技术领域
[0001] 本
发明涉及焊接电源技术领域，尤其涉及一种模
块化智能焊接电源系统及实现焊接电源系统联机方法。
背景技术
[0002] 我国不仅是世界最大的造船和最大
汽车消费国，同时也是最大的高速列车制造国，而只要是金属连接场合，就要用到焊接电源。就广东省而言，其装备制造业、管道业、造船业、汽车业等都无一能离得开焊接电源。
[0003] 但目前国内市面上销售的焊接电源功能单一，网络通信功能较弱，不能通过多机并联以协同控制的方式实现大功率输出。国产大功率焊接电源均为集中控制的传统大功率焊机，电源设计需要采用大功率模块，
散热设计相对困难。
[0004] 另外国内一些大型企业为了提高重要构件的焊接效率和
质量，开始从国外引进双丝高效自动焊装备，主要是细丝双丝自动焊接工艺及设备。但对于厚大结构件的焊接，细丝双丝焊接仍然难于进一步提速，原因是焊接
电流限制。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种模块化智能焊接电源系统及实现焊接电源系统联机方法，该焊接电源系统采用全数字、
软开关和模块化设计方式，既可以保证单台电源的多功能，实现一机多用，同时在需要大功率和双丝高速焊接时，又可以通过电源的CAN总线通信功能实现多机并联和协同控制。
[0006] 本发明
实施例是这样实现的，一种模块化智能焊接电源系统，包括：依次相连的主
电路、DSP电源主控板和ARM人机
接口板，及IGBT驱动电路、CAN总线，所述IGBT驱动电路分别与主电路和DSP电源主控板相连，所述CAN总线与所述DSP电源主控板相连。
[0007] 其中，所述主电路由输入整流模块、输入滤波模块、
软开关逆变模块、高频
变压器、输出整流模块和输出滤波模块依次连接组成，所述输入整流模块与三相交流电源连接，所述输出滤波模块接负载。
[0008] 其中，所述DSP电源主控板包括：DSP基本电路、原边电流
采样电路、输出电流/
电压采样电路、
信号调理电路、PWM输出模块、CAN总线接口电路和RS485接口电路，所述CAN总线接口电路接CAN总线。
[0009] 其中，所述ARM人机接口板包括：ARM基本电路、LCD及
键盘接口电路和RS485接口电路，所述ARM人机接口板与DSP电源主控板经RS485接口电路连接。
[0010] 其中，所述IGBT驱动电路包括：4路隔离的+24V直流电源、4路由光耦组成的驱动电路，所述IGBT驱动电路的一端与所述PWM输出模块相连，另一端与所述软开关逆变模块相连。
[0011] 其中，用
触摸屏接口电路可替换所述LCD及键盘接口电路。
[0012] 一种实现所述焊接电源系统联机方法，通过所述CAN总线将多台焊接电源系统按照多机大功率输出模式、细丝双丝模式或粗丝双丝模式进行联机。
[0013] 其中，所述多机大功率输出模式为：正极相连作为焊接电源的正极，负极相连作为焊接电源负极，
指定一台焊接电源作为主机，其余焊接电源作为从机，在主机上进行参数设置，从机焊接电源的开启与关闭由主机控制通过CAN总线发送到从机。
[0014] 其中，所述细丝双丝模式为：将两台焊接电源分别作为双丝焊接的主机电源和从机电源，在主机上进行参数设置，参数设置完后通过CAN总线发送到从机。
[0015] 其中，所述粗丝双丝模式为：多台电源系统采用N+N(N≥2)的方式通过CAN总线协同控制实现粗丝双丝的焊接，在该模式中，N台电源系统的正极相连，负极相连，作为双丝焊接的主机电源，另外的N台电源系统的正极相连，负极接地，作为双丝焊接的从机电源，所有的焊接电源输出参数的设置由一台主机焊接电源系统完成，并通过CAN总线发送到其它焊接电源系统。
[0016] 本发明实施例与
现有技术相比，有益效果在于：
[0017] 本发明采用DSP和ARM双芯片控制电路，在一台电源系统上实现了多种焊接方式；
[0018] 本发明通过数字化编程，在不改变电源
硬件电路的情况下实现不同外特性输出，从而满足不同焊接方法工艺要求；
[0019] 本发明通过多台电源系统的联机工作，方便地实现了大功率电源输出；
[0020] 本发明实现了细丝双丝焊接和粗丝双丝焊接，特别是通过CAN总线技术协同控制多台电源系统，实现了2+2或者N+N的粗丝双丝高速焊接。
附图说明
[0021] 图1是本发明的模块化全数字智能焊接电源系统方
框图；
[0022] 图2是本发明大功率输出多机模式的系统组成框图；
[0023] 图3a、图3b是本发明大功率输出多机焊接模式的主从机DSP控制
流程图，其中图3a是主机DSP控制流程图，图3b是主机DSP控制流程图；
[0024] 图4是本发明细丝双丝焊接模式的系统组成框图；
[0025] 图6是本发明的粗丝双丝高速焊接模式的系统组成框图；
[0026] 图7a-图7c是本发明作为粗丝双丝模式高速焊接模式的主从机DSP控制流程图，其中图7a是粗丝双丝模式的电源A的DSP控制流程图，图7b粗丝双丝模式的电源A1的DSP控制流程图，图7c粗丝双丝模式的电源B1/B2的DSP控制流程图。
具体实施方式
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028] 如图1所示，模块化全数字智能焊接电源系统包括主电路101、DSP电源主控板102、ARM人机接口板103、IGBT驱动板104以及实现多机联机协调工作的CAN总线105五部分组成。主电路由输入整流模块、输入滤波模块、软开关逆变模块、高频变压器、输出整流模块和输出滤波模块依次连接组成，输入整流模块与三相交流电源连接，输出滤波模块与负载连接；基于DSP的电源主控板主要包括DSP基本电路、原边电流采样电路、输出电流/电压采样电路、I/O接口电路、保护电路、CAN总线接口电路、RS485接口电路等；基于ARM的人机接口板主要包括ARM基本电路、LCD及键盘接口电路（或触摸屏接口电路）、RS485接口电路、RS232接口电路等；IGBT驱动电路主要包括4路隔离的+24V直流电源、4路由光耦TLP250组成的驱动电路等；所述的DSP电源主控板和ARM人机接口板之间采用RS485协议串行通信，DSP芯片采用TI公司的TMS320LF2812，ARM芯片采用飞利浦公司的LPC2119。
[0029] 工作原理：
[0030] 原边电流采样电路通过互感器（或电流霍尔
传感器）将高频变压器原边电流检测信号送到DSP主控板，经DSP主控板的信号调理电路送到DSP芯片的ADC引脚；输出电流/电压采样电路通过电流/电压霍尔传感器采集焊机输出电流/电压信号送DSP主控板，经DSP主控板的信号调理电路送到DSP芯片的ADC引脚；DSP芯片根据采集的电流、电压信号及焊机设置，完成相应的闭环控制
算法，产生移相PWM
波形，经IGBT驱动电路控制软开关逆变主电路中的IGBT功率模块的占空比，并最终实现所要求的电源外特性输出。在多台电源协同工作的情况下，DSP主控板可通过其CAN总线
通信接口与其他电源进行通信，以实现整个系统的协同控制。其中，ARM芯片中移植了μC/OS-Ⅱ嵌入式
操作系统，实现更加友好的人机接口；所述的DSP芯片采用集成有CAN通信接口模块的高速
数字信号处理芯片，如TI公司的TMS320LF2812；所述的ARM芯片采用集成CAN、RS232、ADC、GPIO等丰富资源的功耗低的32位ARM芯片，如飞利浦公司的LPC2119。
[0031] ARM人机接口控制板具有LCD显示接口及键盘接口电路（或触摸屏接口电路），可实现
人机交流，并通过RS485通信接口实现与DSP主控板的通信，将焊机参数设置发送到DSP主控板，并接收DSP主控板发送来的实时焊接参数值，并在
液晶屏上进行显示。
[0032] 如图2、图3a、图3b所示，为了实现多机大功率输出，多台电源系统的输出连接方式为：正极相连作为焊接电源的正极，负极相连作为焊接电源负极；为了实现多机协调控制，仅需将电源系统A作为主机，电源系统A1、A2等作为从机，在电源系统A上进行参数设置，参数设置完后通过CAN总线发送到A1、A2等，所有电源系统的开启与关闭都由主机控制通过CAN总线发送到从机。
[0033] 如图4所示，为了实现细丝双丝焊接，分别将两台电源系统作为双丝焊接的主电源和从电源，在主机上进行参数设置，参数设置完后通过CAN总线发送到从机。
[0034] 如图6所示，为了实现粗丝双丝的高速焊接，多台电源的输出连接方式为：将电源A和A1的正极相连，负极相连，作为粗丝双丝高速焊接的主机电源，将电源系统B1和B2的正极相连，负极相连，作为粗丝双丝高速焊接的从机电源；为实现多机协调控制，仅需将电源A作为操作控制的主机，其他的电源都作为操作控制的从机，在主机上进行参数设置，参数设置完后通过CAN总线发送到其他从机。
[0035] 图7a、图7b、图7c给出了由2+2方式组成的粗丝双丝焊系统框图以及各电源的DSP控制流程图。由图可知，在作为主机的电源A上按下启动按钮时，主机立即通过CAN总线通知其他从机，所有电源系统同时进入正常焊接控制，此时作为双丝焊主电源的电源A/A1输出的是峰值电流，电源B1/B2则输出基值电流；当电源A/A1的峰值结束后，电源A向电源B1/B2发送切换信号，此后电源A/A1进入基值电流控制阶段，电源B1/B2则进入峰值电流控制阶段；电源A/A1在基值电流时间到后自动转为峰值电流控制阶段，电源B1/B2在峰值电流时间到后自动转为基值阶段；电源A/A1在峰值电流控制时间到后又由电源A向电源B1/B2发送转换信号，使电源B1/B2又由基值阶段转为峰值阶段。如此循环，既保证了主电源一方（电源A/A1）的信号同步，又保证了主电源上的电源和从电源上的电源脉冲输出
相位相差180°。当焊接结束后，主机向其他电源发送停止信号，整个系统在接收到停止信号后停止输出。
[0036] 本发明的首次提出了以多模块协同控制方式实现粗丝双丝的焊接方式，同单
电弧焊接技术相比，粗丝双丝焊作是一种高效化焊接方式，由于两个电弧共同在一个熔池上燃烧，不仅提高了总的焊接热输入，而且改变热量分布的特点，在进行高速焊时能有效避免咬边等多种
缺陷，可以大大提高焊接速度和生产效率，并且可得到优质美观的
焊缝质量。同时，与细丝双丝焊相比，由于系统输出功率更大，熔敷效率更高，特别适合于厚大结构件的高速焊接，如：造船、焊管、
锅炉等。
[0037] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
