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(diào)理電路、狀態(tài)判斷電路、PI調(diào)節(jié)電路、PWM調(diào)制電路、保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)電路等。基于單片機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)的核心,數(shù)字化焊機(jī)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(diào)理電路部分仍只能采用模擬電路來實(shí)現(xiàn),這部分還無法實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。 狀態(tài)判斷電路對(duì)于某些焊機(jī)是非常重要的,由于它對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高,用比較器實(shí)現(xiàn)比較理想,如對(duì)實(shí)時(shí)性要求不要,也可以把該信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換引入到DSP中去用軟件來判斷。

　　傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)電路一般采用運(yùn)算放大器和阻容網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建,在數(shù)字化焊機(jī)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(jī)的特點(diǎn)之一。以往PWM調(diào)制電路一般采用TL494或SG3525等芯片構(gòu)成,而在數(shù)字化焊機(jī)中一般采用數(shù)字化的PWM調(diào)制,這部分實(shí)現(xiàn)起來有兩種方案:一是采用CPLD建立數(shù)字化的PWM調(diào)制電路,二是直接采用DSP內(nèi)部集成的PWM調(diào)制電路.這也是數(shù)字化焊機(jī)的主要特點(diǎn)之一。

　　保護(hù)部分主要分為電流、電壓和溫度三部分,這部分的實(shí)現(xiàn)主要根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)方式來確定,一般采用模擬電路來實(shí)現(xiàn),因?yàn)樗鼘?duì)實(shí)時(shí)性要求較高,否則起不到保護(hù)作用。IGBT的驅(qū)動(dòng)部分比較成熟,不論對(duì)于傳統(tǒng)焊機(jī)還是數(shù)字化焊機(jī),這部分沒有很大的差別。

　　由以上的分析可知,所謂焊機(jī)的數(shù)字化不外乎四個(gè)部分的數(shù)字化,數(shù)字化的人機(jī)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(diào)制。數(shù)字化的人機(jī)接口帶來的好處很明顯,尤其是帶有液晶顯示的焊機(jī),接口更加人性化,調(diào)節(jié)方便,一般還能實(shí)現(xiàn)多組參數(shù)的存儲(chǔ)和調(diào)用以及掉電保護(hù)等功能。

　　數(shù)字化的主控系統(tǒng)一個(gè)顯著特點(diǎn)就是用軟件來代替原來需要用硬件電路來實(shí)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(gè)焊機(jī)平臺(tái)通過更改或擴(kuò)充軟件實(shí)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(huì)快速下降,另外,通過更新軟件就 可以實(shí)現(xiàn)焊機(jī)功能的改造和提升,這是以往焊機(jī)絕對(duì)不能實(shí)現(xiàn)的,是數(shù)字化焊機(jī)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(kuò)充性能,對(duì)于構(gòu)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(zhuǎn)換環(huán)節(jié),也提高了精度,另外,采用CPLD不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的PWM,還可以實(shí)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(kuò)元器件的數(shù)量,同時(shí)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(shí)現(xiàn)硬件電路功能的更新.從長遠(yuǎn)來看能降低系統(tǒng)成本。

　　總體來講,目前對(duì)數(shù)字化焊機(jī)還沒有統(tǒng)一的定義,所以各個(gè)研究單位所研制的所謂的數(shù)字化焊機(jī)也就千差萬別,有單片機(jī)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(jī)運(yùn)算速度和處理能力的限制,基于單片機(jī)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(shí)現(xiàn)的,單片機(jī)控制系統(tǒng)僅僅實(shí)現(xiàn)參數(shù)的調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)、調(diào)用以及焊接過程的時(shí)序控制和參數(shù)給定,因此這些基于單片機(jī)控制的焊機(jī)一般不稱為數(shù)字化焊機(jī).隨著DSP控制技術(shù)的發(fā)展和器件價(jià)格的不斷降低,DSP逐漸被引入到焊機(jī)控制過程中來,由于DSP運(yùn)算速度快,集成有A/D轉(zhuǎn)換、PWM調(diào)制等外設(shè),因此經(jīng)過簡單的外設(shè)擴(kuò)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(jī)才稱為數(shù)字化焊機(jī)。

　　目前國內(nèi)從事數(shù)字化焊機(jī)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(gè)研究單位的背景不同,所以他們所研制的數(shù)字化焊機(jī)也千差萬別,對(duì)于像華南理工大學(xué)、北京工大、甘肅理工、時(shí)代集團(tuán)等這些研究起步較早的單位,所研制的數(shù)字化焊機(jī)對(duì)以往的模擬控制部分繼承較多,PWM調(diào)制電路一般采用CPLD來實(shí)現(xiàn),而天大、蘭州理工等研制的數(shù)字化焊機(jī)則對(duì)傳統(tǒng)模擬控制部分繼承較少,直接采用TMS320C24X系列dsp進(jìn)行控制,完全拋棄模擬的PWM調(diào)制部分,直接采用DSP內(nèi)部的PWM調(diào)制電路，不論采用哪種控制方式，這些所謂的數(shù)字化焊機(jī)都有待于進(jìn)一步完善，至于效果如何，我們拭目以待。