CN117697079B - 一种适用于超长焊缝连续不间断焊接的焊接电源 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种适用于超长焊缝连续不间断焊接的焊接电源，涉及焊接装备技术领域。所述电源包括有焊接电源控制模块、控制开关模块、高频起弧模块、电流平衡模块、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、在用双路驱动模块、备用双路驱动模块、在用双路IGBT模块、备用双路IGBT模块、电源输出负极、电源输出正极和运行状态反馈模块，并通过这些模块的连接关系及功能协作，可以在成功起弧后周期性地估计在下一个周期结束时发生停弧事件的概率值，并在判定概率值大于等于预设阈值时，切换启动使用备用双路驱动模块及备用双路IGBT模块来输出用于维持电弧的直流电流，如此可以在超长焊缝焊接过程中实现连续不间断焊接的目的。
Description
技术领域
本发明属于焊接装备技术领域，具体涉及一种适用于超长焊缝连续不间断焊接的焊接电源。
背景技术
TIG（Tungsten Inert Gas Welding）焊，又称为非熔化极惰性气体保护电弧焊，其是一种成熟的焊接方法，在碳钢、不锈钢、铝合金及有色金属材料的焊接领域有广泛的应用。普通的TIG焊接电弧稳定，焊接质量好，但是其熔深较浅，焊接速度较慢，效率较低，一般用于薄板焊接或者厚壁重要构件的底层熔透焊道打底焊。
钛合金焊接是传统焊接的难点，特别是进行焊缝长度在6000～12000米以上的连续不间断焊接，意味着要连续不间断焊接250～500小时以上，而如此超长焊缝及超长时间的钛合金焊接尚无一次性完成的先例，这主要是因为在焊接电源中用于维持电弧的模块会因超长使用而出现故障，进而意外触发停弧事件，需要二次起弧。此外，诸如意外停电等的外来不可抗因素干扰，也会造成意外停弧事故，影响焊接良品率。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于超长焊缝连续不间断焊接的焊接电源，用以解决现有焊接电源难以在超长焊缝焊接过程中实现连续不间断焊接的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供了一种适用于超长焊缝连续不间断焊接的焊接电源，包括有焊接电源控制模块、控制开关模块、高频起弧模块、电流平衡模块、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、在用双路驱动模块、备用双路驱动模块、在用双路IGBT模块、备用双路IGBT模块、电源输出负极、电源输出正极和运行状态反馈模块，其中，所述电源输出负极用于连接焊枪头，所述电源输出正极用于连接待焊接工件；
所述焊接电源控制模块的第一输出端连接所述控制开关模块的受控端，所述焊接电源控制模块的第二输出端连接所述电流平衡模块的第一输入端，所述焊接电源控制模块的第三输出端分别连接所述第一单刀双掷开关及所述第二单刀双掷开关的受控端，所述控制开关模块连接所述高频起弧模块，所述高频起弧模块的输出端连接所述电源输出负极；
所述电流平衡模块的第一PWM脉冲信号输出端连接所述第一单刀双掷开关的公共端，所述电流平衡模块的第二PWM脉冲信号输出端连接所述第二单刀双掷开关的公共端，所述第一单刀双掷开关的常闭端连接所述在用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元的输入端，所述在用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元的输出端连接所述在用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元的输入端，所述第一单刀双掷开关的常开端连接所述备用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元的输入端，所述备用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元的输出端连接所述备用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元的输入端，所述在用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元的输出端和所述备用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元的输出端分别连接所述电源输出负极，所述第二单刀双掷开关的常闭端连接所述在用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元的输入端，所述在用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元的输出端连接所述在用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元的输入端，所述第二单刀双掷开关的常开端连接所述备用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元的输入端，所述备用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元的输出端连接所述备用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元的输入端，所述在用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元的输出端和所述备用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元的输出端分别连接所述电源输出正极；
所述运行状态反馈模块的输出端连接所述焊接电源控制模块的输入端；
所述焊接电源控制模块，一方面用于根据焊接控制时序数据，通过所述控制开关模块对所述高频起弧模块执行启动/停止动作，并向所述电流平衡模块输出激励控制信号，以便使所述电流平衡模块通过内部以主从方式连接的且并联运行的两路电流定频PWM脉冲发生器电路输出两路平衡的PWM脉冲信号，进而使所述在用双路驱动模块及所述在用双路IGBT模块输出直流电流并与由所述高频起弧模块产生的高频脉冲高压信号一起叠加输入焊枪；
所述焊接电源控制模块，另一方面还用于在成功起弧后，周期性地先对来自所述运行状态反馈模块的实时运行状态数据进行特征提取处理，得到多维运行状态特征，然后将所述多维运行状态特征导入基于机器学习算法的且已完成预训练的停弧事件发生预测模型，输出得到在下一个周期结束时发生停弧事件的概率值，最后在判定所述概率值大于等于预设阈值时，控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以便启用所述备用双路驱动模块和所述备用双路IGBT模块输出所述直流电流。
基于上述发明内容，提供了一种可自动切换使用电弧维持用模块的新型焊接电源方案，即包括有焊接电源控制模块、控制开关模块、高频起弧模块、电流平衡模块、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、在用双路驱动模块、备用双路驱动模块、在用双路IGBT模块、备用双路IGBT模块、电源输出负极、电源输出正极和运行状态反馈模块，并通过这些模块的连接关系及功能协作，可以在成功起弧后周期性地估计在下一个周期结束时发生停弧事件的概率值，并在判定概率值大于等于预设阈值时，切换启动使用备用双路驱动模块及备用双路IGBT模块来输出用于维持电弧的直流电流，如此可在当前在用的电弧维持用模块出现故障前及时停用，避免意外触发停弧事件，进而可以在超长焊缝焊接过程中实现连续不间断焊接的目的，便于实际应用和推广。
在一个可能的设计中，还包括有UPS不间断电源，其中，所述UPS不间断电源的供电端分别连接所述焊接电源控制模块、所述控制开关模块、所述高频起弧模块、所述电流平衡模块、所述第一单刀双掷开关、所述第二单刀双掷开关、所述在用双路驱动模块、所述备用双路驱动模块、所述在用双路IGBT模块、所述备用双路IGBT模块和所述运行状态反馈模块。
在一个可能的设计中，还包括有第一电控开关、第二电控开关、第一电容和第二电容，其中，所述第一电控开关的一端连接所述电源输出负极，所述第一电控开关的另一端连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端接地，所述第二电控开关的一端连接所述电源输出正极，所述第二电控开关的另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端接地；
所述焊接电源控制模块的第四输出端分别连接所述第一电控开关和所述第二电控开关的受控端；
控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，包括：
控制所述第一电控开关和所述第二电控开关分别由截止状态切换为导通状态，并启动计时器；
在所述计时器的计时到达预设时长阈值时，控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，其中，所述预设时长阈值短于所述下一个周期的周期时长的一半；
控制所述第一电控开关和所述第二电控开关分别由导通状态恢复为截止状态。
在一个可能的设计中，所述第一电控开关或所述第二电控开关采用晶闸管或继电器。
在一个可能的设计中，所述焊接电源控制模块还用于在成功起弧后：
当所述在用双路驱动模块及所述在用双路IGBT模块的连续使用时长达到M个周期时长时，控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以便启用所述备用双路驱动模块和所述备用双路IGBT模块输出所述直流电流，其中，M表示大于等于5的正整数；
而又当所述备用双路驱动模块及所述备用双路IGBT模块的连续使用时长达到N个周期时长时，控制所述第一单刀双掷开关截止对应的公共端与常开端且导通对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关截止对应的公共端与常开端且导通对应的公共端与常闭端，以便启用所述在用双路驱动模块和所述在用双路IGBT模块恢复输出所述直流电流，其中，N表示大于等于5的正整数。
在一个可能的设计中，所述机器学习算法采用基于Python sklearn库的线性回归算法。
在一个可能的设计中，所述停弧事件发生预测模型按照如下方式预先训练得到：
获取多份正常运行状态数据以及与多个历史停弧事件一一对应的多份在前运行状态数据，其中，所述正常运行状态数据是指由所述运行状态反馈模块在无停弧事件发生的K小时历史时期的起始时刻所采集的实时运行状态数据，K表示正整数，所述在前运行状态数据是指由所述运行状态反馈模块在对应事件发生前一个确定时刻所采集的实时运行状态数据，所述确定时刻等于对应事件发生时刻减去一个周期时长；
针对在所述多份正常运行状态数据中的各份正常运行状态数据，从对应数据中提取出多维运行状态特征作为对应的模型输入项，以及将数值0作为对应的模型输出项，得到对应的且包含有该模型输入项和该模型输出项的负样本；
针对在所述多份在前运行状态数据中的各份在前运行状态数据，从对应数据中提取出多维运行状态特征作为对应的模型输入项，以及将数值1作为对应的模型输出项，得到对应的且包含有该模型输入项和该模型输出项的正样本；
应用多个所述负样本以及多个所述正样本，对基于机器学习算法的人工智能模型进行率定验证建模，得到所述停弧事件发生预测模型，其中，所述停弧事件发生预测模型的且输出值为1的置信度用于作为在下一个周期结束时发生停弧事件的概率值。
在一个可能的设计中，所述第一单刀双掷开关或所述第二单刀双掷开关采用型号为LN3657的单通道单刀双掷CMOS模拟开关。
在一个可能的设计中，所述运行状态反馈模块包括有焊接电流反馈单元、电弧电压反馈单元、温度信号反馈单元、冷水机运行状态反馈单元和两路IGBT输出反馈单元。
在一个可能的设计中，所述控制开关模块包括有焊枪保护气气阀开关、冷水机启停开关和起弧启停开关。
上述方案的有益效果：
（1）本发明创造性提供了一种可自动切换使用电弧维持用模块的新型焊接电源方案，即包括有焊接电源控制模块、控制开关模块、高频起弧模块、电流平衡模块、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、在用双路驱动模块、备用双路驱动模块、在用双路IGBT模块、备用双路IGBT模块、电源输出负极、电源输出正极和运行状态反馈模块，并通过这些模块的连接关系及功能协作，可以在成功起弧后周期性地估计在下一个周期结束时发生停弧事件的概率值，并在判定概率值大于等于预设阈值时，切换启动使用备用双路驱动模块及备用双路IGBT模块来输出用于维持电弧的直流电流，如此可在当前在用的电弧维持用模块出现故障前及时停用，避免意外触发停弧事件，进而可以在超长焊缝焊接过程中实现连续不间断焊接的目的，便于实际应用和推广；
（2）还可通过采用UPS不间断电源，避免因意外停电造成意外停弧事故，进一步确保在超长焊缝焊接过程中实现连续不间断焊接的目的；
（3）通过采用延时断电方案，还可在市电不正常时先让焊机以及焊枪冷却下来，有效保护焊接电源以及焊枪，进而有效保证焊接长期稳定，减少损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
图1为本申请实施例提供的适用于超长焊缝连续不间断焊接的焊接电源的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一和第二等等来描述各种对象，但是这些对象不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个对象和另一个对象。例如可以将第一对象称作第二对象,并且类似地可以将第二对象称作第一对象，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A、单独存在B或者同时存在A和B等三种情况；又例如，A、B和/或C，可以表示存在A、B和C中的任意一种或他们的任意组合；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A或者同时存在A和B等两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例
如图1所示，本实施例第一方面提供的且适用于超长焊缝连续不间断焊接的焊接电源，包括但不限于有焊接电源控制模块、控制开关模块、高频起弧模块、电流平衡模块、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、在用双路驱动模块、备用双路驱动模块、在用双路IGBT（Insulate-Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）模块、备用双路IGBT模块、电源输出负极、电源输出正极和运行状态反馈模块，其中，所述电源输出负极用于连接焊枪头，所述电源输出正极用于连接待焊接工件。
所述焊接电源控制模块的第一输出端连接所述控制开关模块的受控端，所述焊接电源控制模块的第二输出端连接所述电流平衡模块的第一输入端，所述焊接电源控制模块的第三输出端分别连接所述第一单刀双掷开关及所述第二单刀双掷开关的受控端，所述控制开关模块连接所述高频起弧模块，所述高频起弧模块的输出端连接所述电源输出负极。所述控制开关模块用于通过控制所述高频起弧模块工作完成焊枪的起弧；具体的，所述控制开关模块包括但不限于有焊枪保护气气阀开关、冷水机启停开关和起弧启停开关，其中，所述焊枪保护气气阀开关用于控制焊枪保护气气阀的打开/关闭，以便在打开气阀时使保护气体从焊枪嘴持续流出，而在关闭气阀时停止保护气体流出；所述冷水机启停开关用于控制冷水机启动/停止，以便在启动冷水机时对焊枪进行冷却，特别地，所述焊接电源控制模块还可以通过常规测温手段实时监测焊枪温度，并当所述焊枪温度高于第一预设温度（例如在室温基础上加10摄氏度，即35摄氏度）时触发所述冷水机启停开关启动所述冷水机，而当所述焊枪温度在预设时长内（例如在30分钟内）持续低于第二预设温度（其低于所述第一预设温度，例如为室温）时触发所述冷水机启停开关停止所述冷水机，以便实现对所述冷水机的智能启停，利于节约电能；所述起弧启停开关用于控制所述高频起弧模块启动/停止，以便在启动时实现起弧。
所述电流平衡模块的第一PWM脉冲信号输出端连接所述第一单刀双掷开关的公共端，所述电流平衡模块的第二PWM脉冲信号输出端连接所述第二单刀双掷开关的公共端，所述第一单刀双掷开关的常闭端连接所述在用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元(即图1中的电流驱动单元A)的输入端，所述在用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元的输出端连接所述在用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元(即图1中的IGBT单元A)的输入端，所述第一单刀双掷开关的常开端连接所述备用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元(即图1中的电流驱动单元C)的输入端，所述备用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元的输出端连接所述备用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元(即图1中的IGBT单元C)的输入端，所述在用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元的输出端和所述备用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元的输出端分别连接所述电源输出负极，所述第二单刀双掷开关的常闭端连接所述在用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元(即图1中的电流驱动单元B)的输入端，所述在用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元的输出端连接所述在用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元(即图1中的IGBT单元B)的输入端，所述第二单刀双掷开关的常开端连接所述备用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元(即图1中的电流驱动单元D)的输入端，所述备用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元的输出端连接所述备用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元(即图1中的IGBT单元D)的输入端，所述在用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元的输出端和所述备用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元的输出端分别连接所述电源输出正极。
所述运行状态反馈模块的输出端连接所述焊接电源控制模块的输入端。所述运行状态反馈模块用于监测系统运行时的焊接电流、焊接电压、功率器件的温度以及冷水机的运行状况等信号，并将这些信号做必要的电气隔离后反馈给所述焊接电源控制模块，使所述焊接电源控制模块能实时得到基于这些信号模数转换的实时运行状态数据；具体的，所述运行状态反馈模块包括但不限于有焊接电流反馈单元、电弧电压反馈单元、温度信号反馈单元、冷水机运行状态反馈单元和两路IGBT输出反馈单元等，其中，所述焊接电流反馈单元用于采集并反馈焊接电流状态，所述电弧电压反馈单元用于采集并反馈电弧电压状态（也即焊接电压状态），所述温度信号反馈单元用于采集并反馈功率器件的温度状态，所述冷水机运行状态反馈单元用于采集并反馈冷水机的运行状态，所述两路IGBT输出反馈单元用于采集并反馈所述在用双路IGBT模块或所述备用双路IGBT模块的且诸如输出电压、输出电流或输出功率等输出参数的状态，它们均可采用现有电路结构实现对应功能。
所述焊接电源控制模块，一方面用于根据焊接控制时序数据，通过所述控制开关模块对所述高频起弧模块执行启动/停止动作，并向所述电流平衡模块输出激励控制信号，以便使所述电流平衡模块通过内部以主从方式连接的且并联运行的两路电流定频PWM脉冲发生器电路输出两路平衡的PWM脉冲信号，进而使所述在用双路驱动模块及所述在用双路IGBT模块输出直流电流并与由所述高频起弧模块产生的高频脉冲高压信号一起叠加输入焊枪。前述功能为现有焊接电源的基本功能，可以基于现有技术常规实现，具体包括但不限于有：根据精确的焊接控制时序数据，依次控制开启所述冷水机启停开关和所述焊枪保护气气阀开关，使焊枪循环冷却水运转，以及使保护气体从焊枪嘴持续流出，经过一定时间后，钨针与待焊接工件之间的空间充满了保护气体，再输出引弧激励电流到所述电流平衡模块，由其产生两路平衡的PWM（Pulse width modulation，脉冲宽度调制）脉冲信号以驱动所述在用双路驱动模块和所述在用双路IGBT模块工作，进而在焊枪钨极尖端与工件表面形成稳定的直流电压，再然后通过开启所述起弧启停开关，控制所述高频起弧模块输出高频高压信号并加载到所述电源输出负极激发电弧，使所述电源输出负极与所述电源输出正极间导通，最后在电弧产生后，控制所述高频起弧模块即刻停止工作，由所述在用双路IGBT模块输出基值电流（即所述直流电流）维持电弧。
所述焊接电源控制模块，另一方面还用于在成功起弧后，周期性地先对来自所述运行状态反馈模块的实时运行状态数据进行特征提取处理，得到多维运行状态特征，然后将所述多维运行状态特征导入基于机器学习算法的且已完成预训练的停弧事件发生预测模型，输出得到在下一个周期结束时发生停弧事件的概率值，最后在判定所述概率值大于等于预设阈值（例如预设为62.8%）时，控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以便启用所述备用双路驱动模块和所述备用双路IGBT模块输出所述直流电流。前述周期的周期时长可以但不限于举例为1分钟。所述特征提取处理的具体方式为现有常规方式，例如提取出焊接电流值、焊接电压值、功率器件的温度值以及冷水机的运行状况值等作为多维运行状态特征。所述机器学习算法是一种专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构使之不断改善自身性能的人工智能核心算法，是使计算机具有智能的根本途径；具体的，所述机器学习算法优选采用基于Python sklearn库的线性回归算法，以便快速并准确地找出数据中的规律。所述停弧事件发生预测模型可以但不限于按照如下步骤S101～S104预先训练得到。
S101.获取多份正常运行状态数据以及与多个历史停弧事件一一对应的多份在前运行状态数据，其中，所述正常运行状态数据是指由所述运行状态反馈模块在无停弧事件发生的K小时历史时期的起始时刻所采集的实时运行状态数据，K表示正整数，所述在前运行状态数据是指由所述运行状态反馈模块在对应事件发生前一个确定时刻所采集的实时运行状态数据，所述确定时刻等于对应事件发生时刻减去一个周期时长。
在所述步骤S101中，举例的，若在8点到12点的4个小时内（即K取值为4）无停弧事件发生，则可以将在8点00分所采集的实时运行状态数据作为一份所述正常运行状态数据；而若在12点01分发生了停弧事件，则可以将在12点00分（即所述确定时刻，周期时长为1分钟）所采集的实时运行状态数据作为一份所述在前运行状态数据。
S102.针对在所述多份正常运行状态数据中的各份正常运行状态数据，从对应数据中提取出多维运行状态特征作为对应的模型输入项，以及将数值0作为对应的模型输出项，得到对应的且包含有该模型输入项和该模型输出项的负样本。
S103.针对在所述多份在前运行状态数据中的各份在前运行状态数据，从对应数据中提取出多维运行状态特征作为对应的模型输入项，以及将数值1作为对应的模型输出项，得到对应的且包含有该模型输入项和该模型输出项的正样本。
S104.应用多个所述负样本以及多个所述正样本，对基于机器学习算法的人工智能模型进行率定验证建模，得到所述停弧事件发生预测模型，其中，所述停弧事件发生预测模型的且输出值为1的置信度用于作为在下一个周期结束时发生停弧事件的概率值。
在所述步骤S104中，所述率定验证建模的具体过程包括有模型的率定过程和校核过程，即是先通过对比模型模拟结果与实测数据，然后根据对比结果调整模型参数，使得模拟结果与实际吻合的过程，因此可以通过常规的率定验证建模方式，得到所述停弧事件发生预测模型。优选的，在所述人工智能模型的率定验证建模过程中，采用基于树结构的贝叶斯优化算法对模型参数进行调优。此外，所述人工智能模型还可以但不限于采用诸如支持向量机、K最邻近法、随机梯度下降法、多层感知机、决策树、反向传播神经网络或径向基函数网络等机器学习算法来实现。
由此基于前述的适用于超长焊缝连续不间断焊接的焊接电源，提供了一种可自动切换使用电弧维持用模块的新型焊接电源方案，即包括有焊接电源控制模块、控制开关模块、高频起弧模块、电流平衡模块、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、在用双路驱动模块、备用双路驱动模块、在用双路IGBT模块、备用双路IGBT模块、电源输出负极、电源输出正极和运行状态反馈模块，并通过这些模块的连接关系及功能协作，可以在成功起弧后周期性地估计在下一个周期结束时发生停弧事件的概率值，并在判定概率值大于等于预设阈值时，切换启动使用备用双路驱动模块及备用双路IGBT模块来输出用于维持电弧的直流电流，如此可在当前在用的电弧维持用模块出现故障前及时停用，避免意外触发停弧事件，进而可以在超长焊缝焊接过程中实现连续不间断焊接的目的。
优选的，还包括有UPS（Uninterruptible Power Supply）不间断电源，其中，所述UPS不间断电源的供电端分别但不限于连接所述焊接电源控制模块、所述控制开关模块、所述高频起弧模块、所述电流平衡模块、所述第一单刀双掷开关、所述第二单刀双掷开关、所述在用双路驱动模块、所述备用双路驱动模块、所述在用双路IGBT模块、所述备用双路IGBT模块和所述运行状态反馈模块等。所述UPS不间断电源是一种含有储能装置的不间断电源，可给部分对电源稳定性要求较高的设备，提供不间断的电源。如此通过采用UPS不间断电源，可有效避免因意外停电造成意外停弧事故。具体的，所述UPS不间断电源可以但不限于采用被动后备式UPS电源（即指逆变器并联连接在市电与负载之间仅简单地作为备用电源使用；此种UPS电源，在市电正常时，负载完全而且是直接地市电供电，逆变器不做任何电能变换，蓄电池由独立的充电器供电；当市电不正常时，负载完全由逆变器提供电能）、在线互动式UPS电源（即指逆变器并联连接在市电与负载之间，起后备电源作用，同时逆变器作为充电器给蓄电池充电；通过逆变器的可逆运行方式，与市电相互作用，因此被称为互动式；此种UPS电源，在市电正常时，负载由经改良后的市电供电，同时逆变器作为充电器给蓄电池充电，此时逆变器起AC/DC变换器的作用；而当市电故障时，负载完全由逆变器供电，此时，逆变器起DC/AC变换器的作用）或双变换式UPS电源（指逆变器串联连接在交流输入与负载之间，电源通过逆变器连续地向负载供电；此种UPS电源其供电方式如下：市电正常时，市电经过整流器、逆变器向负载供电；市电不正常时，由蓄电器经逆变器向负载供电）。此外，考虑所述UPS不间断电源的储能有限以及焊接所需电量较大，因此所述UPS不间断电源也不能持久供电，进而可优选的，所述焊接电源控制模块还用于监听所述UPS不间断电源的工作状态，当根据监听结果发现所述UPS不间断电源因市电不正常而启用逆变器进行供电时，通过控制所述控制开关模块和/或所述电流平衡模块来使焊机进入收弧过程或者创建方便下次用于搭口的焊缝出来（具体控制过程可基于现有技术手段常规实现），并在完成后再延迟运行预设时长（例如10分钟）才正式断电停机，或者在完成后再通过常规测温手段实时监测焊枪温度，然后在所述焊枪温度恢复到第三预设温度（例如在室温基础上加10摄氏度，即35摄氏度）或者达到其它预设温度条件时才正式断电停机，以避免出现因焊枪温度与室温差距过大而导致有冷凝水等问题，有效保护焊接电源以及焊枪。如此通过前述延时断电方案，还可在市电不正常时先让焊机以及焊枪冷却下来，有效保护焊接电源以及焊枪，进而有效保证焊接长期稳定，减少损耗。
优选的，还包括有第一电控开关K1、第二电控开关K2、第一电容C1和第二电容C2，其中，所述第一电控开关K1的一端连接所述电源输出负极，所述第一电控开关K1的另一端连接所述第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端接地，所述第二电控开关K2的一端连接所述电源输出正极，所述第二电控开关K2的另一端连接所述第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端接地；所述焊接电源控制模块的第四输出端分别连接所述第一电控开关K1和所述第二电控开关K2的受控端；控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，包括但不限于有如下步骤S201～S203：S201.控制所述第一电控开关K1和所述第二电控开关K2分别由截止状态切换为导通状态，并启动计时器；S202.在所述计时器的计时到达预设时长阈值时，控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，其中，所述预设时长阈值短于所述下一个周期的周期时长的一半；S203.控制所述第一电控开关K1和所述第二电控开关K2分别由导通状态恢复为截止状态。如此通过在切换启动使用备用双路驱动模块及备用双路IGBT模块前，先分别导通连接所述电源输出负极与所述第一电容C1以及所述电源输出正极与所述第二电容C2，可利用所述第一电容C1和所述第二电容C2先进行充电，然后在所述第一单刀双掷开关和所述第二单刀双掷开关的切换瞬间由这两电容放电，以便维持所述直流电流的输出稳定，进而可完全避免在切换过程中出现停弧事件，进一步确保实现连续不间断焊接的目的。另外，由于在切换启动使用备用双路驱动模块及备用双路IGBT模块后，会断开所述电源输出负极与所述第一电容C1以及所述电源输出正极与所述第二电容C2的连接，因此还可避免电容电量对所述直流电流的稳定性产生不利影响。具体的，所述第一电控开关K1或所述第二电控开关K2可以但不限于采用晶闸管或继电器等。
优选的，所述焊接电源控制模块还用于在成功起弧后：当所述在用双路驱动模块及所述在用双路IGBT模块的连续使用时长达到M个周期时长时，控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以便启用所述备用双路驱动模块和所述备用双路IGBT模块输出所述直流电流，其中，M表示大于等于5的正整数；而又当所述备用双路驱动模块及所述备用双路IGBT模块的连续使用时长达到N个周期时长时，控制所述第一单刀双掷开关截止对应的公共端与常开端且导通对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关截止对应的公共端与常开端且导通对应的公共端与常闭端，以便启用所述在用双路驱动模块和所述在用双路IGBT模块恢复输出所述直流电流，其中，N表示大于等于5的正整数。前述M和N可以分别举例为60，即每隔60分钟轮换启用所述在用双路驱动模块及所述在用双路IGBT模块与所述备用双路驱动模块及所述备用双路IGBT模块，如此通过轮换启用双路驱动模块及双路IGBT模块，还可避免它们因长期使用而出现故障，进一步确保实现连续不间断焊接的目的。
优选的，所述第一单刀双掷开关或所述第二单刀双掷开关可以但不限于采用型号为LN3657的单通道单刀双掷CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）模拟开关。
综上，采用本实施例所提供的适用于超长焊缝连续不间断焊接的焊接电源，具有如下技术效果：
（1）本实施例提供了一种可自动切换使用电弧维持用模块的新型焊接电源方案，即包括有焊接电源控制模块、控制开关模块、高频起弧模块、电流平衡模块、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、在用双路驱动模块、备用双路驱动模块、在用双路IGBT模块、备用双路IGBT模块、电源输出负极、电源输出正极和运行状态反馈模块，并通过这些模块的连接关系及功能协作，可以在成功起弧后周期性地估计在下一个周期结束时发生停弧事件的概率值，并在判定概率值大于等于预设阈值时，切换启动使用备用双路驱动模块及备用双路IGBT模块来输出用于维持电弧的直流电流，如此可在当前在用的电弧维持用模块出现故障前及时停用，避免意外触发停弧事件，进而可以在超长焊缝焊接过程中实现连续不间断焊接的目的，便于实际应用和推广；
（2）还可通过采用UPS不间断电源，避免因意外停电造成意外停弧事故，进一步确保在超长焊缝焊接过程中实现连续不间断焊接的目的；
（3）通过采用延时断电方案，还可在市电不正常时先让焊机以及焊枪冷却下来，有效保护焊接电源以及焊枪，进而有效保证焊接长期稳定，减少损耗。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。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。
Claims (10)
1.一种适用于超长焊缝连续不间断焊接的焊接电源，其特征在于，包括有焊接电源控制模块、控制开关模块、高频起弧模块、电流平衡模块、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、在用双路驱动模块、备用双路驱动模块、在用双路IGBT模块、备用双路IGBT模块、电源输出负极、电源输出正极和运行状态反馈模块，其中，所述电源输出负极用于连接焊枪头，所述电源输出正极用于连接待焊接工件；
所述焊接电源控制模块的第一输出端连接所述控制开关模块的受控端，所述焊接电源控制模块的第二输出端连接所述电流平衡模块的第一输入端，所述焊接电源控制模块的第三输出端分别连接所述第一单刀双掷开关及所述第二单刀双掷开关的受控端，所述控制开关模块连接所述高频起弧模块，所述高频起弧模块的输出端连接所述电源输出负极；
所述电流平衡模块的第一PWM脉冲信号输出端连接所述第一单刀双掷开关的公共端，所述电流平衡模块的第二PWM脉冲信号输出端连接所述第二单刀双掷开关的公共端，所述第一单刀双掷开关的常闭端连接所述在用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元的输入端，所述在用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元的输出端连接所述在用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元的输入端，所述第一单刀双掷开关的常开端连接所述备用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元的输入端，所述备用双路驱动模块中的第一路电流驱动单元的输出端连接所述备用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元的输入端，所述在用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元的输出端和所述备用双路IGBT模块中的第一路IGBT单元的输出端分别连接所述电源输出负极，所述第二单刀双掷开关的常闭端连接所述在用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元的输入端，所述在用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元的输出端连接所述在用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元的输入端，所述第二单刀双掷开关的常开端连接所述备用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元的输入端，所述备用双路驱动模块中的第二路电流驱动单元的输出端连接所述备用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元的输入端，所述在用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元的输出端和所述备用双路IGBT模块中的第二路IGBT单元的输出端分别连接所述电源输出正极；
所述运行状态反馈模块的输出端连接所述焊接电源控制模块的输入端；
所述焊接电源控制模块，一方面用于根据焊接控制时序数据，通过所述控制开关模块对所述高频起弧模块执行启动/停止动作，并向所述电流平衡模块输出激励控制信号，以便使所述电流平衡模块通过内部以主从方式连接的且并联运行的两路电流定频PWM脉冲发生器电路输出两路平衡的PWM脉冲信号，进而使所述在用双路驱动模块及所述在用双路IGBT模块输出直流电流并与由所述高频起弧模块产生的高频脉冲高压信号一起叠加输入焊枪；
所述焊接电源控制模块，另一方面还用于在成功起弧后，周期性地先对来自所述运行状态反馈模块的实时运行状态数据进行特征提取处理，得到多维运行状态特征，然后将所述多维运行状态特征导入基于机器学习算法的且已完成预训练的停弧事件发生预测模型，输出得到在下一个周期结束时发生停弧事件的概率值，最后在判定所述概率值大于等于预设阈值时，控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以便启用所述备用双路驱动模块和所述备用双路IGBT模块输出所述直流电流。
2.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，还包括有UPS不间断电源，其中，所述UPS不间断电源的供电端分别连接所述焊接电源控制模块、所述控制开关模块、所述高频起弧模块、所述电流平衡模块、所述第一单刀双掷开关、所述第二单刀双掷开关、所述在用双路驱动模块、所述备用双路驱动模块、所述在用双路IGBT模块、所述备用双路IGBT模块和所述运行状态反馈模块。
3.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，还包括有第一电控开关（K1）、第二电控开关（K2）、第一电容（C1）和第二电容（C2），其中，所述第一电控开关（K1）的一端连接所述电源输出负极，所述第一电控开关（K1）的另一端连接所述第一电容（C1）的一端，所述第一电容（C1）的另一端接地，所述第二电控开关（K2）的一端连接所述电源输出正极，所述第二电控开关（K2）的另一端连接所述第二电容（C2）的一端，所述第二电容（C2）的另一端接地；
所述焊接电源控制模块的第四输出端分别连接所述第一电控开关（K1）和所述第二电控开关（K2）的受控端；
控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，包括：
控制所述第一电控开关（K1）和所述第二电控开关（K2）分别由截止状态切换为导通状态，并启动计时器；
在所述计时器的计时到达预设时长阈值时，控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，其中，所述预设时长阈值短于所述下一个周期的周期时长的一半；
控制所述第一电控开关（K1）和所述第二电控开关（K2）分别由导通状态恢复为截止状态。
4.根据权利要求3所述的焊接电源，其特征在于，所述第一电控开关（K1）或所述第二电控开关（K2）采用晶闸管或继电器。
5.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，所述焊接电源控制模块还用于在成功起弧后：
当所述在用双路驱动模块及所述在用双路IGBT模块的连续使用时长达到M个周期时长时，控制所述第一单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关导通对应的公共端与常开端且截止对应的公共端与常闭端，以便启用所述备用双路驱动模块和所述备用双路IGBT模块输出所述直流电流，其中，M表示大于等于5的正整数；
而又当所述备用双路驱动模块及所述备用双路IGBT模块的连续使用时长达到N个周期时长时，控制所述第一单刀双掷开关截止对应的公共端与常开端且导通对应的公共端与常闭端，以及控制所述第二单刀双掷开关截止对应的公共端与常开端且导通对应的公共端与常闭端，以便启用所述在用双路驱动模块和所述在用双路IGBT模块恢复输出所述直流电流，其中，N表示大于等于5的正整数。
6.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，所述机器学习算法采用基于Pythonsklearn库的线性回归算法。
7.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，所述停弧事件发生预测模型按照如下方式预先训练得到：
获取多份正常运行状态数据以及与多个历史停弧事件一一对应的多份在前运行状态数据，其中，所述正常运行状态数据是指由所述运行状态反馈模块在无停弧事件发生的K小时历史时期的起始时刻所采集的实时运行状态数据，K表示正整数，所述在前运行状态数据是指由所述运行状态反馈模块在对应事件发生前一个确定时刻所采集的实时运行状态数据，所述确定时刻等于对应事件发生时刻减去一个周期时长；
针对在所述多份正常运行状态数据中的各份正常运行状态数据，从对应数据中提取出多维运行状态特征作为对应的模型输入项，以及将数值0作为对应的模型输出项，得到对应的且包含有该模型输入项和该模型输出项的负样本；
针对在所述多份在前运行状态数据中的各份在前运行状态数据，从对应数据中提取出多维运行状态特征作为对应的模型输入项，以及将数值1作为对应的模型输出项，得到对应的且包含有该模型输入项和该模型输出项的正样本；
应用多个所述负样本以及多个所述正样本，对基于机器学习算法的人工智能模型进行率定验证建模，得到所述停弧事件发生预测模型，其中，所述停弧事件发生预测模型的且输出值为1的置信度用于作为在下一个周期结束时发生停弧事件的概率值。
8.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，所述第一单刀双掷开关或所述第二单刀双掷开关采用型号为LN3657的单通道单刀双掷CMOS模拟开关。
9.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，所述运行状态反馈模块包括有焊接电流反馈单元、电弧电压反馈单元、温度信号反馈单元、冷水机运行状态反馈单元和两路IGBT输出反馈单元。
10.根据权利要求1所述的焊接电源，其特征在于，所述控制开关模块包括有焊枪保护气气阀开关、冷水机启停开关和起弧启停开关。
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