基于DCS的弧焊电源检测系统的研制

2017-09-20林军

现代计算机 2017年22期

关键词：弧焊系统结构焊机

林军

（广东科学中心，广州510006）

基于DCS的弧焊电源检测系统的研制

林军

（广东科学中心，广州510006）

介绍分布式弧焊电源检测系统，分析系统结构、通信协议和一些功能的软件实现，阐述该系统在结构和功能上的特点。

DCS；电焊机；检测

0 引言

传统电焊机检测系统主要由负载组和模拟电压、电流表组共同构成，操作者通过手工调整负载并配合时间继电器来完成检测过程，检测工作大部分通过手动完成，操作者充当了一个监控主机的角色。针对这一现状，为了提高检测过程的准确性，更大的限度提高产业自动化，本文介绍了基于DSC开发的新一代弧焊机检测系统，该系统具有更合理的测量原理、测量对象的同步性、测量对象更广泛、方便快捷、空间结构上更具灵活性、实验过程具有可溯性等优点。

1 分布式系统结构

分布式控制系统DCS（Distributed Control System）是70年代发展起来的第三代控制理论，它把一个状态变量数目较多的大系统分解为若干个子系统，以便于处理。

分布式系统以微处理器为核心，微控制器和基本控制器在空间和功能是分散的，又通过高速数据通道把各个分散点的信息集中起来送到监控计算机和操作站，以进行集中监视和操作。这种结构具有功能和结构上的分散性，具有高可靠性和组成灵活的优点。

2 系统结构设计和通讯

弧焊电源整个测试过程分为四个主要实验过程：温升实验，在一定的占载率情况下，测电焊机绕组不同点温升；冲击实验，控制负载变化从空载到负载、负载到短路等过程，观察焊机的工作情况；外特性测试，不同规范下测试电焊机的外特性曲线；电量参数测量及波形分析实验，在一定负载时，测焊机的各种电量参数，如直流焊机的电压、电流峰值和平均值输出等。测试系统分为5个主要部分，系统结构如图1所示。

图1 系统结构

由于本系统子系统数目不多，系统之间可采用RS-485协议通信。通信设计成主从方式，主机作为主叫方，而其他子系统作为被叫方,主叫方具有控制权。在实验过程中，主机会根据需要发送数据包到相关子系统，相关子系统接收数据包后，解释该数据包，并执行相关步骤。为了防止系统在RS-485总线上发生数据碰撞，被叫方在主叫方没有发数据时，不会主动发数据到主机，这样保证主机一个时刻最多和一个子系统通讯，不会造成数据碰撞。

2.1 主机系统

主机采用NIPXI嵌入式控制器，PXI结构有丰富的工业控制功能，具有高可靠性、易扩展性等特点，因此广泛应用于工控和自动化设备。同时PXI是基于PC的，所有在PC上可用资源在其上都可以正常工作，包括操作系统和众多的应用软件。

2.2 数据采集系统

数据采集系统是整个系统的基础。由于数据采集系统高采集频率和大数据量，所以系统采用基于PXI总线的插入式板卡、电量传感器和信号调理电路构成。以三相焊机为例，数据采集子系统的结构如图2所示。

图2 采集系统

系统在输入端每相均有电流传感器，线与线之间有电压传感器，输出端分别有电压和电流传感器。这些传感器模块把强电流、电压信号转换为毫安级的电流信号，经过转换的信号经信号调理电路，转换为-10V到+10V的电压信号，这些信号经采集卡采集后，通过PXI总线传入主机。

2.3 调压系统

单片机通过RS485总线和主机通讯，接收命令和返回当前状态。互感器将三相电压变换成－10～+10V的交流电压，带有A/D功能的单片机采集三相电压信号，和预期电压值相比较，根据比较结果控制固态继电器，再控制方向控制继电器，从而控制电机转动方向改变供电变压器输出。调压系统结构入图3所示。

2.4 负载控制系统（PLC PLC＋动态负载）

图4是负载控制原理图，主机和PLC通过RS-485总线连接在一起，PLC扩展两个继电器输出模块。当主机发送数据时，PLC将查看数据包中的地址，如果地址对应为“到负载控制系统”则打开数据包，查看主机传来的命令和参数，根据它们控制相应负载。

负载控制是整个实验的基础，无论是冲击实验还是温升实验，都需要寻找静态工作点，通过调整负载大小使焊机工作在稳定工作点。该系统主机监测电焊机输出，当焊机输出偏离工作点，则发送指令到负载控制系统，在几秒之内自动调整负载，使焊机输出重新在工作点。

2.5 测温系统

测温系统以单片机为主体，热电偶和温度变送器把温度信号转换为4～20mA电流信号，经电流－电压转换电路转换为电压信号。图5是温度采集电路。

单片机完成温度数据采样，并在主机发送对应命令时，把当前数据发给主机。

3 主机软件设计

主机端程序分为4个模块：调压模块、测温模块、冲击实验模块和电参数波形记录模块，另外还有稳定工作点子程序供上述模块调用。这四个模块分别和对应的子系统通讯。

这里以自动寻找工作点为例介绍软件设计，程序流程图如图6。图中u是实测电压值，v是根据经验公式，在当前电焊机输出电流情况下计算得到的经验值。系统利用贪婪算法搜索合适的负载，根据经验公式和实测量作比较判断分步判断每个负载应该通还是断。

图3 调压系统结构

图4 负载控制原理图

图5 温度测量结构图

4 结语

通过介绍主机系统和各子系统，可知DCS结构在空间和性能上将系统分散化了，该系统提高了测试的自动化程度，增加了测试准确性，从而能促使更快更好地完成弧焊电源测试任务。

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.

林军（1976-），男，福建武平人，硕士研究生，工程师，研究方向为材料加工工程

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