CN114406416B - 摇动/旋转电弧焊接***的plc伺服控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置及方法，其装置包括触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器、可编程逻辑控制器、焊接时序控制电路、伺服电机驱动器、串行编程接口；可编程逻辑控制器与焊接时序控制电路和可编程的触摸式焊接参数设置及显示器相连接，并通过电平转换电路与可编程的伺服电机驱动器相连接；伺服电机驱动器与电弧摇动/旋转机构中的伺服电机相连接。通过触摸屏操作方式，选定电弧运动模式(摇动或旋转)，设定摇动/旋转电弧焊接参数，根据伺服电机转动位置信息自动定位电弧摇动中点、检测显示电弧摇动/旋转频率，实现摇动或旋转电弧焊接的精确数字化控制，控制精度高、可编程性好、操作方便、实用性强。

Description

摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置及方法
技术领域
本发明涉及电弧焊接技术领域，涉及一种摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置及方法。
背景技术
熔化极气体保护焊(GMAW)，是一种以气体或气/渣为保护介质的高效电弧焊接方法。应用时，往往需要通过电弧的摆动、摇动或旋转来改善焊缝成形。特别是，在窄间隙焊接时，需要通过电弧的摇动或旋转运动来调节焊接电弧热输入，以解决窄间隙坡口两侧壁熔合不良的问题。目前，在摇动/旋转电弧GMAW焊接***中，还存在控制装置集成度不高，电弧摇动/旋转参数设置不方便，电弧摇动中点定位精度不高，电弧摇动中点定位以及电弧摇动/旋转频率检测操作复杂等不足。
中国专利申请号为CN201110086289.X、名称为“摇动电弧窄间隙焊接***的控制方法及装置”，公开了一种基于双单片机的摇动电弧窄间隙焊接***的控制方法及装置，其焊接***由摇动电弧焊炬和控制器构成，其控制器具有互连的两单片机，第一单片机通过旋转编码器和硬件按钮来分时设定摇动工艺参数、并发送到第二单片机；光电开关将检测的电弧摇动轨迹中点电信号送入第二单片机，实现电弧摇动中点的焊前自动定位；光电开关将检测的电弧摇动频率电信号送入第二单片机，实现电弧摇动频率的自动检测；第二单片机输出控制信号，通过驱动器转动空心轴电机，带动焊丝/电弧围绕焊炬中心轴线作往复式圆弧形摇动或单向圆周形摇动，实现摇动电弧窄间隙焊接。其缺点是：①控制装置结构分散，需要两块单片机参与控制，控制电路比较复杂；②通过光电开关等附加装置来实现电弧摇动中点定位和摇动频率检测，其定位和检测精度不高；③通过旋转编码器和硬件按钮相互配合来设置焊接参数，操作不方便；④采用汇编语言来编写控制程序，程序编写比较复杂，可编程性不够好，且不易于控制功能扩展和后期维护；⑤适用范围窄，仅可用于摇动电弧焊接。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术存在的问题和不足，提供一种控制精度高、可编程性好、多功能、操作方便、实用性强的摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置及方法。
本发明以可编程逻辑控制器(PLC)为控制核心，通过触摸屏来设置摇动/旋转电弧焊接参数、进行焊接过程操作，通过伺服电机内置旋转编码器提供的电机转动角位置信息、实现电弧摇动中点自动定位和电弧摇动/旋转频率实时检测，通过可编程逻辑控制器(PLC)控制伺服电机转动、带动从焊炬导电杆机构中斜向伸出焊丝端部电弧作圆弧形摇动或单向旋转运动，实现对摇动/旋转电弧焊接的精确数字化控制。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置，所述摇动/旋转电弧焊接***包括摇动/旋转电弧焊炬和PLC伺服控制装置4，其中所述摇动/旋转电弧焊炬包括电弧运动机构2和导电杆机构3，焊丝5从所述导电杆机构3中斜向伸出后产生焊接电弧6；所述PLC伺服控制装置4包括触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10、可编程逻辑控制器11、焊接时序控制电路9、电平转换电路12、伺服电机驱动器13，以及第一串行编程接口14、第二串行编程接口15和第三串行编程接口16；所述可编程逻辑控制器11分别与所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10、焊接时序控制电路9和伺服电机驱动器13相连接；所述电平转换电路12的一端与所述可编程逻辑控制器11相连接、另一端与所述伺服电机驱动器13相连接，所述伺服电机驱动器13与所述电弧运动机构2中的伺服电机17相连接；所述第一串行编程接口14与所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10相连接，所述第二串行编程接口15与所述可编程逻辑控制器11相连接，所述第三串行编程接口16与所述伺服电机驱动器13相连接。
进一步，摇动电弧焊接时，所述电平转换电路12包括集电极转差分电路1201和差分转集电极电路1202，此时所述集电极转差分电路1201的输入端与所述可编程逻辑控制器11的P0接口相连接、输出端与所述伺服电机驱动器13的D0接口相连接，所述差分转集电极电路1202的输入端与所述伺服电机驱动器13的D1接口相连接、输出端与所述可编程逻辑控制器11的P1接口相连接；或者，旋转电弧焊接时，所述电平转换电路12包括集电极转差分电路1201，此时所述集电极转差分电路1201的输入端与所述可编程逻辑控制器11的P0接口相连接、输出端与所述伺服电机驱动器13的D0接口相连接。
为达到上述目的，本发明采用如下另一技术方案予以实现。
一种摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置的控制方法，包括如下步骤：
步骤1、选定电弧运动模式：在所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10触摸屏的主界面101中，通过按下用于摇动电弧模式选择的触摸按钮18、或按下用于旋转电弧模式选择的触摸按钮19，来选定电弧运动模式，并将其模式设定存入所述可编程逻辑控制器11；
步骤2、设定摇动/旋转电弧焊接参数：摇动电弧模式下，在所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10触摸屏的第一菜单界面101a中，通过用于摇动参数设置的触摸按钮20及其产生的第一子菜单界面，来设置电弧摇动参数，并将其设定值存入所述可编程逻辑控制器11；或者，旋转电弧模式下，在所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10触摸屏的第二菜单界面101b中，通过用于旋转频率设置的触摸按钮26及其产生的第二子菜单界面，来设置电弧旋转频率，并将其设定值存入所述可编程逻辑控制器11；在所述触摸屏中，按下用于试气的操作按钮、焊前调节焊接保护气流量，或还通过按下用于电机摇动测试或旋转测试的操作按钮、焊前测试电机运行状态；
步骤3、焊丝/电弧摇动中点自动定位：摇动电弧焊前，在所述触摸屏的第一菜单界面101a中，直接按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，或在按下用于摇动中点定位的触摸按钮23后产生的第三子菜单界面中、按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，可编程逻辑控制器11按照焊丝/电弧摇动中点自动定位方法，通过所述伺服电机驱动器13引导所述伺服电机17转动至事先设置的焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置处，使从所述电弧运动机构2中斜向伸出的焊丝5自动指向焊接正前方或正后方，实现所述焊丝/电弧摇动中点的焊前自动定位；
步骤4、实现摇动/旋转电弧焊接：摇动电弧模式下，在所述触摸屏的第一菜单界面101a中，按下用于摇动电弧焊接启动的触摸按钮24后，可编程逻辑控制器11按照事先设定的摇动电弧焊接时序控制参数，通过所述焊接时序控制电路9引燃焊接电弧6；再按照上述所述步骤2所设定的电弧摇动参数，通过所述伺服电机驱动器13使所述伺服电机17转动，带动从所述焊炬的导电杆机构3中斜向伸出焊丝5端部的电弧6、围绕焊炬中心线37作一定半径的往复式圆弧形摇动7，并通过焊丝/电弧摇动频率检测方法、实时检测并显示焊丝/电弧的摇动频率，实现摇动电弧焊接；需要时，在第一菜单界面101a中，按下用于摇动电弧焊接停止的触摸按钮25后，停止摇动电弧焊接；
或者，旋转电弧模式下，在所述触摸屏的第二菜单界面101b中，按下用于旋转电弧焊接启动的触摸按钮29后，可编程逻辑控制器11按照事先设定的旋转电弧焊接时序控制参数，通过所述焊接时序控制电路9引燃焊接电弧6；再按照上述所述步骤2所设定的电弧旋转频率，通过所述伺服电机驱动器13使所述伺服电机17单向旋转，带动从所述焊炬的导电杆机构3中斜向伸出焊丝5端部的电弧6、围绕焊炬中心线37作一定半径的单向旋转运动8，并通过焊丝/电弧旋转频率检测方法、实时检测并显示焊丝/电弧的旋转频率，实现旋转电弧焊接；需要时，在第二菜单界面101b中，按下用于旋转电弧焊接停止的触摸按钮30后，停止旋转电弧焊接。
进一步，步骤2中，所述焊前测试电机运行状态的具体方法和步骤是：
在第一菜单界面101a中，直接按下用于电机摇动测试的触摸按钮后，或在按下用于摇动参数设置的触摸按钮20后产生的第一子菜单中、按下用于电机摇动测试的触摸按钮后，或在按下用于试气/电机摇动测试的触摸按钮21后生成的第四子菜单中、按下用于电机摇动测试的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器11按照所设定的电弧摇动参数，通过所述伺服电机驱动器13使所述伺服电机17作往复式摇动，并通过上述步骤4中所述的焊丝/电弧摇动频率检测方法、实时检测并显示电机摇动频率，实现对电机摇动的焊前测试；
或者，在第二菜单界面101b中，直接按下用于电机旋转测试的触摸按钮后，或在按下用于旋转频率设置的触摸按钮26后生成的第二子菜单界面中、按下用于电机旋转测试的触摸按钮后，或在按下用于试气/电机旋转测试的触摸按钮27后生成的第五子菜单中、按下用于电机旋转测试的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器11按照所设定的电弧旋转频率，通过所述伺服电机驱动器13使所述伺服电机17作单向旋转，并通过上述步骤4中所述的焊丝/电弧旋转频率检测方法、实时检测并显示电机旋转频率，实现对电机旋转的焊前测试。
进一步，步骤2中，所述焊前调节焊接保护气流量的具体方法和步骤是：
在第一菜单界面101a中，直接按下用于试气的触摸按钮后，或在按下用于试气/电机摇动测试的触摸按钮21后生成的第四子菜单中、按下用于试气的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器11通过所述焊接时序控制电路9打开气阀，然后手动调节焊接保护气流量至所需值，从而实现摇动电弧焊接保护气流量的焊前调节；
或者，在第二菜单界面101b中，直接按下用于试气的触摸按钮后，或在按下用于试气/电机旋转测试的触摸按钮27后生成的第五子菜单中、按下用于试气的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器11通过所述焊接时序控制电路9打开气阀，然后手动调节焊接保护气流量至所需值，从而实现旋转电弧焊接保护气流量的焊前调节。
进一步，用于摇动电弧焊时，所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10触摸屏的操作界面仅包括第一菜单界面101a及其子菜单界面；或者，用于旋转电弧焊时，所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10触摸屏的操作界面仅包括第二菜单界面101b及其子菜单界面。
进一步，在第一菜单界面101a及其子菜单中，完成相应操作后，使用于相应操作的触摸按钮变色、或使用于相应操作的触摸按钮旁的虚拟指示灯变色，以提示完成了相应的操作；或者，在第二菜单界面101b及其子菜单中，完成相应操作后，使用于相应操作的触摸按钮变色、或使用于相应操作的触摸按钮旁的虚拟指示灯变色，以提示完成了相应的操作。
进一步，步骤3中，所述焊丝/电弧摇动中点C的事先设置方法，包括如下两种：
第一种方法：在焊炬初次调试时、或在更换导电杆机构3后，在所述触摸屏中按下用于点动控制的触摸按钮，让所述伺服电机17慢速转动，使从所述电弧运动机构2中斜向伸出的焊丝5指向焊接正前方或正后方；然后，通过与第三串行编程接口16一端相连接的外部计算机，并在该外部计算机端使用所述伺服电机驱动器13的伺服驱动软件，在所述伺服电机驱动器13中，将此时伺服电机17的转动角位置设定为焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置，从而实现对焊丝/电弧摇动中点C的事先设置；
第二种方法：在焊炬初次调试时、或在更换导电杆机构3后，在所述触摸屏中按下用于点动控制的触摸按钮，让所述伺服电机17慢速转动，使从所述电弧运动机构2中斜向伸出的焊丝5指向焊接正前方或正后方；然后，在所述触摸屏的第一菜单界面101a中，直接按下用于摇动中点设置的触摸按钮后，或在按下用于摇动中点定位的触摸按钮23后生成的第三子菜单中、按下用于摇动中点设置的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器11通过其输出端C2发出用于摇动中点设置的启动信号；最后，所述伺服电机驱动器13通过其输入端ZST接受该启动信号后，读取此时所述伺服电机17的转动角位置值，并将该转动角位置值设定为焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置，从而实现对焊丝/电弧摇动中点的事先设置。
进一步，步骤3中，所述焊丝/电弧摇动中点自动定位方法，包括如下步骤：
1)在所述触摸屏中，直接按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，或在按下用于摇动中点定位的触摸按钮23后产生的第三子菜单界面中、按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器11通过其输出端C2或还包括C3、发出用于摇动中点自动定位的启动脉冲信号31；
2)所述伺服电机驱动器13通过其输入端ZST或还包括ZLS、接受该启动脉冲信号31后，启动事先通过第三串行编程接口16写入所述伺服电机驱动器13的摇动中点自动定位程序，慢速转动所述电弧运动机构2中的伺服电机17；
3)根据所述伺服电机17中的编码器1702输出的电机转动角位置编码信号，所述伺服电机驱动器13实时检测电机转角，引导所述伺服电机17转动至事先设定的焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置处时，使从所述电弧运动机构2中斜向伸出的焊丝5自动指向焊接正前方或正后方，从而实现焊丝/电弧摇动中点的焊前自动定位。
进一步，步骤4中，所述焊丝/电弧摇动频率检测方法，包括如下两种：
第一种方法：当伺服电机17通过所述焊炬的导电杆机构3带动焊丝5或电弧6摇动至左极限位置L1或右极限位置R1时，伺服电机驱动器13通过其输出端PN发出一个焊丝/电弧摇动定位完成标志位脉冲信号36，可编程逻辑控制器11通过其输入端C0接收所述摇动定位完成标志位脉冲信号36后，通过计算连续三个该定位完成标志位脉冲信号36之间的时间间隔T1，实现对焊丝/电弧摇动频率f1的实时检测，其中f1＝1/T1；然后，发送给所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10，并在所述触摸屏的第一菜单界面101a中的摇动频率显示窗口22中，实时显示摇动频率值；
第二种方法：在焊丝5/电弧6围绕焊炬中心线37作圆弧形摇动7过程中，伺服电机驱动器13根据所述伺服电机17内置编码器1702输出的电机转动角位置编码信号、实时检测电机转动角位置，当所述伺服电机17每次经过所述摇动中点C所对应的电机转动中点位置时、伺服电机驱动器13就可通过其输出端OCEM发出一个焊丝/电弧摇动中点标志位脉冲信号38，可编程逻辑控制器11通过其输入端C1接收所述摇动中点标志位脉冲信号38后，通过计算连续三个该摇动中点标志位脉冲信号38之间的时间间隔T1，实现对焊丝/电弧摇动频率f1的实时检测，其中f1＝1/T1；然后，发送给所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10，并在所述触摸屏的第一菜单界面101a中的摇动频率显示窗口22中，实时显示摇动频率值。
进一步，步骤4中，所述焊丝/电弧旋转频率检测方法，包括如下步骤：
在焊丝5/电弧6围绕焊炬中心线37作单向旋转运动8过程中，伺服电机驱动器13根据伺服电机17内置编码器1702输出的电机转动角位置编码信号，实时检测电机转动角位置；当焊丝5/电弧6每旋转一周，伺服电机驱动器13就可通过其输出端OCEM发出一个标志位脉冲电信号；可编程逻辑控制器11通过其输入端C1接收该标志位脉冲电信号后，通过计算连续两个该标志位脉冲电信号之间的时间间隔T2，实现对焊丝/电弧旋转频率f2的实时检测，其中f2＝1/T2；然后，发送给所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10，并在所述触摸屏的第二菜单界面101b中的旋转频率显示窗口28中，实时显示旋转频率值。
与现有同类技术相比，本发明的优点和有益效果主要是：
1)采用可编程逻辑控制器(PLC)作为控制核心，可通过串行通讯接口进行软件编程和在线升级，***可编程性好、可靠性高、实施成本低。
2)通过触摸屏来设置和显示摇动/旋转电弧焊接参数、进行焊接过程操作，人机界面友好，操作方便快捷，简化了人机接口电路设计，提高了实用性。
3)通过伺服电机内置的旋转编码器，可实时反馈电机转动角位置，不需用外加传感检测装置，即可方便地实现电弧摇动中点定位和电弧摇动/旋转频率检测，从而简化了控制电路设计，提高了检测和控制精度。
4)具有摇动电弧焊接和旋转电弧焊接的双重控制功能。选用摇动或旋转电弧焊接模式，配用不同的电弧摇动/旋转工艺参数，可实现对电弧运动轨迹的灵活、精确数字化控制，满足不同的焊接应用需求。
附图说明
图1为摇动/旋转电弧焊接***原理图。图中，1—送丝机；2—电弧运动机构；3—导电杆机构；4—PLC伺服控制装置；5—焊丝；6—电弧；7—圆弧形摇动；8—单向旋转运动；37—焊炬中心线；C—焊丝/电弧摇动中点。
图2为摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置构成图。图中，9—焊接时序控制电路；10—触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器；11—可编程逻辑控制器；12—电平转换电路；13—伺服电机驱动器；14—第一串行编程接口；15—第二串行编程接口；16—第三串行编程接口；17—伺服电机；1701—摇动/旋转控制马达；1702—编码器。
图3为用于摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示的触摸按钮及显示窗口布局图。图中，101—触摸屏主界面；101a—第一菜单界面；101b—第二菜单界面；18—用于摇动电弧模式选择的触摸按钮；19—用于旋转电弧模式选择的触摸按钮；20—用于摇动参数设置的触摸按钮；21—用于摇动电弧焊前试气/摇动测试的触摸按钮；22—用于摇动频率显示的窗口；23—用于摇动中点定位的触摸按钮；24—用于摇动电弧焊接启动的触摸按钮；25—用于摇动电弧焊接停止的触摸按钮；26—用于旋转频率设置的触摸按钮；27—用于旋转电弧焊前试气/旋转测试的触摸按钮；28—用于旋转频率显示的窗口；29—用于旋转电弧焊接启动的触摸按钮；30—用于旋转电弧焊接停止的触摸按钮。
图4为摇动/旋转频率检测及摇动中点定位电路实施例。图中，1201—集电极转差分电路；1202—差分转集电极电路；D0—电机运行控制信号输入端；D1—编码器解码信号输出端；P0—电机运行控制信号输出端；P1—电机转动位置信号输入端；PN—定位完成信号输出端；OCEM—标志位信号输出端；ZST—定位启动端；ZLS—原点减速端；C0、C1、C2和C3，为可编程逻辑控制器11的输入/输出接口。
图5为摇动中点自动定位工作时序图。图中，31—用于摇动中点自动定位的启动脉冲信号；32—摇动中点自动定位时电机运行状态曲线；33—摇动中点标志位脉冲信号；34—摇动中点自动定位完成标志位脉冲信号。
图6为电弧圆弧形摇动示意图。图中，L1—焊丝/电弧摇动的左极限位置；R1—焊丝/电弧摇动的右极限位置。
图7为电弧摇动频率检测方法一的工作时序图。图中，35—焊丝/电弧摇动状态曲线；36—焊丝/电弧摇动定位完成标志位脉冲信号；T1—焊丝/电弧摇动周期。
图8为电弧摇动频率检测方法二的工作时序图。图中，38—焊丝/电弧摇动中点标志位脉冲信号。
图9为电弧旋转运动示意图。图中，L2—焊丝/电弧旋转的左极限位置；R2—焊丝/电弧旋转的右极限位置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为摇动/旋转电弧焊接***构成及原理图。摇动/旋转电弧焊接***包括摇动/旋转电弧焊炬和PLC伺服控制装置4，其摇动/旋转电弧焊炬包括电弧运动机构2和导电杆机构3。焊丝5从送丝机1中送出，经过电弧运动机构2后从所述焊炬的导电杆机构3中斜向送出；PLC伺服控制装置4控制电弧运动机构2中的伺服电机17，再通过其伺服电机17直接驱动或通过传动机构驱动导电杆机构3，带动从导电杆机构3中斜向送出的焊丝5端部的电弧6，围绕焊炬中心线37作一定半径的圆弧形摇动7或单向旋转运动8，实现摇动/旋转电弧焊接。其中，所述伺服电机17包括可集成为一体的摇动/旋转控制马达1701和编码器1702，所述电弧运动机构2包括折弯导电杆式、折弯导电嘴式、斜接导电嘴式、偏心导电嘴式等形式，焊前通过选配相应的导电杆或导电嘴，来设定电弧的摇动或旋转半径。
图2为摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置构成图。所述PLC伺服控制装置4包括：可编程逻辑控制器(PLC)11、触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10、焊接时序控制电路9、电平转换电路12、伺服电机驱动器13，以及第一串行编程接口14、第二串行编程接口15、第三串行编程接口16。其中，可编程逻辑控制器11通过串行接口与所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10相连接，通过并行接口与焊接时序控制电路9相连接，通过电平转换电路12与伺服电机驱动器13相连接；可编程逻辑控制器11的其余输入/输出接口，根据需要直接与伺服电机驱动器13相连接；伺服电机驱动器13与所述电弧运动机构2中的伺服电机17相连接；第一串行编程接口14与所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10相连接，以便通过上位机事先对触摸屏进行编程；第二串行编程接口15与可编程逻辑控制器11相连接，以便通过上位机事先对可编程逻辑控制器11进行编程；第三串行编程接口16与伺服电机驱动器13相连接，以便通过上位机事先对伺服电机驱动器13进行编程。另外，焊接时序控制参数，可通过编程事先写入可编程逻辑控制器11中，也可以通过所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10中的菜单来设置；所述伺服电机驱动器13优选市售型。
控制器运行时，在所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10的触摸屏中，根据焊接工艺需要，通过触摸按钮操作方式选择焊接模式(摇动或旋转电弧焊接)后，设置并显示摇动/旋转电弧焊接工艺参数，并将该参数设定值送入可编程逻辑控制器11中存储；当在所述触摸屏中按下用于启动焊接或停止焊接的触摸按钮后，可编程逻辑控制器11通过焊接时序控制电路9，可实现对焊接时序(如，启动焊接、提前送气、电弧滞后摇动/旋转、停止焊接、焊丝滞后停止摇动/旋转、滞后断气)的控制；可编程逻辑控制器11，在通过直接握手方式向所述伺服电机驱动器13发送伺服使能信号、打开所述伺服电机驱动器13的伺服使能功能后，发出用于电机运行控制的脉冲信号，并通过电平转换电路12进行电平转换后，送入伺服电机驱动器13的电机运行控制信号输入端，使伺服电机17中的摇动/旋转控制马达1701按设定的运动频率进行转动。
摇动电弧焊接时，所述伺服电机17中的编码器1702为绝对值型旋转编码器。此时，所述编码器1702输出的电机转动位置编码信号，一方面用于在伺服电机驱动器13内对电机转动位置的伺服控制，另一方面经伺服电机驱动器13解码后转化为位置脉冲电信号，用于对焊丝/电弧摇动角度的实时控制；经过电平转换电路12进行电平转换后，可编程逻辑控制器11接受到该解码后的位置脉冲电信号，计算出电机转动的实时角位置值，以控制所述伺服电机17的转动角度，从而按设定值实现对焊丝/电弧摇动角度的控制。旋转电弧焊接时，所述伺服电机17中的编码器1702为绝对值型或增量式旋转编码器，此时根据所述编码器1702输出的电机转动位置编码信号，伺服电机驱动器13可直接完成对电机单向旋转位置的伺服控制，无需将所述编码器1702的电机转动位置编码信号再反馈给可编程逻辑控制器11。
同时，根据伺服电机驱动器13输出的电机转动定位完成标志位信号或电机转动标志位信号，可编程逻辑控制器11可计算出焊丝/电弧的摇动频率或旋转频率，并送入所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10，在其触摸屏的显示区域中实时显示焊丝/电弧摇动频率或旋转频率，以用于监控。当需要停止焊丝/电弧的摇动或旋转时，在所述触摸屏中按下用于停止焊接的触摸按钮后，可编程逻辑控制器11即刻停止发送电机运行控制脉冲信号，使所述伺服电机17停止转动，并可发出信号关闭所述伺服电机驱动器13的伺服使能功能，使所述伺服电机17处于关闭状态。
触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10的实施例1：用于摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示的触摸按钮及显示窗口布局图，如图3所示。在用于焊接模式选择的触摸屏主界面101中，触摸按钮包括用于摇动电弧模式选择的触摸按钮18、以及用于旋转电弧模式选择的触摸按钮19；在摇动电弧模式下的第一菜单界面101a中，触摸按钮可包括：用于摇动参数设置的触摸按钮20、用于摇动电弧焊前试气/摇动测试的触摸按钮21、用于摇动中点定位的触摸按钮23、用于摇动电弧焊接启动的触摸按钮24、以及用于摇动电弧焊接停止的触摸按钮25，另外还设有用于摇动频率显示的窗口22；在旋转电弧模式下的第二菜单界面101b中，触摸按钮可包括：用于旋转频率设置的触摸按钮26、用于旋转电弧焊前试气/旋转测试的触摸按钮27、用于旋转电弧焊接启动的触摸按钮29、用于旋转电弧焊接停止的触摸按钮30，另外还设有用于旋转频率显示的窗口28。
此外，根据需要，在第一菜单界面101a和第二菜单界面101b中、或在第一菜单界面101a和第二菜单界面101b的子菜单中，可分别设置用于焊接时序控制参数设置的触摸按钮；当用于摇动参数设置的触摸按钮20产生第一子菜单后，可设置电弧摇动参数(包括摇动频率、摇动角度、两侧极限位置处停留时间)；当用于旋转频率设置的触摸按钮26产生第二子菜单后，可设置电弧旋转频率。摇动电弧模式下，在按下用于摇动中点定位的触摸按钮23后产生的第三子菜单中，可设置用于焊丝/电弧摇动中点设置的触摸按钮、以及用于摇动中点自动定位的触摸按钮；或者，在第二菜单界面101b中，不设置用于摇动中点定位的触摸按钮23，而是分别设置用于焊丝/电弧摇动中点设置的触摸按钮(未画出)、以及用于摇动中点自动定位的触摸按钮(未画出)。
触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10的实施例2：当仅用于摇动电弧焊接时，在上述所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10的实施例1的基础上，所述触摸屏的操作界面仅包括第一菜单界面101a及其子菜单，此时第一菜单界面101a升级为触摸屏主界面。
触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10的实施例3：当仅用于旋转电弧焊接时，在上述所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10的实施例1的基础上，所述触摸屏的操作界面仅包括第二菜单界面101b及其子菜单，此时第二菜单界面101b升级为触摸屏主界面。
可编程逻辑控制器11与伺服电机驱动器13连接的实施例：如图4所示，D0为伺服电机驱动器13的电机运行控制信号输入端，D1为伺服电机驱动器13的编码器解码信号输出端，P0为可编程逻辑控制器11的电机运行控制信号输出端，P1为可编程逻辑控制器11的电机转动位置信号输入端。可编程逻辑控制器11从P0端口输出电机运行控制信号，通过所述电平转换电路12中的集电极转差分电路1201进行电平转换后，送入所述伺服电机驱动器13的电机运行控制信号输入端D0；摇动电弧焊接时，所述伺服电机驱动器13对来自编码器1702的位置编码信号进行解码后，从D1端口输出电机转动角位置信号，经过所述电平转换电路12中的差分转集电极电路1202进行电平转换后，送入所述可编程逻辑控制器11的P1端口。
此外，用于焊丝/电弧摇动中点的焊前自动定位时，对于所述伺服电机驱动器13来说，定位启动端ZST或还包括原点减速端ZLS用于输入所述摇动中点自动定位的启动信号，标志位信号输出端OCEM用于向所述可编程逻辑控制器11发出到达摇动中点时的标志信号，定位完成信号输出端PN用于向所述可编程逻辑控制器11发出摇动中点自动定位的完成信号；在焊丝/电弧摇动中点的首次设置时，定位启动端ZST用于输入所述摇动中点设置的确认信号。在焊丝/电弧摇动频率检测时，根据从所述标志位信号输出端OCEM发出的摇动中点标志位信号，或根据从所述定位完成信号输出端PN发出的定位完成信号，所述可编程逻辑控制器11可实现对焊丝/电弧摇动频率的实时检测；用于焊丝/电弧旋转频率检测时，标志位信号输出端OCEM用于向所述可编程逻辑控制器11发出电机旋转一周的标志位脉冲电信号。
摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制方法的实施例：基于上述所述摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置的控制方法，包括如下步骤：
①选定电弧运动模式：在所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10触摸屏的主界面101中，通过按下用于摇动电弧模式选择的触摸按钮18、或按下用于旋转电弧模式选择的触摸按钮19，来选定电弧运动模式，并将其模式设定存入所述可编程逻辑控制器11；
②设定摇动/旋转电弧焊接参数：摇动电弧模式下，在所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10触摸屏的第一菜单界面101a中，通过用于摇动参数设置的触摸按钮20及其产生的第一子菜单界面，来设置电弧摇动参数，并将其设定值存入所述可编程逻辑控制器11；或者，旋转电弧模式下，在所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10触摸屏的第二菜单界面101b中，通过用于旋转频率设置的触摸按钮26及其产生的第二子菜单界面，来设置电弧旋转频率，并将其设定值存入所述可编程逻辑控制器11；在所述触摸屏中，按下用于试气的操作按钮、焊前调节焊接保护气流量，或还通过按下用于电机摇动测试或旋转测试的操作按钮、焊前测试电机运行状态；
③焊丝/电弧摇动中点自动定位：摇动电弧焊前，在所述触摸屏的第一菜单界面101a中，直接按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，或在按下用于摇动中点定位的触摸按钮23后产生的第三子菜单界面中、按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，可编程逻辑控制器11按照焊丝/电弧摇动中点自动定位方法，通过所述伺服电机驱动器13引导所述伺服电机17转动至事先设置的焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置处，使从所述电弧运动机构2中斜向伸出的焊丝5自动指向焊接正前方或正后方，实现所述焊丝/电弧摇动中点的焊前自动定位；
④实现摇动/旋转电弧焊接：摇动电弧模式下，在所述触摸屏的第一菜单界面101a中，按下用于摇动电弧焊接启动的触摸按钮24后，可编程逻辑控制器11按照事先设定的摇动电弧焊接时序控制参数，通过所述焊接时序控制电路9引燃焊接电弧6；再按照上述所述步骤②所设定的电弧摇动参数，通过所述伺服电机驱动器13使所述伺服电机17转动，带动从所述焊炬的导电杆机构3中斜向伸出焊丝5端部的电弧6、围绕焊炬中心线37作一定半径的往复式圆弧形摇动7，并通过焊丝/电弧摇动频率检测方法、实时检测并显示焊丝/电弧的摇动频率，实现摇动电弧焊接；需要时，在第一菜单界面101a中，按下用于摇动电弧焊接停止的触摸按钮25后，停止摇动电弧焊接；
或者，旋转电弧模式下，在所述触摸屏的第二菜单界面101b中，按下用于旋转电弧焊接启动的触摸按钮29后，可编程逻辑控制器11按照事先设定的旋转电弧焊接时序控制参数，通过所述焊接时序控制电路9引燃焊接电弧6；再按照上述所述步骤②所设定的电弧旋转频率，通过所述伺服电机驱动器13使所述伺服电机17单向旋转，带动从所述焊炬的导电杆机构3中斜向伸出焊丝5端部的电弧6、围绕焊炬中心线37作一定半径的单向旋转运动8，并通过焊丝/电弧旋转频率检测方法、实时检测并显示焊丝/电弧的旋转频率，实现旋转电弧焊接；需要时，在第二菜单界面101b中，按下用于旋转电弧焊接停止的触摸按钮30后，停止旋转电弧焊接。
在上述所述步骤②中，焊前测试电机运行状态时，在第一菜单界面101a中，直接按下用于电机摇动测试的触摸按钮(未画出)后，或在按下用于摇动参数设置的触摸按钮20后产生的第一子菜单中、按下用于电机摇动测试的触摸按钮后，或在按下用于试气/电机摇动测试的触摸按钮21后生成的第四子菜单中、按下用于电机摇动测试的触摸按钮(未画出)后，可编程逻辑控制器11按照所设定的电弧摇动参数，通过所述伺服电机驱动器13使所述伺服电机17作往复式摇动，并通过上述步骤④中所述的焊丝/电弧摇动频率检测方法、实时检测并显示电机摇动频率，实现对电机摇动的焊前测试；
或者，在第二菜单界面101b中，直接按下用于电机旋转测试的触摸按钮(未画出)后，或在按下用于旋转频率设置的触摸按钮26后生成的第二子菜单界面中、按下用于电机旋转测试的触摸按钮(未画出)后，或在按下用于试气/电机旋转测试的触摸按钮27后生成的第五子菜单中、按下用于电机旋转测试的触摸按钮(未画出)后，可编程逻辑控制器11按照所设定的电弧旋转频率，通过所述伺服电机驱动器13使所述伺服电机17作单向旋转，并通过上述步骤④中所述的焊丝/电弧旋转频率检测方法、实时检测并显示电机旋转频率，实现对电机旋转的焊前测试。
在上述所述步骤②中，焊前调节焊接保护气流量时，在第一菜单界面101a中，直接按下用于试气的触摸按钮(未画出)后，或按下用于试气/电机摇动测试的触摸按钮21后生成的第四子菜单中、按下用于试气的触摸按钮(未画出)后，可编程逻辑控制器11通过所述焊接时序控制电路9打开气阀，然后手动调节焊接保护气流量至所需值，从而实现摇动电弧焊接保护气流量的焊前调节；
或者，在第二菜单界面101b中，直接按下用于试气的触摸按钮(未画出)后，或按下用于试气/电机旋转测试的触摸按钮27后生成的第五子菜单中、按下用于试气的触摸按钮(未画出)后，可编程逻辑控制器11通过所述焊接时序控制电路9打开气阀，然后手动调节焊接保护气流量至所需值，从而实现旋转电弧焊接保护气流量的焊前调节。
对于上述所述控制方法，在第一菜单界面101a及其子菜单中，完成相应操作后，使用于相应操作的触摸按钮变色、或使用于相应操作的触摸按钮旁的虚拟指示灯变色，以提示完成了相应的操作；或者，在第二菜单界面101b及其子菜单中，完成相应操作后，使用于相应操作的触摸按钮变色、或使用于相应操作的触摸按钮旁的虚拟指示灯变色，以提示完成了相应的操作。例如，上述所述步骤③中，在焊丝5自动指向焊接正前方或正后方后，伺服电机驱动器13可通过其PN端口(见图4)发出用于标识焊丝/电弧摇动中点自动定位完成的标志位脉冲信号34(参见图5)，此时可编程逻辑控制器11可通过其C0端口(参见图4)接受所述摇动中点自动定位完成标志位脉冲信号34后，使所述触摸屏中用于电弧摇动中点自动定位的触摸按钮变色、或使所述用于电弧摇动中点自动定位的触摸按钮旁的虚拟指示灯变色，以提示完成了对焊丝/电弧摇动中点的焊前自动定位。
对于上述所述控制方法，当仅用于摇动电弧焊时，可不包含步骤①，并且不包括与旋转电弧焊相关的操作和控制功能；当仅用于旋转电弧焊时，可不包含步骤①，并且不包括与摇动电弧焊相关的操作和控制功能。
焊丝/电弧摇动中点设置方法的实施例：在上述所述摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制方法实施例的步骤③中，所述焊丝/电弧摇动中点C的事先设置方法包括如下两种：
第一种方法：在焊炬初次调试时、或更换导电杆机构3后，可在所述触摸屏中按下用于点动控制的触摸按钮，让所述伺服电机17慢速转动，使从所述电弧运动机构2中斜向伸出的焊丝5指向焊接正前方或正后方；然后，采用事先通过第三串行编程接口16与伺服电机驱动器13相连接的外部计算机，并在该外部计算机端使用伺服电机驱动器13的伺服驱动软件，将此时电机的转动角位置设定为焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置，存入伺服电机驱动器13中，从而实现对焊丝/电弧摇动中点的事先设置。
第二种方法：在焊炬初次调试时，或更换导电杆机构3后，可在所述触摸屏中按下用于点动控制的触摸按钮，让所述伺服电机17慢速转动，使从所述电弧运动机构2中斜向伸出的焊丝5指向焊接正前方或正后方；然后，在所述触摸屏的第一菜单界面101a中，直接按下用于摇动中点设置的触摸按钮(未画出)后，或在按下用于摇动中点定位的触摸按钮23后生成的第三子菜单中、按下用于摇动中点设置的触摸按钮后，可编程逻辑控制器11可通过其C2端口(参见图4)发出用于摇动中点设置的启动信号；最后，所述伺服电机驱动器13可通过其ZST端口(参见图4)接受该启动信号后，读取此时所述伺服电机17的转动角位置值，并将该转动角位置值设定为焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置，从而实现对焊丝/电弧摇动中点的事先设置。
焊丝/电弧摇动中点自动定位方法的实施例：在上述所述摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制方法实施例的步骤③中，所述焊丝/电弧摇动中点自动定位方法如下：
在所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10的触摸屏中，直接按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，或在按下用于摇动中点定位的触摸按钮23后产生的第三子菜单界面中、按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，可编程逻辑控制器11可通过其C2和C3端口(参见图4)，发出用于摇动中点自动定位的启动脉冲信号31(参见图5)；所述伺服电机驱动器13通过其ZST端口或还包括ZLS端口接受该启动脉冲信号31后，启动事先通过第三串行编程接口16写入所述伺服电机驱动器13的摇动中点自动定位程序，慢速转动所述电弧运动机构2中的伺服电机17，如按如图5中的电机运行状态曲线32；根据所述伺服电机17中的编码器1702输出的电机转动角位置编码信号，所述伺服电机驱动器13实时检测电机转角，引导所述伺服电机17转动至事先设定的焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置处时，电机立即停止转动，使从所述电弧运动机构2中斜向伸出的焊丝5自动指向焊接正前方或正后方，从而实现焊丝/电弧摇动中点的焊前自动定位。
同时，所述伺服电机驱动器13，通过其OCEM端向所述可编程逻辑控制器11的C1端发出摇动中点标志位脉冲信号33，并通过其PN端向所述可编程逻辑控制器11的C0端发出摇动中点自动定位完成标志位脉冲信号34，用作反馈信号。
电弧摇动频率检测方法的实施例：在上述所述摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制方法实施例的步骤④中，所述焊丝/电弧摇动频率检测方法有两种：
第一种方法：如图6和图7所示，OC线段代表圆弧形摇动7轨迹的摇动半径，C为焊丝/电弧摇动中点；在焊丝/电弧摇动状态曲线35中，斜线段代表加速或减速过程。当焊丝5/电弧6围绕焊炬中心线37作左右对称性圆弧形摇动7时，在摇动的左极限位置L1和右极限位置R1处可要使电机停转，以转换摇动方向，或者还可根据需要(如为了提高窄间隙焊接坡口侧壁熔深)、按照设定的两侧极限位置处停留时间作短暂停留；伺服电机17一旦在所述L1和右极限位置R1处停留，伺服电机驱动器13就可通过其PN端(参见图4)发出一个摇动定位完成标志位脉冲信号36；可编程逻辑控制器11通过其C0端口接收所述摇动定位完成标志位脉冲信号36后，通过计算连续三个该定位完成标志位脉冲信号36之间的时间间隔T1，即T1为焊丝/电弧摇动周期，可求得焊丝/电弧的摇动频率f1，其中f1＝1/T1；然后，发送给所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10，并在所述触摸屏的第一菜单界面101a中的摇动频率显示窗口22中，实时显示摇动频率值。
第二种方法：如图6和图8所示，在焊丝5/电弧6围绕焊炬中心线37作圆弧形摇动7的过程中，伺服电机驱动器13根据所述伺服电机17内置编码器1702输出的电机转动角位置编码信号，实时检测电机转动角位置；当所述伺服电机17每次经过所述摇动中点C所对应的电机转动中点位置时，伺服电机驱动器13就可通过其OCEM端(参见图4)发出一个摇动中点标志位脉冲信号38；可编程逻辑控制器11通过其C1端口接收所述摇动中点标志位脉冲信号38后，通过计算连续三个该摇动中点标志位脉冲信号38之间的时间间隔T1，实现对焊丝/电弧摇动频率f1的实时检测，其中f1＝1/T1；然后，发送给所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10，并在所述触摸屏的第一菜单界面101a中的摇动频率显示窗口22中，实时显示摇动频率值。
电弧旋转频率检测方法的实施例：如图9所示，L2为旋转的左极限位置，R2为旋转的右极限位置，OL2线段和OR2线段为旋转半径。在焊丝/电弧围绕焊炬中心线37作单向旋转运动8的过程中，伺服电机驱动器13根据伺服电机17内置编码器1702输出的电机转动角位置编码信号，经解码后实时检测电机转动角位置；焊丝5/电弧6每旋转一周，伺服电机驱动器13就可通过其OCEM端(参见图4)发出一个标志位脉冲电信号；可编程逻辑控制器11通过其C1端口接收该标志位脉冲电信号后，通过计算连续两个该标志位脉冲电信号之间的时间间隔T2，实现对焊丝/电弧旋转频率f2的实时检测，其中f2＝1/T2；然后，发送给所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器10，并在所述触摸屏的第二菜单界面101b中的旋转频率显示窗口28中，实时显示旋转频率值。
另外，本发明的具体实现方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。上述实施例中，未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置，所述摇动/旋转电弧焊接***包括摇动/旋转电弧焊炬和PLC伺服控制装置(4)，其中所述摇动/旋转电弧焊炬包括电弧运动机构(2)和导电杆机构(3)，焊丝(5)从所述导电杆机构(3)中斜向伸出后产生焊接电弧(6)，其特征是：
所述PLC伺服控制装置(4)包括触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器(10)、可编程逻辑控制器(11)、焊接时序控制电路(9)、电平转换电路(12)、伺服电机驱动器(13)，以及第一串行编程接口(14)、第二串行编程接口(15)和第三串行编程接口(16)；所述可编程逻辑控制器(11)分别与所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器(10)、焊接时序控制电路(9)和伺服电机驱动器(13)相连接；所述电平转换电路(12)的一端与所述可编程逻辑控制器(11)相连接、另一端与所述伺服电机驱动器(13)相连接，所述伺服电机驱动器(13)与所述电弧运动机构(2)中的伺服电机(17)相连接；所述第一串行编程接口(14)与所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器(10)相连接，所述第二串行编程接口(15)与所述可编程逻辑控制器(11)相连接，所述第三串行编程接口(16)与所述伺服电机驱动器(13)相连接；
摇动电弧焊接时，所述电平转换电路(12)包括集电极转差分电路(1201)和差分转集电极电路(1202)，此时所述集电极转差分电路(1201)的输入端与所述可编程逻辑控制器(11)的P0接口相连接、输出端与所述伺服电机驱动器(13)的D0接口相连接，所述差分转集电极电路(1202)的输入端与所述伺服电机驱动器(13)的D1接口相连接、输出端与所述可编程逻辑控制器(11)的P1接口相连接；或者，旋转电弧焊接时，所述电平转换电路(12)包括集电极转差分电路(1201)，此时所述集电极转差分电路(1201)的输入端与所述可编程逻辑控制器(11)的P0接口相连接、输出端与所述伺服电机驱动器(13)的D0接口相连接。
2.一种如权利要求1所述的摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置的控制方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤1、选定电弧运动模式：在所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器(10)触摸屏的主界面(101)中，按下用于摇动电弧模式选择的触摸按钮(18)、或按下用于旋转电弧模式选择的触摸按钮(19)，来选定电弧运动模式，并将其模式设定存入所述可编程逻辑控制器(11)；
步骤2、设定摇动/旋转电弧焊接参数：摇动电弧模式下，在所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器(10)触摸屏的第一菜单界面(101a)中，通过用于摇动参数设置的触摸按钮(20)及其产生的第一子菜单界面，来设置电弧摇动参数，并将其设定值存入所述可编程逻辑控制器(11)；或者，旋转电弧模式下，在所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器(10)触摸屏的第二菜单界面(101b)中，通过用于旋转频率设置的触摸按钮(26)及其产生的第二子菜单界面，来设置电弧旋转频率，并将其设定值存入所述可编程逻辑控制器(11)；在所述触摸屏中，按下用于试气的操作按钮、焊前调节焊接保护气流量，或还通过按下用于电机摇动测试或旋转测试的操作按钮、焊前测试电机运行状态；
步骤3、焊丝/电弧摇动中点自动定位：摇动电弧焊前，在所述触摸屏的第一菜单界面(101a)中，直接按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，或在按下用于摇动中点定位的触摸按钮(23)后产生的第三子菜单界面中、按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，可编程逻辑控制器(11)按照焊丝/电弧摇动中点自动定位方法，通过所述伺服电机驱动器(13)引导所述伺服电机(17)转动至事先设置的焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置处，使从所述电弧运动机构(2)中斜向伸出的焊丝(5)自动指向焊接正前方或正后方，实现所述焊丝/电弧摇动中点的焊前自动定位；
步骤4、实现摇动/旋转电弧焊接：摇动电弧模式下，在所述触摸屏的第一菜单界面(101a)中，按下用于摇动电弧焊接启动的触摸按钮(24)后，可编程逻辑控制器(11)按照事先设定的摇动电弧焊接时序控制参数，通过所述焊接时序控制电路(9)引燃焊接电弧(6)；再按照上述所述步骤2所设定的电弧摇动参数，通过所述伺服电机驱动器(13)使所述伺服电机(17)转动，带动从所述焊炬的导电杆机构(3)中斜向伸出焊丝(5)端部的电弧(6)、围绕焊炬中心线(37)作一定半径的往复式圆弧形摇动(7)，并通过焊丝/电弧摇动频率检测方法、实时检测并显示焊丝/电弧的摇动频率，实现摇动电弧焊接；在第一菜单界面(101a)中，按下用于摇动电弧焊接停止的触摸按钮(25)后，停止摇动电弧焊接；
或者，旋转电弧模式下，在所述触摸屏的第二菜单界面(101b)中，按下用于旋转电弧焊接启动的触摸按钮(29)后，可编程逻辑控制器(11)按照事先设定的旋转电弧焊接时序控制参数，通过所述焊接时序控制电路(9)引燃焊接电弧(6)；再按照上述所述步骤2所设定的电弧旋转频率，通过所述伺服电机驱动器(13)使所述伺服电机(17)单向旋转，带动从所述焊炬的导电杆机构(3)中斜向伸出焊丝(5)端部的电弧(6)、围绕焊炬中心线(37)作一定半径的单向旋转运动(8)，并通过焊丝/电弧旋转频率检测方法、实时检测并显示焊丝/电弧的旋转频率，实现旋转电弧焊接；在第二菜单界面(101b)中，按下用于旋转电弧焊接停止的触摸按钮(30)后，停止旋转电弧焊接。
3.根据权利要求2所述的摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置的控制方法，其特征是：步骤2中，所述焊前测试电机运行状态的具体方法和步骤是：
在第一菜单界面(101a)中，直接按下用于电机摇动测试的触摸按钮后，或在按下用于摇动参数设置的触摸按钮(20)后产生的第一子菜单中、按下用于电机摇动测试的触摸按钮后，或在按下用于试气/电机摇动测试的触摸按钮(21)后生成的第四子菜单中、按下用于电机摇动测试的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器(11)按照所设定的电弧摇动参数，通过所述伺服电机驱动器(13)使所述伺服电机(17)作往复式摇动，并通过上述步骤4中所述的焊丝/电弧摇动频率检测方法、实时检测并显示电机摇动频率，实现对电机摇动的焊前测试；
或者，在第二菜单界面(101b)中，直接按下用于电机旋转测试的触摸按钮后，或在按下用于旋转频率设置的触摸按钮(26)后生成的第二子菜单界面中、按下用于电机旋转测试的触摸按钮后，或在按下用于试气/电机旋转测试的触摸按钮(27)后生成的第五子菜单中、按下用于电机旋转测试的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器(11)按照所设定的电弧旋转频率，通过所述伺服电机驱动器(13)使所述伺服电机(17)作单向旋转，并通过上述步骤4中所述的焊丝/电弧旋转频率检测方法、实时检测并显示电机旋转频率，实现对电机旋转的焊前测试。
4.根据权利要求2所述的摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置的控制方法，其特征是：步骤2中，所述焊前调节焊接保护气流量的具体方法和步骤是：
在第一菜单界面(101a)中，直接按下用于试气的触摸按钮后，或在按下用于试气/电机摇动测试的触摸按钮(21)后生成的第四子菜单中、按下用于试气的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器(11)通过所述焊接时序控制电路(9)打开气阀，然后手动调节焊接保护气流量至所需值，从而实现摇动电弧焊接保护气流量的焊前调节；
或者，在第二菜单界面(101b)中，直接按下用于试气的触摸按钮后，或在按下用于试气/电机旋转测试的触摸按钮(27)后生成的第五子菜单中、按下用于试气的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器(11)通过所述焊接时序控制电路(9)打开气阀，然后手动调节焊接保护气流量至所需值，从而实现旋转电弧焊接保护气流量的焊前调节。
5.根据权利要求2所述的摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置的控制方法，其特征是：用于摇动电弧焊时，所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器(10)触摸屏的操作界面仅包括第一菜单界面(101a)及其子菜单界面；或者，用于旋转电弧焊时，所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器(10)触摸屏的操作界面仅包括第二菜单界面(101b)及其子菜单界面。
6.根据权利要求2至5任一所述的摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置的控制方法，其特征是：在第一菜单界面(101a)及其子菜单中，完成相应操作后，使用于相应操作的触摸按钮变色、或使用于相应操作的触摸按钮旁的虚拟指示灯变色，以提示完成了相应的操作；或者，在第二菜单界面(101b)及其子菜单中，完成相应操作后，使用于相应操作的触摸按钮变色、或使用于相应操作的触摸按钮旁的虚拟指示灯变色，以提示完成了相应的操作。
7.根据权利要求2所述的摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置的控制方法，其特征是：步骤3中，所述焊丝/电弧摇动中点C的事先设置方法，包括如下两种：
第一种方法：在焊炬初次调试时、或在更换导电杆机构(3)后，在所述触摸屏中按下用于点动控制的触摸按钮，让所述伺服电机(17)慢速转动，使从所述电弧运动机构(2)中斜向伸出的焊丝(5)指向焊接正前方或正后方；然后，通过与第三串行编程接口(16)一端相连接的外部计算机，并在该外部计算机端使用所述伺服电机驱动器(13)的伺服驱动软件，在所述伺服电机驱动器(13)中，将此时伺服电机(17)的转动角位置设定为焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置，从而实现对焊丝/电弧摇动中点C的事先设置；
第二种方法：在焊炬初次调试时、或在更换导电杆机构(3)后，在所述触摸屏中按下用于点动控制的触摸按钮，让所述伺服电机(17)慢速转动，使从所述电弧运动机构(2)中斜向伸出的焊丝(5)指向焊接正前方或正后方；然后，在所述触摸屏的第一菜单界面(101a)中，直接按下用于摇动中点设置的触摸按钮后，或在按下用于摇动中点定位的触摸按钮(23)后生成的第三子菜单中、按下用于摇动中点设置的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器(11)通过其输出端C2发出用于摇动中点设置的启动信号；最后，所述伺服电机驱动器(13)通过其输入端ZST接受该启动信号后，读取此时所述伺服电机(17)的转动角位置值，并将该转动角位置值设定为焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置，从而实现对焊丝/电弧摇动中点的事先设置。
8.根据权利要求2所述的摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置的控制方法，其特征是：步骤3中，所述焊丝/电弧摇动中点自动定位方法，包括如下步骤：
1)在所述触摸屏中，直接按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，或在按下用于摇动中点定位的触摸按钮(23)后产生的第三子菜单界面中、按下用于摇动中点自动定位的触摸按钮后，所述可编程逻辑控制器(11)通过其输出端C2或还包括C3、发出用于摇动中点自动定位的启动脉冲信号(31)；
2)所述伺服电机驱动器(13)通过其输入端ZST或还包括ZLS、接受该启动脉冲信号(31)后，启动事先通过第三串行编程接口(16)写入所述伺服电机驱动器(13)的摇动中点自动定位程序，慢速转动所述电弧运动机构(2)中的伺服电机(17)；
3)根据所述伺服电机(17)中的编码器(1702)输出的电机转动角位置编码信号，所述伺服电机驱动器(13)实时检测电机转角，引导所述伺服电机(17)转动至事先设定的焊丝/电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置处时，使从所述电弧运动机构(2)中斜向伸出的焊丝(5)自动指向焊接正前方或正后方，从而实现焊丝/电弧摇动中点的焊前自动定位。
9.根据权利要求2所述的摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置的控制方法，其特征是：步骤4中，所述焊丝/电弧摇动频率检测方法，包括如下两种：
第一种方法：当伺服电机(17)通过所述焊炬的导电杆机构(3)带动焊丝(5)或电弧(6)摇动至左极限位置L1或右极限位置R1时，伺服电机驱动器(13)通过其输出端PN发出一个焊丝/电弧摇动定位完成标志位脉冲信号(36)，可编程逻辑控制器(11)通过其输入端C0接收所述摇动定位完成标志位脉冲信号(36)后，通过计算连续三个该定位完成标志位脉冲信号(36)之间的时间间隔T1，实现对焊丝/电弧摇动频率f1的实时检测，其中f1＝1/T1；然后，发送给所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器(10)，并在所述触摸屏的第一菜单界面(101a)中的摇动频率显示窗口(22)中，实时显示摇动频率值；
第二种方法：在焊丝(5)/电弧(6)围绕焊炬中心线(37)作圆弧形摇动(7)过程中，伺服电机驱动器(13)根据所述伺服电机(17)内置编码器(1702)输出的电机转动角位置编码信号、实时检测电机转动角位置，当所述伺服电机(17)每次经过所述摇动中点C所对应的电机转动中点位置时、伺服电机驱动器(13)就可通过其输出端OCEM发出一个焊丝/电弧摇动中点标志位脉冲信号(38)，可编程逻辑控制器(11)通过其输入端C1接收所述摇动中点标志位脉冲信号(38)后，通过计算连续三个该摇动中点标志位脉冲信号(38)之间的时间间隔T1，实现对焊丝/电弧摇动频率f1的实时检测，其中f1＝1/T1；然后，发送给所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器(10)，并在所述触摸屏的第一菜单界面(101a)中的摇动频率显示窗口(22)中，实时显示摇动频率值。
10.根据权利要求2所述的摇动/旋转电弧焊接***的PLC伺服控制装置的控制方法，其特征是：步骤4中，所述焊丝/电弧旋转频率检测方法，包括如下步骤：
在焊丝(5)/电弧(6)围绕焊炬中心线(37)作单向旋转运动(8)过程中，伺服电机驱动器(13)根据伺服电机(17)内置编码器(1702)输出的电机转动角位置编码信号，实时检测电机转动角位置；当焊丝(5)/电弧(6)每旋转一周，伺服电机驱动器(13)就可通过其输出端OCEM发出一个标志位脉冲电信号；可编程逻辑控制器(11)通过其输入端C1接收该标志位脉冲电信号后，通过计算连续两个该标志位脉冲电信号之间的时间间隔T2，实现对焊丝/电弧旋转频率f2的实时检测，其中f2＝1/T2；然后，发送给所述触摸式摇动/旋转电弧焊接参数设置及显示器(10)，并在所述触摸屏的第二菜单界面(101b)中的旋转频率显示窗口(28)中，实时显示旋转频率值。
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CN102398100B (zh) * 2011-04-07 2014-07-23 江苏科技大学 摇动电弧窄间隙焊接***的控制方法及装置
CN102423828B (zh) * 2011-09-30 2013-09-04 哈尔滨利群信和计算机网络科技有限公司 列车钩舌自动焊接修复专机
CN202240072U (zh) * 2011-09-30 2012-05-30 哈尔滨利群信和计算机网络科技有限公司 列车钩舌自动焊接修复专机
CN103639568A (zh) * 2013-12-25 2014-03-19 江苏新瑞峰信息科技有限公司 一种焊接电弧摇动装置
CN107520523B (zh) * 2017-09-30 2020-01-31 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种自动焊接***
CN108890083B (zh) * 2018-07-11 2020-05-12 武汉理工大学 一种可用于钢棒料气体保护焊和埋弧焊的自动控制***
CN109604767B (zh) * 2019-01-30 2021-01-26 浙江师范大学 用于厚板窄间隙gma机器人的智能焊接控制***及方法

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