華恒公司采用Beckhoff基于PC的控制技術(shù)及產(chǎn)品來開發(fā)新一代焊接電源設(shè)備的控制系統(tǒng)。控制器采用的是Beckhoff經(jīng)濟(jì)型面板式PC，金屬外殼，同時，采用了Beckhoff的EtherCAT總線連接外圍I/O。EtherCAT 總線及其 I/O 的快速性以及較強(qiáng)的抗干擾能力有利于確保電流脈沖及波形的精確性。
焊接設(shè)備廣泛應(yīng)用于輪船、鋼鐵、航天航空、汽車制造、建筑、鍋爐以及石化醫(yī)藥等領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計，世界鋼產(chǎn)量50% 以上都需要用焊接設(shè)備將其制成成品。焊接設(shè)備已成為現(xiàn)代工業(yè)最重要的加工工藝裝備之一。07年我國僅電焊機(jī)的產(chǎn)量就達(dá)74 萬多臺。08年受金融風(fēng)暴影響，行業(yè)產(chǎn)能下滑嚴(yán)重。但許多有戰(zhàn)略眼光的公司則利用生產(chǎn)的淡季完成了設(shè)備的更新?lián)Q代。春江水暖鴨先知，隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，作為基礎(chǔ)工業(yè)的焊接設(shè)備更早感知到了行業(yè)的回暖。華恒公司從設(shè)計自己的單片機(jī)控制系統(tǒng)伊始，就一直努力尋求一個統(tǒng)一的開發(fā)平臺來整合和優(yōu)化開發(fā)資源。
坐落于昆山留學(xué)生創(chuàng)業(yè)園區(qū)的華恒焊接設(shè)備公司是國內(nèi)最早從事數(shù)控焊接成套裝備開發(fā)的企業(yè)之一。其主要產(chǎn)品有焊接電源、自動焊專機(jī)以及機(jī)器人等。作為國內(nèi)焊接市場的領(lǐng)導(dǎo)者，華恒焊接堅持以技術(shù)為核心 ，勇于創(chuàng)新，迄今已擁有66項(xiàng)專利技術(shù)。PLASMA、TIG、MIG等焊接裝備市場占有率位居前列。
焊接電源設(shè)備的控制要求及實(shí)現(xiàn)
焊接電源設(shè)備需要整合電流控制、運(yùn)動控制、保護(hù)氣控制、弧長控制及跟蹤、快速診斷等功能。由于焊接設(shè)備的工作環(huán)境惡劣，電流起弧及焊接時會出現(xiàn)較大干擾，因此系統(tǒng)必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力?？刂破鞑捎玫氖荁eckhoff 經(jīng)濟(jì)型面板式PC，金屬外殼，前面板保護(hù)等級達(dá)IP 65。同時，采用了 Beckhoff 的EtherCAT總線連接外圍I/O。EtherCAT總線及其I/O的快速性（總線周期可以遠(yuǎn)小于 1 ms）以及較強(qiáng)的抗干擾能力有利于確保電流脈沖及波形的精確性。采用EtherCAT 總線的另一個原因是其具備優(yōu)異的診斷能力。華恒電氣開48成形工藝/鋼板加工華恒公司的大型管焊專機(jī)發(fā)部組長任輝解釋道：“開始時，我們也擔(dān)心EtherCAT 及其模塊的抗干擾能力，但最終實(shí)踐證明我們的選擇是正確的。而且基于EtherCAT總線的新產(chǎn)品層出不窮，這大大豐富了我們的選型范圍?！?/FONT>
焊接設(shè)備控制框圖：TwinCAT軟件的高度靈活性是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵
焊接電源設(shè)備需要給用戶提供交直流、脈沖等焊接方式。由于采用高頻脈沖焊能夠有效地減少熱積累對焊縫成形造成的影響，使焊縫成形均勻一致，所以對脈沖電流的精確控制是該設(shè)備控制需要實(shí)現(xiàn)的核心功能之一。電流脈沖峰基值時間要求精確到毫秒以下，采用傳統(tǒng)的定時器方式生成的脈沖則無法達(dá)到這么高的精度。在Beckhoff 基于PC 的控制系統(tǒng)中，PLC以固定的周期掃描，不受程序長短影響，且周期最低可至50微秒；此外，PLC 還支持多任務(wù)獨(dú)立運(yùn)行。華恒公司的焊接電源設(shè)備充分利用了TwinCAT PLC 軟件的系統(tǒng)特性來生成電流脈沖：設(shè)立一個快速任務(wù)專門用于處理脈沖，從而使得生成的脈沖精確無誤。在生成的脈沖波形中，峰值和基值電流幅值時間均可靈活設(shè)定調(diào)整，結(jié)合TwinCAT NC功能也很容易實(shí)現(xiàn)電流峰基值時間和旋轉(zhuǎn)速度峰值的同步。同時，電流脈沖邊緣可以鎖定。由TwinCAT 軟件控制的電流自動衰減過程迅速而準(zhǔn)確。
焊接過程中要求橫擺啟動迅速，定位精確，焊接結(jié)束時能自動完成衰減并最終停在原點(diǎn)。TwinCAT 整合了強(qiáng)大的運(yùn)動控制和PLC 控制功能，可以同時控制伺服軸、步進(jìn)軸、液壓軸等。本系統(tǒng)利用NC 驅(qū)動經(jīng)濟(jì)型步進(jìn)電機(jī)軸來實(shí)現(xiàn)此功能。Beckhoff 緊湊型步進(jìn)電機(jī)端子模塊KL2541集成了脈沖控制和驅(qū)動功能，自帶增量編碼器反饋接口，8-50 V寬頻電壓輸入，但體積只有普通端子模塊的兩倍，幾乎就是為華恒小巧的控制柜量身定做的。端子模塊上自帶兩路快速數(shù)字量輸入接口，可用作原點(diǎn)或限位開關(guān)等。模塊可自動偵測A、B相開路，過流、過速、堵轉(zhuǎn)等故障。KL2541內(nèi)部帶有PWM電流控制，可以做到64細(xì)分。最高脈沖頻率為125 K。通過NC功能及MC標(biāo)準(zhǔn)功能塊可以實(shí)現(xiàn)定位、調(diào)速等運(yùn)動控制功能。由于焊接時電弧會發(fā)生變化，若要提高焊接過程的均勻性，必須進(jìn)行弧長跟蹤并快速調(diào)節(jié)焊極與工件的距離，以確?；￠L和設(shè)定的數(shù)值一致。由于動態(tài)實(shí)時調(diào)節(jié)電機(jī)的速度與距離的頻率極高，傳統(tǒng)的基于 PLC 的運(yùn)動控制系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)此功能。采用TwinCAT NC 的運(yùn)動控制功能實(shí)現(xiàn)的弧長跟蹤，效果令人非常滿意。
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