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对于逆变焊机主电路来讲,实际上就是数字化的电路,所以说逆变焊机本身就已完成主电路的数字化.因此对于所谓的数字化焊机来讲,一般也就是针对控制电路部分来讲的。
首先先分析一下逆变焊机控制系统的的主要组成部分,焊机控制部分主要分为人机接口部分和电源控制部分.人机接口部分的数字化的优势是没有疑义的,实现起来也没有很大的难度,只要是数字化焊机一般都要有数字化的人机接口界面,因此在此不作过多讨论.电源控制部分是其核心和关键所在,根据功能不同又可分为数字控制系统及其外围电路、采样及调理电路、状态判断电路、PI调节电路、PWM调制电路、保护电路、驱动电路等。基于单片机或DSP的数字控制系统及其外围电路本身就是数字电路,它是数字化焊机控制系统的核心,数字化焊机的性能好坏在很大程度上取决于该部分(包括硬件和软件两部分)。
目前来讲，采样及调理电路部分仍只能采用模拟电路来实现,这部分还无法实现数字化。 状态判断电路对于某些焊机是非常重要的,由于它对实时性要求较高,用比较器实现比较理想,如对实时性要求不要,也可以把该信号通过A/D转换引入到DSP中去用软件来判断。
传统PI调节电路一般采用运算放大器和阻容网络来构建,在数字化焊机中一般采用数字化PI,把该部分用软件来代替硬件.这是数字化焊机的特点之一。以往PWM调制电路一般采用TL494或SG3525等芯片构成,而在数字化焊机中一般采用数字化的PWM调制,这部分实现起来有两种方案:一是采用CPLD建立数字化的PWM调制电路,二是直接采用DSP内部集成的PWM调制电路.这也是数字化焊机的主要特点之一。
保护部分主要分为电流、电压和温度三部分,这部分的实现主要根据具体实现方式来确定,一般采用模拟电路来实现,因为它对实时性要求较高,否则起不到保护作用。IGBT的驱动部分比较成熟,不论对于传统焊机还是数字化焊机,这部分没有很大的差别。
由以上的分析可知,所谓焊机的数字化不外乎四个部分的数字化,数字化的人机接口、数字化的主控系统、数字化的PI和数字化的PWM调制。数字化的人机接口带来的好处很明显,尤其是带有液晶显示的焊机,接口更加人性化,调节方便,一般还能实现多组参数的存储和调用以及掉电保护等功能。
数字化的主控系统一个显著特点就是用软件来代替原来需要用硬件电路来实现的功能,这增加了系统的柔性,也就意味着可以用同一个焊机平台通过更改或扩充软件实现多种焊接方法的集成,还有一旦软件编写完成,随着产品产量的提高,其成本会快速下降,另外,通过更新软件就 可以实现焊机功能的改造和提升,这是以往焊机绝对不能实现的,是数字化焊机的最大优势.此外,数字化的控制系统一般具有SPI SCI CAN等接口,外界接口具有良好的扩充性能,对于构成大的系统具有较大的优势。
数字化PI的优势在于PI参数修改的方便性,这就使得电源在全规范区间内均能获得良好的性能。
在数字化的主控系统中配合数字化的PWM,就避免了D/A转换环节,也提高了精度,另外,采用CPLD不仅可以实现数字化的PWM,还可以实现一般的数字电路功能,这就大大减小了控制板的面积和外扩元器件的数量,同时也使得系统的可靠性得以提高.采用CPLD的优势还在于它可以通过下载软件实现硬件电路功能的更新.从长远来看能降低系统成本。
总体来讲,目前对数字化焊机还没有统一的定义,所以各个研究单位所研制的所谓的数字化焊机也就千差万别,有单片机控制的,有DSP控制的,还有二者混合控制的,另外在软件方面,有传统的程序控制,也有部分跑嵌入式操作系统的.但是,由于单片机运算速度和处理能力的限制,基于单片机的控制系统一般不直接参数电源的内环控制,电源的恒流或恒压或特殊外特性控制都是采用模拟电路来实现的,单片机控制系统仅仅实现参数的调节、存储、调用以及焊接过程的时序控制和参数给定,因此这些基于单片机控制的焊机一般不称为数字化焊机.随着DSP控制技术的发展和器件价格的不断降低,DSP逐渐被引入到焊机控制过程中来,由于DSP运算速度快,集成有A/D转换、PWM调制等外设,因此经过简单的外设扩展它就可以直接参与焊接电源的环路控制,一般这些基于DSP控制的焊机才称为数字化焊机。
目前国内从事数字化焊机研究的单位不少,也出了不少研究成果,但距离产品化都还有一定的距离.由于各个研究单位的背景不同,所以他们所研制的数字化焊机也千差万别,对于像华南理工大学、北京工大、甘肃理工、时代集团等这些研究起步较早的单位,所研制的数字化焊机对以往的模拟控制部分继承较多,PWM调制电路一般采用CPLD来实现,而天大、兰州理工等研制的数字化焊机则对传统模拟控制部分继承较少,直接采用TMS320C24X系列dsp进行控制,完全抛弃模拟的PWM调制部分,直接采用DSP内部的PWM调制电路，不论采用哪种控制方式，这些所谓的数字化焊机都有待于进一步完善，至于效果如何，我们拭目以待。 |
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