多点同步自动焊接装备控制系统及方法

1.一种多点同步自动焊接装备控制系统，所述控制系统用于控制多点同步自动焊接装备执行机构执行焊接操作，其特征在于，所述控制系统包括：主控制器(2)、多台电机驱动器(3)以及多台电机(4)；
所述主控制器(2)与所述多台电机驱动器之间通过EtherCAT总线连接；
每台电机驱动器(3)与至少一台电机(4)电连接；
每台电机(4)与一台多点同步自动焊接装备执行机构(5)连接；
所述主控制器(2)用于获取焊接操作指令，将所述焊接操作指令转换为所述电机驱动器(3)识别的第一控制信号，并将所述第一控制信号传输给所述电机驱动器(3)；
所述电机驱动器(3)用于将所述第一控制信号转换为所述电机(4)识别的第二控制信号，并将所述第二控制信号传输给所述电机(4)；
所述电机(4)用于根据所述第二控制信号带动所述多点同步自动焊接装备执行机构(5)执行与所述焊接操作指令相对应的焊接操作；
所述控制系统还包括：角度传感器，所述角度传感器与所述主控制器(2)电连接，所述角度传感器用于采集焊接位置数据，并将所述焊接位置数据传输给所述主控制器(2)；
所述控制系统中包括8台电机驱动器(3)，32台电机(4)；
所述每台电机驱动器(3)与4台电机(4)电连接；
所述控制系统还包括：输入装置(1)，所述输入装置(1)与所述主控制器(2)通过以太网连接，所述输入装置(1)用于输入所述焊接操作指令；
所述输入装置(1)为触摸屏；
所述主控制器(2)为SPiiPlusNTM32控制器，所述电机驱动器(3)为PDMnt驱动器。
2.一种利用权利要求1所述的控制系统控制多点同步自动焊接装备的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
主控制器(2)获取焊接操作指令，将所述焊接操作指令转换为电机驱动器(3)识别的第一控制信号，并将所述第一控制信号通过EtherCAT总线传输给所述电机驱动器(3)；
所述电机驱动器(3)接收所述第一控制信号，将所述第一控制信号转换为电机(4)识别的第二控制信号，并将所述第二控制信号传输给所述电机(4)；
所述电机(4)接收所述第二控制信号并根据所述第二控制信号带动所述多点同步自动焊接装备执行机构(5)执行与所述焊接操作指令相对应的焊接操作；所述控制方法还包括：
通过角度传感器采集焊接位置数据，所述主控制器(2)根据所述焊接位置数据调整所述第一控制信号，进而调整所述多点同步自动焊接装备执行机构(5)执行的焊接操作；
所述控制方法还包括：输入装置(1)输入所述焊接操作指令，并将所述焊接操作指令通过以太网传输给所述主控制器(2)。

多点同步自动焊接装备控制系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及管道焊接设备技术领域，特别涉及一种多点同步自动焊接装备控制系统及方法。\n背景技术\n[0002] 随着新型焊接技术、焊接装备、焊接材料的快速发展以及大口径长输油气管道建设的飞速发展，管道全位置自动焊技术及装备也朝着智能化、高效化、快速化方向发展。用于焊接管道外环缝的多点同步自动焊接装备是一种新型的管道全位置自动焊接装备，具有高智能化和高自动化的特点。多点同步自动焊接装备的具体形式有多种，图1示出了其中一种。如图1所示，该多点同步自动焊接装备包括8个焊接单元，这8个焊接单元沿管道圆周方向均匀分布，每个焊炬完成45°焊接任务。每个焊接单元均包括上下运动机构、左右运动机构、送丝机构以及角摆机构等执行机构，通过这些执行机构来执行焊接过程中焊炬的上下运动、左右运动、送丝运动以及角摆运动。该多点同步自动焊接装备中通过控制系统来控制上述执行机构执行相应的操作。该多点同步自动焊接装备的控制系统包括控制模块以及电机，控制模块用于控制电机的运动从而控制执行机构执行相应的操作。由于该多点同步自动焊接装备中共有32个执行机构，每个执行机构需要一个电机来控制，因此，该多点同步自动焊接装备的控制系统中包括32个电机，是一个32轴的控制系统。这个32个电机包括直流伺服电机以及两相步进电机，其中两相步进电机用于控制上下运动机构、左右运动机构以及角摆运动机构，直流伺服电机用于控制送丝机构。因此每个焊接单元需要3台两相步进电机和1台直流伺服电机。\n[0003] 目前控制系统中电机与控制模块以及执行机构通过传统的电源线、信号线等连接线连接，每个直流伺服电机需要10根连接线，每个两相步进电机需要4根线。这样一个焊接单元所需的连接线的总数为：4×3+10＝22，8个焊接单元所需的连接线总数为8×22＝176。\n[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：目前的多点同步自动焊接装备控制系统中连接线数量过多，不仅对走线要求高，而且线与线之间存在电磁干扰，影响信号传输的准确性和可靠性，从而影响对执行机构控制的准确度。\n发明内容\n[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种接线数量少、信号传输准确可靠的多点同步自动焊接装备控制系统及方法。\n[0006] 具体而言，包括以下技术方案：\n[0007] 本发明第一方面提供一种多点同步自动焊接装备控制系统，所述控制系统用于控制多点同步自动焊接装备执行机构执行焊接操作，所述控制系统包括：主控制器、多台电机驱动器以及多台电机；所述主控制器与所述多台电机驱动器之间通过EtherCAT总线连接；\n每台电机驱动器与至少一台电机电连接；每台电机与一台多点同步自动焊接装备执行机构连接；所述主控制器用于获取焊接操作指令，将所述焊接操作指令转换为所述电机驱动器识别的第一控制信号，并将所述第一控制信号传输给所述电机驱动器；所述电机驱动器用于将所述第一控制信号转换为所述电机识别的第二控制信号，并将所述第二控制信号传输给所述电机；所述电机用于根据所述第二控制信号带动所述多点同步自动焊接装备执行机构执行与所述焊接操作指令相对应的焊接操作。\n[0008] 进一步地，所述控制系统还包括：输入装置，所述输入装置与所述主控制器通过以太网连接，所述输入装置用于输入所述焊接操作指令。\n[0009] 进一步地，作为优选，所述输入装置为触摸屏或者键盘。\n[0010] 进一步地，所述控制系统还包括：角度传感器，所述角度传感器与所述主控制器电连接，所述角度传感器用于采集焊接位置数据，并将所述焊接位置数据传输给所述主控制器。\n[0011] 进一步地，所述控制系统中包括8台电机驱动器，32台电机。\n[0012] 进一步地，作为优选，所述主控制器为SPiiPlusNTM32控制器，所述电机驱动器为PDMnt驱动器。\n[0013] 进一步地，作为优选，所述每台电机驱动器与4台电机电连接。\n[0014] 本发明第二方面提供一种利用本发明第一方面的控制系统控制多点同步自动焊接装备的控制方法，所述控制方法包括：\n[0015] 主控制器获取焊接操作指令，将所述焊接操作指令转换为电机驱动器识别的第一控制信号，并将所述第一控制信号通过EtherCAT总线传输给所述电机驱动器；\n[0016] 所述电机驱动器接收所述第一控制信号，将所述第一控制信号转换为电机识别的第二控制信号，并将所述第二控制信号传输给所述电机；\n[0017] 所述电机接收所述第二控制信号并根据所述第二控制信号带动所述多点同步自动焊接装备执行机构执行与所述焊接操作指令相对应的焊接操作。\n[0018] 进一步地，所述控制方法还包括：输入装置输入所述焊接操作指令，并将所述焊接操作指令通过以太网传输给所述主控制器。\n[0019] 进一步地，所述控制方法还包括：通过角度传感器采集焊接位置数据，所述主控制器根据所述焊接位置数据调整所述第一控制信号，进而调整所述多点同步自动焊接装备执行机构执行的焊接操作。\n[0020] 本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：\n[0021] 本发明实施例提供了一种基于EtherCAT总线(Ether Control Automation Technology，以太网控制自动化技术)的多点同步自动焊接装备控制系统。该控制系统中主控制器和电机驱动器之间通过EtherCAT总线网络传输方式进行信号传输，由于网络信号传输所用接线数量少，因此本发明实施例提供的多点同步自动焊接装备控制系统中接线数量大大减少。同时，采用网络传输信号不但能保证信号传输的准确性，也能避免传统连线方式中线与线间产生的难以控制的电磁干扰，具有极高的可靠性。此外，管道外环缝焊接中的焊接宽度通常在6～8mm，本发明实施例提供的控制系统的定位精度能够达到0.1mm，能够满足管道外环缝焊接定位精度要求，保证焊接过程中焊炬的精确定位，保证焊接质量。\n附图说明\n[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。\n[0023] 图1为多点同步自动焊接装备结构示意图；\n[0024] 图2为实施例1提供的多点同步自动焊接装备控制系统的结构示意图；\n[0025] 图3为实施例1提供的多点同步自动焊接装备控制系统的原理示意图；\n[0026] 图4为实施例1提供的多点同步自动焊接装备控制系统中输入装置示意图；\n[0027] 图5为实施例2提供的多点同步自动焊接装备控制方法的流程图。\n[0028] 附图标记分别表示：\n[0029] a、第一焊炬；b、第二焊炬；c、第三焊炬；d、第四焊炬；\n[0030] e、第五焊炬；f、第六焊炬；g、第七焊炬；h、第八焊炬；\n[0031] 1、输入装置；\n[0032] 2、主控制器；\n[0033] 3、电机驱动器；\n[0034] 4、电机；\n[0035] 5、多点同步自动焊接装备执行机构。\n具体实施方式\n[0036] 为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。\n[0037] 实施例1\n[0038] 本实施例提供一种多点同步自动焊接装备控制系统，该控制系统用于控制多点同步自动焊接装备执行机构执行焊接操作，参见图2，该系统包括：主控制器2、多台电机驱动器3以及多台电机4。\n[0039] 主控制器2与多台电机驱动器之间通过EtherCAT总线连接。\n[0040] 每台电机驱动器3与至少一台电机4电连接。\n[0041] 每台电机4与一台多点同步自动焊接装备执行机构5连接。\n[0042] 主控制器2用于获取焊接操作指令，将焊接操作指令转换为电机驱动器3识别的第一控制信号，并将第一控制信号传输给电机驱动器3。\n[0043] 电机驱动器3用于将第一控制信号转换为电机4识别的第二控制信号，并将第二控制信号传输给电机4。\n[0044] 电机4用于根据第二控制信号带动多点同步自动焊接装备执行机构5执行与焊接操作指令相对应的焊接操作。\n[0045] EtherCAT(Ether Control Automation Technology，以太网控制自动化技术)是开放的实时以太网络通讯协议，由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff Automation GmbH)研发。基于EtherCAT总线的网络传输方式具有传输速度快、错误率低、接线可靠等优势。因此，本实施例提供了一种基于EtherCAT总线的多点同步自动焊接装备控制系统。该控制系统中主控制器和电机驱动器之间通过EtherCAT总线网络传输方式进行信号传输，不仅大大减少了接线数量，同时避免传统连线方式中线与线间产生的电磁干扰，保证了信号传输的准确性、可靠性。此外，管道外环缝焊接中的焊接宽度通常在6～8mm，本实施例的控制系统的定位精度能够达到0.1mm，能够满足管道外环缝焊接定位精度要求，保证焊接过程中焊炬的精确定位，保证焊接质量。\n[0046] 参见图3，本实施例的多点同步自动焊接装备控制系统的工作原理为：主控制器2获取焊接操作指令，例如前进1mm、左移1mm、旋转0.5°等，主控制器2通过软件编程将对获取到的焊接操作指令进行计算、处理，将其转换为电机驱动器能够识别的第一控制信号并将第一控制信号通过EtherCAT总线传输给电机驱动器3。主控制器2对焊接操作指令进行的计算、处理主要包括机械系统传动比折合对应的坐标系计算、焊接电源与控制系统间的截距及斜率计算、输入摆动宽度与实际摆动宽度的比例对应计算等。电机驱动器3接收到第一控制信号后将其转换为电机识别的第二控制信号然后将第二控制信号(例如脉冲信号)通过相应的电路传输给电机4。电机4根据第二控制信号执行相应的操作(例如转动一定的角度)，从而带动多点同步自动焊接装备执行机构5执行与焊接操作指令相对应的焊接操作。\n[0047] 进一步地，上述的控制系统中还包括输入装置1，输入装置1与主控制器2通过以太网连接，操作人员通过输入装置1输入需要执行机构5执行的焊接操作指令，输入装置1将操作人员输入的焊接操作指令通过以太网传输给主控制器2，从而使主控制器2获取到焊接操作指令。输入装置的具体形式没有严格限定，例如可以为触摸屏或者键盘。当采用触摸屏作为输入装置1时，触摸屏的界面可以按照图4所示进行设计。图4所示的触屏界面中，0.0点位置对应图1中的0°位置，1.5点位置对应图1中45°位置，3.0点位置对应图1中90°位置，6.0点位置对应图1中180°位置，其他位置对应的角度以此类推。\n[0048] 进一步地，上述的控制系统中还包括角度传感器(图中未示出)，角度传感器与主控制器2电连接，实时采集焊接位置数据，并将焊接位置数据传输给主控制器2，主控制器2根据焊接位置数据调整执行机构5所要执行的操作。\n[0049] 进一步地，上述的控制系统中的主控制器2、电机驱动器3以及电机4的数量需要根据多点同步自动焊接装备中执行机构的数量、每台主控制器2能够同时控制电机驱动器3的数量以及每台电机驱动器3能够同时控制的电机4的数量确定。本实施例中采用SPiiPlusNTM32控制器作为主控制器2，采用PDMnt驱动器作为电机驱动器3。其中，SPiiPlusNTM32控制器是基于EtherCAT总线网络的多轴运动控制的控制器，能同时控制32个轴的运动；PDMnt驱动器可以同时控制4个电机的运动。对于如图1所示的包括8个焊炬的多点同步自动焊接装备，其控制系统中可以包括1台SPiiPlusNTM32控制器，8台PDMnt驱动器以及32台电机。\n[0050] 实施例2\n[0051] 本实施例提供一种利用实施例1的控制系统控制多点同步自动焊接装备的控制方法，参见图5，该控制方法包括以下步骤：\n[0052] 步骤201，主控制器2获取焊接操作指令，将焊接操作指令转换为电机驱动器3识别的第一控制信号，并将第一控制信号通过EtherCAT总线传输给电机驱动器3。\n[0053] 步骤202，电机驱动器接收第一控制信号，将第一控制信号转换为电机4识别的第二控制信号，并将第二控制信号传输给电机4；\n[0054] 步骤203，电机4接收第二控制信号并根据第二控制信号带动多点同步自动焊接装备执行机构5执行与焊接操作指令相对应的焊接操作。\n[0055] 本实施例中提供的控制方法中，主控制器2和电机驱动器3之间通过EtherCAT总线网络传输方式进行信号传输，与传统的控制方法相比，采用网络传输的控制方法大大减少了接线数量，避免了传统连线方式中线与线间产生的电磁干扰，保证了信号传输的准确性、可靠性，保证焊接过程中焊炬的精确定位，保证焊接质量。\n[0056] 进一步地，上述的控制方法还包括：输入装置1输入焊接操作指令，并将焊接操作指令通过以太网传输给主控制器2。\n[0057] 进一步地，上述的控制方法还包括：通过角度传感器采集焊接位置数据，主控制器根据焊接位置数据调整第一控制信号，进而调整多点同步自动焊接装备执行机构5执行的焊接操作。\n[0058] 实施例3\n[0059] 本实施例以图1所示的多点同步自动焊接装备为例，对其控制系统及控制方法作进一步说明。\n[0060] 图1所示的多点同步自动焊接装备中包含8个焊炬，每个焊炬需要上下运动机构、左右运动机构、角摆运动机构以及送丝机构这4个执行机构来完成焊接操作。其中，上下运行机构、左右运动机构以及角摆运动机构通过两相步进电机控制，送丝机构通过直流伺服电机控制。上述8个焊炬安装在焊炬固定盘上，并沿圆周方向均匀分布。每个焊炬完成45°的焊接任务。\n[0061] 根据上述多点同步自动焊接装备的实际情况，本实施例的控制系统包括：1个触摸屏、1台SPiiPlusNTM32控制器、8台PDMnt驱动器、24台两相步进电机、8台直流伺服电机以及角度传感器。其中：\n[0062] 触摸屏与SPiiPlusNTM32控制器之间通过以太网连接；\n[0063] SPiiPlusNTM32控制器与PDMnt驱动器之间通过EtherCAT总线连接；\n[0064] PDMnt驱动器与电机之间电连接；\n[0065] 角度传感器安装在焊炬固定盘上，并与SPiiPlusNTM32控制器电连接。\n[0066] 每台PDMnt驱动器控制一个焊炬的焊接操作，即每台PDMnt驱动器控制3台两相步进电机和1台直流伺服电机。\n[0067] 采用上述控制系统对多点同步自动焊接装备进行控制的方法为：\n[0068] 步骤301，在触摸屏上输入焊接参数(即焊接操作指令)，包括送丝速度、摆动宽度、角摆宽度、上下位移量等，点击确认后，将输入的参数上传保存至SPiiPlusNTM32控制器中。\n[0069] 步骤302，SPiiPlusNTM32控制器接收触摸屏传输来的焊接参数，通过软件编程对焊接参数进行计算处理，将焊接参数转换成PDMnt驱动器能够识别的第一控制信号，然后将第一控制信号通过EtherCAT总线传输给PDMnt驱动器。\n[0070] 步骤303，PDMnt驱动器接收SPiiPlusNTM32控制器传输来的第一控制信号，并将第一控制信号转换成电机能够识别的第二控制信号然后传输给相应的电机。\n[0071] 步骤304，电机接收PDMnt驱动器传输来的第二控制信号，根据第二控制信号控制每个电机执行相应的操作，从而带动相应的执行机构执行对输入的焊接参数相应的焊接操作。\n[0072] 焊接过程中，SPiiPlusNTM32控制器通过参数调用实时调整电机的运动轨迹，保证每把焊炬4轴系统的输出准确性，完成焊缝整口焊接任务。\n[0073] 如图2所示，本实施例中的多点同步自动焊接装备，8把焊炬按照每4把焊炬一组的焊接方式开展下向焊工艺，每个焊炬焊接45°。其中，每焊接15°需要调整焊接参数。通过角位移传感器来实时采集焊炬的焊接角度并将采集到的角度数据传输给SPiiPlusNTM32控制器，SPiiPlusNTM32控制器根据角度数据调用存储在其内部的焊接参数数据对电机的运动进行调整。\n[0074] 在本实施例控制系统的控制下，在焊接过程中，先由第一焊炬a、第二焊炬b、第三焊炬c以及第四焊炬d完成图1中0°～180°侧的一层焊接，再由第五焊炬e、第六焊炬f、第七焊炬g以及第八焊炬h完成图1中180°～360°侧的一层焊接，如此交替进行，最终完成焊缝整口焊接任务。\n[0075] 综上，本实施例中的控制系统中通过EtherCAT总线网络传输方式进行信号传输，有效减少接线数量，避免传统连线方式中线与线间产生的电磁干扰，保证了信号传输的准确性、可靠性，保证焊接质量。\n[0076] 以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。