CN218446415U - 一种自动与现场条件匹配的电熔焊机*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动与现场条件匹配的电熔焊机***，属于电熔管件焊接领域，包括：焊机***中央处理单元、环境信息采集单元、人机交互单元、电源单元、解析器、跟随器、执行器、焊接信息反馈单元和通信单元；所述电源单元用于给各模块供电，所述焊机***中央处理单元分别与环境信息采集单元、人机交互单元、解析器、焊接信息反馈单元和通信单元通信连接；所述解析器的输出端与跟随器的输入端连接；所述跟随器的输出端与执行器的输入端连接；所述焊接信息反馈单元用于采集执行器的工作过程中的电压数据、电流数据、频率数据、功率数据和温度数据；本实用新型解决了现有焊机无法根据现场环境变化做出适应性调整的问题。

Description

一种自动与现场条件匹配的电熔焊机***

技术领域

本实用新型涉及电熔管件焊接领域，具体涉及一种自动与现场条件匹配的电熔焊机***。

背景技术

传统电熔焊机由施工现场焊接操作员将电熔管件上附带的焊接参数输入到焊机控制***内，焊机控制***即根据输入的电压/电流及时间参数控制焊机输出，其控制方式为开环控制，只能按设定参数输出，不能根据现场条件变化自动调整。

管件厂商制定的焊接参数是在实验室条件下试验后制定的，而在施工现场由于电源电压、环境温度、湿度、风速、日照、管件与管材之间的配合间隙等，都与试验室的条件有差异，同一规格的管件之间不圆度、内外径尺寸、发热丝电阻等都有所不同，有这些差异存在，就导致实验室的焊接参数不能完全与施工现场条件相匹配，这就需要焊接操作员根据现场条件实时更改焊接参数，更需要现场焊接操作员有较高的焊接技术、现场应变能力、及责任心，操作员的经验、技术、责任心将直接影响焊接质量，而一旦焊接参数不能与现场条件相匹配，就会影响焊接质量，甚至导致焊接失败，造成极大的人力、物力损失，并为管线后期运行埋下较大的安全隐患。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种自动与现场条件匹配的电熔焊机***解决了现有焊机无法根据现场环境变化做出适应性调整的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种自动与现场条件匹配的电熔焊机***，包括：焊机***中央处理单元、环境信息采集单元、人机交互单元、电源单元、解析器、跟随器、执行器、焊接信息反馈单元和通信单元；

所述电源单元的输出端分别与焊机***中央处理单元、环境信息采集单元、人机交互单元、解析器、跟随器、执行器、焊接信息反馈单元和通信单元电连接；所述焊机***中央处理单元分别与环境信息采集单元、人机交互单元、解析器、焊接信息反馈单元和通信单元通信连接；所述解析器的输出端与跟随器的输入端连接；所述跟随器的输出端与执行器的输入端连接；所述焊接信息反馈单元用于采集执行器的工作过程中的电压数据、电流数据、频率数据、功率数据和温度数据。

进一步地，电源单元包括：整流桥H1、电感L1、接地电容C1、防反接二极管D1、稳压二极管TD1、接地电容C2、电源开关S1、线性稳压芯片U1和接地电容C3；

所述整流桥H1的输入端与电源连接，其输出端的一端与电感L1的一端连接，其输出端的另一端接地；所述电感L1的另一端分别与接地电容C1、稳压二极管TD1的负极和防反接二极管D1的正极连接；所述防反接二极管D1的负极与电源开关S1的一端连接；所述稳压二极管TD1的正极接地；所述线性稳压芯片U1的输入端分别与电源开关S1的另一端和接地电容C2连接，其输出端与接地电容C3连接，并作为电源单元的输出端。

进一步地，环境信息采集单元包括：温度采集模块、电源电压采集模块、电源频率采集模块、2个数字滤波模块和2个抗干扰电路模块；

所述电源电压采集模块和电源频率采集模块的输出端各自分别与其中一个数字滤波模块的输入端连接；所述2个数字滤波模块的输出端与2个抗干扰电路模块的输入端一一对应连接；所述2个抗干扰电路模块的输出端分别与焊机***中央处理单元连接；

所述温度采集模块包括：温度传感器、模拟滤波电路和AD温度采集电路；

所述温度传感器的输出端与模拟滤波电路的输入端连接；所述模拟滤波电路的输出端与AD温度采集电路的输入端连接；所述AD温度采集电路的输出端与焊机***中央处理单元连接。

进一步地，模拟滤波电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、接地电容C4、接地电容C5和放大器U2；

所述放大器U2的负输入端分别与电阻R3的一端和电阻R4的一端连接，其正输入端接地，其输出端与电阻R4的另一端连接，并作为模拟滤波电路的输出端连；所述电阻R3的另一端分别与接地电容C5和电阻R2的一端连接；所述电阻R2的另一端分别与接地电容C4和电阻R1的一端连接；所述电阻R1的另一端作为模拟滤波电路的输入端连接。

进一步地，电源电压采集模块和电源频率采集模块均采用AD采集模块。

进一步地，AD采集模块包括：变压器T1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C6、接地电容C7、电容C8、放大器U3、稳压二极管TD2和AD芯片U4；

所述变压器T1的原边作为AD采集模块的输入端，其副边的一端分别与电阻R5的一端和电阻R6的一端连接，其副边的另一端分别与电阻R5的另一端和电阻R7的一端连接；所述放大器U3的反相输入端分别与电阻R6的另一端、电阻R10的一端和电容C8的一端连接，其正相输入端分别与电阻R7的另一端、电阻R8的一端和电容C6的一端连接，其输出端分别与电容C8的另一端、电阻R10的另一端和电阻R9的一端连接；所述电阻R8的另一端与电容C6的另一端连接，并作为AD采集模块的偏置电压端；所述电阻R9的另一端分别与稳压二极管TD2的负极、接地电容C7和AD芯片U4的输入端连接；所述稳压二极管TD2的正极接地；所述AD芯片U4的输出端作为AD采集模块的输出端。

进一步地，焊机***中央处理单元的型号为STM32F103C8T6。

本实用新型的有益效果为：

1、焊机为闭环控制方式，以实验室试验所得数据为标准值，采用高性能单片机，实时检测焊机输入电源电压、输入电流、功率、功率因数、以及被焊管件的电感量等数据，综合计算后，实时调整输出频率、功率、及焊接时间，从而使焊接参数自动与现场条件进行匹配。

当现场环境温度低、湿度高、风速大等外部因素导致管件焊接时散热快，其反馈到控制***的频率、电感量、热量等参数就会低于标准值，***通过计算、分析、比对后，就会加大输出功率，或延长焊接时间，补齐因散热过快而损失的热量。

反之，当现场环境温度高、阳光暴晒、风速小等外部因素导致被焊管件初始温度高、散热少，其反馈到控制***的频率、电感量、热量等参数就会高于标准值，***通过计算、分析、比对后，就会降低输出功率，或减少焊接时间，从而消除因初始温度高、散热慢而多出的热量。

2、焊机具有自动匹配现场条件功能，就不需要人工调整焊接参数，只需要选择与被焊管件相同的规格即可，从而大大降低对现场焊接操作人员的技术及经验要求；

3、焊机具有自动匹配现场条件功能，能有效消除外部环境对焊接的影响，从而大大提高焊接成功率，降低因焊接不合格导致的人力、物力、财产损失、以及安全隐患。

附图说明

图1为一种自动与现场条件匹配的电熔焊机***的***框图；

图2为电源单元的电路图；

图3为模拟滤波电路的电路图；

图4为AD采集模块的电路图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种自动与现场条件匹配的电熔焊机***，包括：焊机***中央处理单元、环境信息采集单元、人机交互单元、电源单元、解析器、跟随器、执行器、焊接信息反馈单元和通信单元；

所述电源单元的输出端分别与焊机***中央处理单元、环境信息采集单元、人机交互单元、解析器、跟随器、执行器、焊接信息反馈单元和通信单元电连接；所述焊机***中央处理单元分别与环境信息采集单元、人机交互单元、解析器、焊接信息反馈单元和通信单元通信连接；所述解析器的输出端与跟随器的输入端连接；所述跟随器的输出端与执行器的输入端连接；所述焊接信息反馈单元用于采集执行器的工作过程中的电压数据、电流数据、频率数据、功率数据和温度数据。

解析器用于解析焊机***中央处理单元的指令，跟随器用于前后级隔离和阻抗匹配，执行器用于执行焊机***中央处理单元的指令。

如图2所示，电源单元包括：整流桥H1、电感L1、接地电容C1、防反接二极管D1、稳压二极管TD1、接地电容C2、电源开关S1、线性稳压芯片U1和接地电容C3；

所述整流桥H1的输入端与电源连接，其输出端的一端与电感L1的一端连接，其输出端的另一端接地；所述电感L1的另一端分别与接地电容C1、稳压二极管TD1的负极和防反接二极管D1的正极连接；所述防反接二极管D1的负极与电源开关S1的一端连接；所述稳压二极管TD1的正极接地；所述线性稳压芯片U1的输入端分别与电源开关S1的另一端和接地电容C2连接，其输出端与接地电容C3连接，并作为电源单元的输出端。

环境信息采集单元包括：温度采集模块、电源电压采集模块、电源频率采集模块、2个数字滤波模块和2个抗干扰电路模块；

所述电源电压采集模块和电源频率采集模块的输出端各自分别与其中一个数字滤波模块的输入端连接；所述2个数字滤波模块的输出端与2个抗干扰电路模块的输入端一一对应连接；所述2个抗干扰电路模块的输出端分别与焊机***中央处理单元连接；

所述温度采集模块包括：温度传感器、模拟滤波电路和AD温度采集电路；

所述温度传感器的输出端与模拟滤波电路的输入端连接；所述模拟滤波电路的输出端与AD温度采集电路的输入端连接；所述AD温度采集电路的输出端与焊机***中央处理单元连接。

如图3所示，模拟滤波电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、接地电容C4、接地电容C5和放大器U2；

所述放大器U2的负输入端分别与电阻R3的一端和电阻R4的一端连接，其正输入端接地，其输出端与电阻R4的另一端连接，并作为模拟滤波电路的输出端连；所述电阻R3的另一端分别与接地电容C5和电阻R2的一端连接；所述电阻R2的另一端分别与接地电容C4和电阻R1的一端连接；所述电阻R1的另一端作为模拟滤波电路的输入端连接。

电源电压采集模块和电源频率采集模块均采用AD采集模块，用于采集工程现场的环境温度、电源电压、电源频率等外部环境信息，采集的信息经滤波、抗干扰等处理后传入中央处理单元。

如图4所示，AD采集模块包括：变压器T1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C6、接地电容C7、电容C8、放大器U3、稳压二极管TD2和AD芯片U4；

所述变压器T1的原边作为AD采集模块的输入端，其副边的一端分别与电阻R5的一端和电阻R6的一端连接，其副边的另一端分别与电阻R5的另一端和电阻R7的一端连接；所述放大器U3的反相输入端分别与电阻R6的另一端、电阻R10的一端和电容C8的一端连接，其正相输入端分别与电阻R7的另一端、电阻R8的一端和电容C6的一端连接，其输出端分别与电容C8的另一端、电阻R10的另一端和电阻R9的一端连接；所述电阻R8的另一端与电容C6的另一端连接，并作为AD采集模块的偏置电压端；所述电阻R9的另一端分别与稳压二极管TD2的负极、接地电容C7和AD芯片U4的输入端连接；所述稳压二极管TD2的正极接地；所述AD芯片U4的输出端作为AD采集模块的输出端。

焊机***中央处理单元的型号为STM32F103C8T6，用于接收其他单元传入的数据信息，将收集到的环境信息及反馈的各项数据进行综合分析处理后，解析器输出符合被焊管件需求的电压、电流、及频率，从而形成闭环控制，整个采集、控制过程不需要人工参与。

人机交互单元包括显示屏模块和按键模块，用于选取被焊管件规格，输入手动焊接参数及各项控制指令，以及查看焊机***内的信息。

焊接信息反馈单元：主要由AD模块组成，用于采集焊接过程中的电压、电流、频率、电感量、功率、热量等信息，采集的信息经滤波、抗干扰等处理后传入焊机***中央处理单元。

通信单元可采用以太网模块，用于与上位机通信。

表1为各模块的通信接口与焊机***中央处理单元的接线表。

表1

Claims (7)

1.一种自动与现场条件匹配的电熔焊机***，其特征在于，包括：焊机***中央处理单元、环境信息采集单元、人机交互单元、电源单元、解析器、跟随器、执行器、焊接信息反馈单元和通信单元；

所述电源单元的输出端分别与焊机***中央处理单元、环境信息采集单元、人机交互单元、解析器、跟随器、执行器、焊接信息反馈单元和通信单元电连接；所述焊机***中央处理单元分别与环境信息采集单元、人机交互单元、解析器、焊接信息反馈单元和通信单元通信连接；所述解析器的输出端与跟随器的输入端连接；所述跟随器的输出端与执行器的输入端连接；所述焊接信息反馈单元用于采集执行器的工作过程中的电压数据、电流数据、频率数据、功率数据和温度数据。

2.根据权利要求1所述的自动与现场条件匹配的电熔焊机***，其特征在于，所述电源单元包括：整流桥H1、电感L1、接地电容C1、防反接二极管D1、稳压二极管TD1、接地电容C2、电源开关S1、线性稳压芯片U1和接地电容C3；

所述整流桥H1的输入端与电源连接，其输出端的一端与电感L1的一端连接，其输出端的另一端接地；所述电感L1的另一端分别与接地电容C1、稳压二极管TD1的负极和防反接二极管D1的正极连接；所述防反接二极管D1的负极与电源开关S1的一端连接；所述稳压二极管TD1的正极接地；所述线性稳压芯片U1的输入端分别与电源开关S1的另一端和接地电容C2连接，其输出端与接地电容C3连接，并作为电源单元的输出端。

3.根据权利要求2所述的自动与现场条件匹配的电熔焊机***，其特征在于，所述环境信息采集单元包括：温度采集模块、电源电压采集模块、电源频率采集模块、2个数字滤波模块和2个抗干扰电路模块；

所述电源电压采集模块和电源频率采集模块的输出端各自分别与其中一个数字滤波模块的输入端连接；所述2个数字滤波模块的输出端与2个抗干扰电路模块的输入端一一对应连接；所述2个抗干扰电路模块的输出端分别与焊机***中央处理单元连接；

所述温度采集模块包括：温度传感器、模拟滤波电路和AD温度采集电路；

所述温度传感器的输出端与模拟滤波电路的输入端连接；所述模拟滤波电路的输出端与AD温度采集电路的输入端连接；所述AD温度采集电路的输出端与焊机***中央处理单元连接。

4.根据权利要求3所述的自动与现场条件匹配的电熔焊机***，其特征在于，所述模拟滤波电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、接地电容C4、接地电容C5和放大器U2；

所述放大器U2的负输入端分别与电阻R3的一端和电阻R4的一端连接，其正输入端接地，其输出端与电阻R4的另一端连接，并作为模拟滤波电路的输出端连；所述电阻R3的另一端分别与接地电容C5和电阻R2的一端连接；所述电阻R2的另一端分别与接地电容C4和电阻R1的一端连接；所述电阻R1的另一端作为模拟滤波电路的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的自动与现场条件匹配的电熔焊机***，其特征在于，所述电源电压采集模块和电源频率采集模块均采用AD采集模块。

6.根据权利要求5所述的自动与现场条件匹配的电熔焊机***，其特征在于，所述AD采集模块包括：变压器T1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C6、接地电容C7、电容C8、放大器U3、稳压二极管TD2和AD芯片U4；

所述变压器T1的原边作为AD采集模块的输入端，其副边的一端分别与电阻R5的一端和电阻R6的一端连接，其副边的另一端分别与电阻R5的另一端和电阻R7的一端连接；所述放大器U3的反相输入端分别与电阻R6的另一端、电阻R10的一端和电容C8的一端连接，其正相输入端分别与电阻R7的另一端、电阻R8的一端和电容C6的一端连接，其输出端分别与电容C8的另一端、电阻R10的另一端和电阻R9的一端连接；所述电阻R8的另一端与电容C6的另一端连接，并作为AD采集模块的偏置电压端；所述电阻R9的另一端分别与稳压二极管TD2的负极、接地电容C7和AD芯片U4的输入端连接；所述稳压二极管TD2的正极接地；所述AD芯片U4的输出端作为AD采集模块的输出端。

7.根据权利要求6所述的自动与现场条件匹配的电熔焊机***，其特征在于，所述焊机***中央处理单元的型号为STM32F103C8T6。

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