电阻焊设备及控制(11)-电阻焊机的控制及质量监控（热量控制器）

文/赵升吨

3.1.3 热量控制器

热量控制器的作用是细调焊接电流大小，其基本原理是：该控制器发出与网压同步并可按设定值移相的触发脉冲触发主电力开关，通过对其触发角的无级调节实现焊接电流大小的调节，从而实现输出热量控制。

触发角的精确控制对焊接热量控制精度及焊接变压器正、反向通电电流的平衡均起到关键的作用。

晶体管式和集成电路式控制装置中的热量控制一般由100Hz同步电路、移相电路、网压补偿电路和触发电路几部分组成；而微处理器式控制装置的热量控制一般是以单片机为核心，外加接口电路、网压同步信号和焊接电流检测电路、信号放大电路、触发电路等，移相控制则利用微处理器中延时软硬件配合实现。

目前，很多电阻焊热量控制器兼有热量自动控制功能，它包括自动电网电压补偿、自动电流补偿、电流上坡、电流下坡、预热及后热、点焊电流递增器等。

3.1.3.1 自动电网电压补偿（AVC模式）

自动电网电压补偿（AVC模式）也称作恒电压控制。

能在通电的每个周波里对电网电压及功率因数进行采样，并与设定值对比得出下一个周波晶闸管的触发角度。

电网电压补偿范围一般可达到±15%。

新的微机控制器还能设定电网电压额定值以达到更合理的补偿范围，如供电电压经常偏低处于360V左右，就可将额定电压设定为360V。

这样电网电压补偿就以360V为基准而不是380V。

3.1.3.2 自动电流补偿（ACC模式）

自动电流补偿（ACC模式）也称作恒电流控制，用取自焊接变压器一次或二次电流的信号与设定值比较，自动改变触发移相角以达到维持焊接电流恒定的目的。

这种方式可以补偿电网电压变化以及焊接回路阻抗的变化。但设定焊接电流时，需要注意焊接变压器调节级数是否恰当，否则控制器将会在补偿时超出极限，无法输出所设定的电流值，目前多数用户都选用这一补偿模式。

3.1.3.3 上坡与下坡控制

上坡控制是使热量从第一个周波的较低值在若干个周波内上升到设定值。下坡则相反。

上坡控制能防止或减少工件间发生的飞溅，适合于焊接有镀层钢板和有色金属（特别是铝合金）。下坡控制则能降低焊接区域的冷却速度，减少有淬火倾向的材料出现焊接区脆化或焊接裂纹。

3.1.3.4 预热和后热

预热为在低于规定焊接电流条件下先通几周电流，经几个周波冷却后再接通焊接电流。

预热能使电极更好地压紧焊件。后热为在焊接电流切断后，经几个周波的冷却时间再通几个周波低于焊接热量的回火电流，对工件进行回火。

3.1.3.5 电流递增器

在大批量生产线上，点焊机电极端面经一定次数点焊后会发生变形，导致尺寸增大。同时由于沾上工件上的镀层或油污造成焊点强度下降。电流递增器就是在焊接一定点数后，分级按不同斜率增加热量，保持电流密度恒定以保证焊点强度。当焊接到最后一级的最后一点时，控制器发出信号，要求更换电极。这里控制器还需要考虑新电极和修磨后电极对电流递增器起始点和斜率的不同要求。

另有一种智能型电流递增器，能使焊接电流自动递增或递减，保持在即将发生飞溅的边缘以保证焊点的强度。其机理为监视焊接电流每个相邻周波的功率因数变化，当变化大于某一限值时即判定为有飞溅。

3.1.4 微处理器式控制装置

微处理器式控制装置是目前电阻焊控制装置中使用比例最高的一类。

此类控制装置一般都是以单片机为核心（使用的单片机有31、51或96等不同系列），外加接口、信号检测和放大电路，并配以输入、输出器件，在根据控制要求编排的软件的配合下实现电阻焊机控制。

3.1.4.1 主要功能

微处理器式控制装置不但有通用的控制功能，还能完成其它控制装置难以实现的功能，此类控制系统常有的功能如下：

①可预先存储多套可供选择的焊接参数。

②一般具有网压补偿和恒流控制两种可供选择的控制电流模式。

③具有电流递增功能，可对因电极磨损而引起的焊点电流密度下降进行补偿，且可根据要求设计电流递增曲线。

④具有故障自诊断、故障显示和报警功能，可诊断的故障有晶闸管短路、不导通、单管导通或过热、电压或电流超过补偿范围、电流递增达到极限、软件错误等。

⑤自动功率因数自适应，以适应各种电阻焊机或各种不同形式焊件的焊接。

⑥带有群控接口或与机器人本体控制器的通信接口，便于建立群控功能以防止多台焊机同时通电而超出电网负荷或控制电阻焊机器人工作。

⑦能动态显示电网电压、焊接电流、功率因数等参数，以利于操作者及时了解焊接情况。

3.1.4.2 系统构成

微处理控制系统由硬件和软件两大部分组成。

下图为某微机点焊恒焊控制器的系统硬件框图和相配合的软件主程序流程图。

微机点焊恒焊控制器的系统硬件框图

软件主程序流程图

3.1.4.3 系统构成（硬件）

控制系统硬件一般包括单片机、存储器、输入-输出接口电路、信号检测隔离和放大电路 、触发电路、参数输入和参数显示器件等，其中单片机是硬件系统的核心，根据对控制系统的精度、响应速度及控制功能大小的不同，可以选用不同型号的单片机。

微处理控制器式电阻焊控制器的最新技术是采用DSP（digital signal processor）作为控制器硬件系统的核心，DSP是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件，其最大的特点是强大的数据处理能力和高运行速度，非常有利于工作周期短、通电在瞬间完成的电阻焊的控制，目前最突出的应用是基于DSP的中频逆变电阻焊控制器。

3.1.4.4 系统构成（软件）

控制系统软件是根据电阻焊机控制要求编写的程序，它一般由主程序、中断服务子程序、数学运算子程序及数据处理子程序等组成，这些程序通常预先固化在程序存储器EPROM中，而需输入或更改的焊接参数可放在数据存储器RAM中。

3.1.4.5 控制模式

微处理器控制装置一般具有网压补偿或恒流控制两种可供选择的控制模式，也可根据需要加上其他的质量监控方式。

①网压补偿 网压补偿控制模式的作用是：在电阻焊机通电焊接情况下，当电网电压发生波动时控制焊接电流有效值基本不变（通常的控制精度为：网压波动±10%～±15%时，焊接电流波动≤±3%～±4%）。网压补偿控制功能通常是以如下方式实现的：在焊接过程中，随时检测电网电压，求出其与额定值之间的偏差，根据此偏差，通过查表或计算出晶闸管控制角所需的修正量，

②恒流控制 它是一种电阻焊质量控制模式，其作用是：在电阻焊机通电焊接情况下，当电网电压或负载阻抗发生波动而引起焊接电流有效值发生变化时，通过对电流有效值的测量并反馈控制，使输出焊接电流有效值基本保持恒定，从而保证所需的焊接质量，其控制原理在后续的质量监控一节再介绍。

3.1.4.6 抗干扰措施

由于单片机系统通常采用直流5V低电压，而电阻焊机主电路采用交流380V电压，焊接过程中焊接回路的电流很大，对网路信号影响大，且控制器工作环境周围也可能有高频等干扰源存在。

因此，微处理器控制装置设计中需要考虑的一个很重要的问题是如何提高它的抗干扰能力，一般可以从硬件和软件两个方面采取措施。

具体措施有：

①控制变压器输入端接低通滤波器，防止高频等干扰信号从线路中窜入。

②单片机芯片电源端及某些输入端均需加接地小电容，以防止高频场干扰信号窜入。

③单片机与其它部分间的信号输入输出均需采用光电耦合、变压器或固态继电器隔离。

④印制板的设计布线需采取必要的去耦措施。

⑤单片机系统需用铁壳屏蔽，防止磁场干扰。

⑥程序设计上采用必要的软件滤波措施。

随着微机的不断发展和推广使用，微处理器式电阻焊控制装置在其性能和功能上也将不断地提高和增加，并得到越来越受到用户的欢迎和接受，在电阻焊控制器中起到主导地位。

3.1.5 电阻焊机的群控及网络化控制

由于大部分电阻焊机为单相供电，焊接通电时间仅几个周波，而实际焊接功率往往比额定功率还要大上好几倍。

对供电容量有限的中小型企业，由于电网超负荷工作经常出现跳闸而无法正常生产，直接影响焊接质量。电阻焊机的群控通常是采用电网负荷分配器将焊机按容量平均分配到三相中去，使各台焊机不在同一时间通电，这是一个合理而经济的解决方法。分配器线路工作可靠性是一个至关重要的问题，可以采用继电器组成的逻辑电路或可编逻辑程序控制器控制。

在大规模使用电阻焊机的场合，如汽车车身生产线，可将多台电阻焊控制器用本区网络（LAN）联网。

简单的联网可用个人计算机（PC）通过调制解调器（MODEM）与数十台焊接微处理器交换信息，如编写焊接程序、监视和收集焊接数据、保存焊接数据档案库。

更大规模可将数百台焊接微处理器联网，主机与焊接微处理器之间不仅能进行数据比较和交换，而且还能对数据进行分析。
国产HZ集中控制系统（下图）可用于对具有串行接口及相应通信软件的控制器进行远距离集中控制和管理。

上图所示的控制系统由一台工控机作为主机，配有1～4台网络管理器，其中1台主网络管理器，1～3台副网络管理器，主网络管理器为双CPU、副网络管理器为单CPU，一台网络管理器可以控制32台焊机，最多可控制128台。

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