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48成形工艺/钢板加工

华恒公司的大型管焊专机

Beckhoff基于PC的控制技术在焊接设备上的应用

PC控制技术—高品质焊接的护航者

焊接设备广泛应用于轮船、钢铁、航天航空、汽车制造、建筑、锅炉以及石化医药等领域。据统计，世界钢产量50%以
上都需要用焊接设备将其制成成品。焊接设备已成为现代工业最重要的加工工艺装备之一。07年我国仅电焊机的产量就达
74万多台。08年受金融风暴影响，行业产能下滑严重。但许多有战略眼光的公司则利用生产的淡季完成了设备的更新换
代。春江水暖鸭先知，随着经济的复苏，作为基础工业的焊接设备更早感知到了行业的回暖。华恒公司从设计自己的单片
机控制系统伊始，就一直努力寻求一个统一的开发平台来整合和优化开发资源。

2006年底，华恒公司逐步开始在一些非标设备上和Beckhoff中国公焊接电源设备的控制要求及实现
司合作。经过多年尝试，华恒最终选择了Beckhoff基于PC的控制焊接电源设备需要整合电流控制、运动控制、保护气控制、弧长控
技术及产品来开发新一代焊接电源设备的控制系统。华恒在追求高制及跟踪、快速诊断等功能。由于焊接设备的工作环境恶劣，电流
性能焊接工艺的同时，对设备的流线造型、人性化操作界面、体积
起弧及焊接时会出现较大干扰，因此系统必须具有很强的抗干扰能
等方面也非常考究。Beckhoff基于PC和现场总线的控制系统无疑是
力。控制器采用的是Beckhoff经济型面板式PC，金属外壳，前面板
最佳选择。“Beckhoff控制系统的开放性与扩展性佳，端子模块结
保护等级达IP65。同时，采用了Beckhoff的EtherCAT总线连接外围
构小巧、性能可靠，非常适合用于我们的焊接设备。”华恒焊接专
机部门的电气主管刘晓兰如是说。I/O。EtherCAT总线及其I/O的快速性（总线周期可以远小于1ms）
以及较强的抗干扰能力有利于确保电流脉冲及波形的精确性。采用
EtherCAT总线的另一个原因是其具备优异的诊断能力。华恒电气开
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昆山华恒
CP6619
坐落于昆山留学生创业园区的华
恒焊接设备公司是国内最早从事
数控焊接成套装备开发的企业之
一。其主要产品有焊接电源、自
动焊专机以及机器人等。作为
国内焊接市场的领导者，华恒EtherCAT
焊接坚持以技术为核心，勇于
创新，迄今已拥有66项专利技
术。PLASMA、TIG、MIG等焊接
装备市场占有率位居前列。

KL2541,5A/50VEL4004，Ⳉ⌕⬉ᴎ
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焊接设备控制框图

TwinCAT软件的高度灵活性是实现
系统功能的关键

发部组长任辉解释道：“开始时，我们也担心EtherCAT及其模块的抗步进电机轴来实现此功能。Beckhoff紧凑型步进电机端子模块KL2541
干扰能力，但最终实践证明我们的选择是正确的。而且基于EtherCAT集成了脉冲控制和驱动功能，自带增量编码器反馈接口，8-50V宽频
总线的新产品层出不穷，这大大丰富了我们的选型范围。”电压输入，但体积只有普通端子模块的两倍，几乎就是为华恒小巧的
控制柜量身定做的。端子模块上自带两路快速数字量输入接口，可用
焊接电源设备需要给用户提供交直流、脉冲等焊接方式。由于采用高作原点或限位开关等。模块可自动侦测A、B相开路，过流、过速、堵
频脉冲焊能够有效地减少热积累对焊缝成形造成的影响，使焊缝成形转等故障。KL2541内部带有PWM电流控制，可以做到64细分。最高
均匀一致，所以对脉冲电流的精确控制是该设备控制需要实现的核心脉冲频率为125K。通过NC功能及MC标准功能块可以实现定位、调
功能之一。电流脉冲峰基值时间要求精确到毫秒以下，采用传统的定速等运动控制功能。由于焊接时电弧会发生变化，若要提高焊接过程
时器方式生成的脉冲则无法达到这么高的精度。在Beckhoff基于PC的的均匀性，必须进行弧长跟踪并快速调节焊极与工件的距离，以确保
控制系统中，PLC以固定的周期扫描，不受程序长短影响，且周期最弧长和设定的数值一致。由于动态实时调节电机的速度与距离的频率
低可至50微秒；此外，PLC还支持多任务独立运行。华恒公司的焊接极高，传统的基于PLC的运动控制系统很难实现此功能。采用TwinCAT
电源设备充分利用了TwinCATPLC软件的系统特性来生成电流脉冲：设NC的运动控制功能实现的弧长跟踪，效果令人非常满意。
立一个快速任务专门用于处理脉冲，从而使得生成的脉冲精确无误。
在生成的脉冲波形中，峰值和基值电流幅值时间均可灵活设定调整，用户在现场选择不同的焊枪时，步进电机的电流、细分数等参数都需
结合TwinCATNC功能也很容易实现电流峰基值时间和旋转速度峰值的要重新设定。为减少工人修改参数时出错的可能，通常，这一