基于DCS的弧焊電源檢測系統的研制

林軍

（廣東科學中心，廣州510006）

基于DCS的弧焊電源檢測系統的研制

林軍

（廣東科學中心，廣州510006）

介紹分布式弧焊電源檢測系統，分析系統結構、通信協議和一些功能的軟件實現，闡述該系統在結構和功能上的特點。

DCS；電焊機；檢測

0 引言

傳統電焊機檢測系統主要由負載組和模擬電壓、電流表組共同構成，操作者通過手工調整負載并配合時間繼電器來完成檢測過程，檢測工作大部分通過手動完成，操作者充當了一個監控主機的角色。針對這一現狀，為了提高檢測過程的準確性，更大的限度提高產業自動化，本文介紹了基于DSC開發的新一代弧焊機檢測系統，該系統具有更合理的測量原理、測量對象的同步性、測量對象更廣泛、方便快捷、空間結構上更具靈活性、實驗過程具有可溯性等優點。

1 分布式系統結構

分布式控制系統DCS（Distributed Control System）是70年代發展起來的第三代控制理論，它把一個狀態變量數目較多的大系統分解為若干個子系統，以便于處理。

分布式系統以微處理器為核心，微控制器和基本控制器在空間和功能是分散的，又通過高速數據通道把各個分散點的信息集中起來送到監控計算機和操作站，以進行集中監視和操作。這種結構具有功能和結構上的分散性，具有高可靠性和組成靈活的優點。

2 系統結構設計和通訊

弧焊電源整個測試過程分為四個主要實驗過程：溫升實驗，在一定的占載率情況下，測電焊機繞組不同點溫升；沖擊實驗，控制負載變化從空載到負載、負載到短路等過程，觀察焊機的工作情況；外特性測試，不同規范下測試電焊機的外特性曲線；電量參數測量及波形分析實驗，在一定負載時，測焊機的各種電量參數，如直流焊機的電壓、電流峰值和平均值輸出等。測試系統分為5個主要部分，系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構

由于本系統子系統數目不多，系統之間可采用RS-485協議通信。通信設計成主從方式，主機作為主叫方，而其他子系統作為被叫方,主叫方具有控制權。在實驗過程中，主機會根據需要發送數據包到相關子系統，相關子系統接收數據包后，解釋該數據包，并執行相關步驟。為了防止系統在RS-485總線上發生數據碰撞，被叫方在主叫方沒有發數據時，不會主動發數據到主機，這樣保證主機一個時刻最多和一個子系統通訊，不會造成數據碰撞。

2.1 主機系統

主機采用NIPXI嵌入式控制器，PXI結構有豐富的工業控制功能，具有高可靠性、易擴展性等特點，因此廣泛應用于工控和自動化設備。同時PXI是基于PC的，所有在PC上可用資源在其上都可以正常工作，包括操作系統和眾多的應用軟件。

2.2 數據采集系統

數據采集系統是整個系統的基礎。由于數據采集系統高采集頻率和大數據量，所以系統采用基于PXI總線的插入式板卡、電量傳感器和信號調理電路構成。以三相焊機為例，數據采集子系統的結構如圖2所示。

圖2 采集系統

系統在輸入端每相均有電流傳感器，線與線之間有電壓傳感器，輸出端分別有電壓和電流傳感器。這些傳感器模塊把強電流、電壓信號轉換為毫安級的電流信號，經過轉換的信號經信號調理電路，轉換為-10V到+10V的電壓信號，這些信號經采集卡采集后，通過PXI總線傳入主機。

2.3 調壓系統

單片機通過RS485總線和主機通訊，接收命令和返回當前狀態。互感器將三相電壓變換成－10～+10V的交流電壓，帶有A/D功能的單片機采集三相電壓信號，和預期電壓值相比較，根據比較結果控制固態繼電器，再控制方向控制繼電器，從而控制電機轉動方向改變供電變壓器輸出。調壓系統結構入圖3所示。

2.4 負載控制系統（PLC PLC＋動態負載）

圖4是負載控制原理圖，主機和PLC通過RS-485總線連接在一起，PLC擴展兩個繼電器輸出模塊。當主機發送數據時，PLC將查看數據包中的地址，如果地址對應為“到負載控制系統”則打開數據包，查看主機傳來的命令和參數，根據它們控制相應負載。

負載控制是整個實驗的基礎，無論是沖擊實驗還是溫升實驗，都需要尋找靜態工作點，通過調整負載大小使焊機工作在穩定工作點。該系統主機監測電焊機輸出，當焊機輸出偏離工作點，則發送指令到負載控制系統，在幾秒之內自動調整負載，使焊機輸出重新在工作點。

2.5 測溫系統

測溫系統以單片機為主體，熱電偶和溫度變送器把溫度信號轉換為4～20mA電流信號，經電流－電壓轉換電路轉換為電壓信號。圖5是溫度采集電路。

單片機完成溫度數據采樣，并在主機發送對應命令時，把當前數據發給主機。

3 主機軟件設計

主機端程序分為4個模塊：調壓模塊、測溫模塊、沖擊實驗模塊和電參數波形記錄模塊，另外還有穩定工作點子程序供上述模塊調用。這四個模塊分別和對應的子系統通訊。

這里以自動尋找工作點為例介紹軟件設計，程序流程圖如圖6。圖中u是實測電壓值，v是根據經驗公式，在當前電焊機輸出電流情況下計算得到的經驗值。系統利用貪婪算法搜索合適的負載，根據經驗公式和實測量作比較判斷分步判斷每個負載應該通還是斷。

圖3 調壓系統結構

圖4 負載控制原理圖

圖5 溫度測量結構圖

4 結語

通過介紹主機系統和各子系統，可知DCS結構在空間和性能上將系統分散化了，該系統提高了測試的自動化程度，增加了測試準確性，從而能促使更快更好地完成弧焊電源測試任務。

Developmentof DCS Test System of Arc Welding Machine

LIN Jun
（Guangdong Science Center，Guangzhou 510006）

Introduces a new type DCS testsystem ofarc weldingmachine,analyses the structure of the system and the communication protocol.Intro?duces the software design of thenew system,and the characteristicson the structureand function of the system.

林軍（1976-），男，福建武平人，碩士研究生，工程師，研究方向為材料加工工程

2017-06-23

2017-07-26

圖6 尋找工作點流程圖

1007-1423（2017）22-0049-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.22.013

DCS;WeldingMachine;Test