使用双相移相键控来沿焊接电缆传送指令并通过焊接电缆与电源和远程设备相连的焊接型系统，使用这种传送移相键控来远程控制这种电源的方法

相关申请的交叉参考

本申请是2006年2月22日递呈的美国专利申请No.11/276,288的部分接 续专利申请，并且美国专利申请No.11/276,288又是2004年4月16日递呈的 美国专利申请No.10/709,148的部分接续专利申请，它们公开的内容均包含在 这里作为参考。

背景技术

本发明总体上涉及使用远程电源的大功率系统，并且尤其涉及一种远程控 制被设计为向远程设备提供电能的电源的方法和装置。本发明还涉及一种由沿 连接远程设备与电源的电力电缆接收的控制信号来管理其操作的电源。本发明 被认为尤其适合应用于，但并不局限于焊接、等离子体切割以及感应加热系统。 可应用本发明的一个示例性系统是具有电源和远程焊丝进给机的金属惰性气 体(MIG)焊接系统。

之前被称为熔化极气体保护电弧焊(GMAW)的MIG焊接结合了钨极惰 性气体保护(TIG)焊的惰性气体保护与连续的、可消耗的焊丝电极的技术和 优点。在连续的、可消耗的焊丝电极与工件之间产生电弧。如此，可消耗的焊 丝可在焊接电路和填充金属源中起到电极的作用。MIG焊接是一种可使操作 者专注于电弧控制上的相对简单的处理。可使用MIG焊接来焊接包括钢、铝 以及不锈钢在内的绝大多数的商业金属和合金。此外，典型地与之前被称为钨 极氩弧焊(GTAW)的TIG焊或是还被称为粘结焊的金属保护电弧焊(SMAW) 相比较，MIG焊接具有较高的焊接速度及沉积率，因而使得MIG焊接成为更 高效的焊接处理。另外，通过向焊缝连续地供给可消耗的焊丝，可最小化电极 变化，并且如此来减小由于中断(interruption)所引起的焊缝效应。有利地， MIG焊接处理产生很少的或是不产生焊渣，在焊接过程中电弧和焊熔池均为 清晰可见，并且典型地与其它的焊接技术相比较几乎不需要焊后的清理。MIG 焊接的另一优点在于，由于它适用于大多数场合，因此对于需要垂直或高空焊 接的制造及修复操作格外有利。

在普通的MIG系统中，在操作中焊丝进给机与电源连接并且被设计为向 焊缝供给可消耗的焊丝。为了进一步加强MIG焊接系统的焊丝进给机的可操 作性，已知的焊接系统通过除专用的电力电缆或焊接电缆之外的专用的控制电 缆使电源与焊丝进给机彼此互连。从焊丝进给机向电源传送或反馈用来定义电 源的操作参数的控制信号。这通常被称为对电源的远程控制。

使用一类远程控制设备来调节操作焊接参数，并且打开和关闭焊接电源输 出以及通过悬垂体(pendant)来改变电源状态，此悬垂体通过多导体电缆连 接至电源。在图1A中示意性地说明了这种解决方案。通过包括14针连接器 (未示出)的控制电缆6A，将焊丝进给机2A连接至远程电源4A。在某些情 况下，电缆6A被用于从电源传送操作信息，并且依据要控制的功能个数，电 缆可包含2至14个连接器。高电流/高电压焊接电缆8A单独地连接在电源4A 与焊丝进给机2A之间，该高电流/高电压焊接电缆8A用于向焊丝进给机传送 焊接电源并且在电极与被加工的工件之间产生电势差，该电势差在焊接期间产 生并保持电极与工件之间的电弧。

这种基于电缆的控制的重要缺点在于，与被设计为在高电压下载有高电流 的焊接电缆相比较，控制电缆通常较脆。一般来说会在建筑工地或是船坞处使 用焊接机，并且在这样的建筑工地或是船坞处需要周期性地改变焊接机的位置 或是焊接机被在同一位置操作的其它移动重型机器所包围。在这种情况下，由 于与周围机器的接触和/或运输(traffic)被压碾或是被阻隔，远程控制电缆会 被损坏。如果内部电源导体与连接至灵敏的信号级电路的信号引线发生短路， 则会导致焊丝进给机和/或焊接电源的损坏。

另一已知系统是一种具有内部接触器的电压跟随或电压感应焊丝进给机。 在图1B中示意性地说明了这种解决方案。如图所示，这种系统包括用于从焊 接电路中存在的电压接收功率的焊丝进给机2B。焊丝进给机通过焊接电缆8B 与远程电源4B相连。这种系统的一个缺点在于操作者不能方便地调节焊接电 源的输出来补偿工件厚度和/或装配(fit up)上的变化。操作者可呼叫持有无 线电装置或其它通信装置的处于更靠近电源位置处的另一人员来作出上述调 节；然而，如果操作者单独工作，他(或她)必须要返回电源处来作出必要的 调节。这种系统的另一缺点在于，这种系统必须含有用来断开焊丝进给机中焊 接电路的高电流DC接触器。这种接触器体积大、重量大、价格昂贵并且需要 定期维护以确保正确及连续的操作。处于远程位置处的焊丝进给机中的次接触 器的位置甚至当不焊接时也需要焊接电源与焊丝进给机之间的焊接电路保持 接通，以便当激活焊枪开关时可向焊丝进给机和焊接电弧供应电源。相应地， 沿焊接电缆需要在焊接电动势处或是接近焊接电动势的地方保持开路电压。然 而，焊接电缆可能在工作点处损坏而导致在电缆的暴露部分与不期望的接地之 间形成不想要的电弧。

在转让给本申请的受让人的美国专利申请No.10/604,482中描述了另一种 远程控制方案。尽管利用前述待审申请的发明可获得各种进步，但是这种系统 依赖于脉冲宽度调制沿焊接电缆从焊丝进给机至电源远程传送操作数据。通过 使用对电源的操作进行远程控制的脉冲宽度调制后的信号，可以限制在焊丝进 给机与电源之间传送的数据量以及数据类型的可变性。此外，对于在前述待审 申请中描述的系统，焊丝进给机需要用来对焊丝进给机的电子电路供电的内部 DC供电。也就是说，前面参考的申请的发明教导了避免在焊丝进给机与电源 之间的开路电压。结果，缺少DC供电，不能最小化地对焊丝进给机供电以便 与电源通信来启动焊接处理。

因此，期望能够设计出一种包含用来沿焊接电缆从焊丝进给机传送控制指 令信号的通信网络或是链路以控制或是调节远程电源的操作。还期望设计出无 需在焊丝进给机中设置专用的DC供电的受远程控制的焊接系统。此外，还期 望设计出当仅通过焊接电缆连接而使焊丝进给机处于非焊接、备用状态时，可 接收低电压DC输入来保持焊丝进给机电子电路的供电的焊丝进给机。

发明内容

本发明关于一种可以克服前述缺点的受远程控制的焊接机。远程控制使用 移相键控(PSK)调制以沿焊接电缆向焊接电源传送控制指令。需要向电源传 送的信息包括焊接电源输出指令信息(电流强度/电压控制)、焊接电路接通/ 断开信息(电源输出接触器控制)、以及电源状态控制(恒电压/恒电流)。收 发器沿还被设计为从电源向焊丝进给机传送焊接功率的焊接电缆传送期望的 焊接操作参数的控制指令至电源。

因此，根据本发明的一个方面，焊接型系统包括用于在电源端子处传送焊 接类型处理所使用的功率的电源。该系统还包括通过连接至电源的端子的电缆 接收来自电源的功率的远程设备。该远程设备具有被配置为使用移相键控来将 控制指令编码在载波上并且随后沿电缆发送编码后的控制指令至电源的接收 器的发送组件。该接收器被配置为接收并且解码来自电缆的编码后的控制指 令。该系统还包括连接至电缆并且被配置为提高沿电缆传送编码后的控制指令 的信号质量的至少一个电路。

根据本发明的另一可选方面，一种制造远程可控焊接型系统的方法，包括： 提供能够选择性提供焊接电源和备用电源的电源；操作性连接具有操作员控制 的远程设备至电源的焊接电缆；以及配置远程设备通过传送协议沿焊接电缆与 电源通信(无论电源提供焊接电源还是提供备用电源)。该方法还包括通过滤 波在焊接电缆上的高频噪声以及提高在焊接电缆的终端处的阻抗的其中之一 或两者来提高沿焊接电缆的传送质量。

根据本发明的再一方面，用于焊接型系统的通信组件具有连接至该系统的 远程设备的发送器。该发送器被配置为沿该系统的焊接电缆传送控制指令。接 收器在焊接电缆的另一端被连接至电源并且被配置为接收来自发送器的控制 指令。该电源还包括根据由接收器接收的控制指令来调节电源的输出的控制 器。为了提高所发送的选择的信号质量，该通信组件还包括连接至电源的输出 端子或接收器的输入、或上述两者的信躁比耦合电路。

通过如下的详细说明书和附图将会清楚本发明的各种其它的特征、目的以 及优点。

附图说明

附图说明了为实现本发明而目前构思出的一个优选的实施例。

在附图中：

图1A和图1B是用于说明已知的受远程控制的焊接及焊丝进给机系统的 例子的示意性方框图；

图2是根据本发明的一个方面的焊接系统的视图；

图3是在图2中所示的焊接系统的示意图；

图4是在图2中所示的焊丝进给机通信电路的示意图；

图5是在图3中所示的电源通信电路的示意图；

图6是用于说明根据本发明的另一方面的远程控制电源的步骤的流程图； 以及

图7是具有改进的SNR耦合的包含图4所示的通信电路的焊丝进给机以 及包含图5所示的通信电路的电源的示意图。

具体实施方式

基于从远离电源的收发器至包含在电源中的接收器提供的调节后的反馈， 将会通过MIG焊接系统的电源和焊丝进给机的调节来描述本发明。然而，本 发明可同样应用到TIG、粘结、药芯等焊接系统的调节电源当中。此外，本发 明还可应用到例如等离子体切割机和感应加热器那样的非焊接、大功率电源系 统当中。

参考图2，示例性MIG焊接系统10包括设计用于通过焊接电缆16向焊 丝进给机14供电的焊接电源12。电源被设计为在包括恒压(CV)和恒流(CC) 在内的几种模式的其中之一下运行。还连接到电源上的是将电源连接到夹具 20上的次级工作焊接电缆18，该夹具20将电缆18夹持到工件22上。还连接 到焊丝进给机14上的是配置用于通过伺服电机(未示出)向焊缝供给可消耗 的焊丝的焊枪或焊炬24。焊接系统10还可包括连接到焊丝进给机14上的气 瓶26，以便通过气体软管28向MIG焊接处理提供保护气体。

电源12被设计用于调节由公共电网或是电源驱动的发动机提供的原始功 率并且输出焊接处理所使用的功率。如此，电源12包括一个或多个变压器组 件(未示出)来调节原始功率。电源的输出通常受到控制器以及用来调节功率 调节部件的输出的相关运算电路的控制。如此，可对电源初始上电并且直到通 过接通高电流DC接触器或其它开关组件来对激活电源电路才提供焊接输出。 正如在下面将要详细描述的一样，调节电源12以使得直至随着焊接处理的信 号启始而激活焊枪24时才提供焊接电源输出。在这个方面，直至例如通过按 下焊枪开关30激活焊枪24并且焊枪24位于靠近工件22的位置处才在电源 12与工件22之间建立焊接电路。

如图所示，省去了连接焊丝进给机与电源彼此之间的单独的控制线。此外， 优选地，可以无需用于接通焊接电路的接触器组件即可构建焊丝进给机14。 也就是说，不必在焊接电缆16和18上总是保持使焊丝进给机14向焊机提供 焊丝所必需的电源。相应地，在焊丝进给机14中无需独立的接触器或开关组 件来接通焊接电路。由于在焊丝进给机中的通信控制器引起指令信号通过焊接 电缆16和18传送到设置在电源中并设计用于与电源控制器通信的通信控制 器，电源和焊丝进给机之间的定制开压被移除，从而直至从焊丝进给机接收到 指令信号时才提供焊接电源。

现在参考图3，示意性地示出了图2中的示例性焊接系统。焊接系统10 包括设计用于向电压感应焊丝进给机14传送功率的电源12。在电源与焊丝进 给机之间沿可有效地形成焊接电路的焊接电缆16和18来形成焊接电路。在图 3所描绘的示意图中，示出了焊接或接地电缆18连接至焊丝进给机14，结果， 焊丝进给机会包括连接至工件22的焊接电缆18(a)。然而，本领域技术人员 可以理解的是，电缆18可直接连接至工件，如此，电缆18(a)将成为还连 接至工件来向焊丝进给机14提供电压反馈的电压感应引线。

电源12包括设计用于调节电源的电子部件的操作的主控制器32。除了主 控制器32之外，电源还包括通信控制器34。优选地，通信控制器使用可从位 于加利福尼亚州圣荷西的Echelon公司商业获得的LonWorksPLT-22电源线 智能接收器。LONWORKS是位于加利福尼亚州圣荷西的Echelon公司的注册 商标。尽管可以想到使用多种通信控制器，优选地，电源具有使用LonTalk通信语言进行通信的LonWorksPLT-22电源线智能接收器。LONTALK也是 Echelon公司的注册商标。

由于协议无须了解网络的拓扑或其它设备的名称、地址或功能，就可实现 来自通信网络中的其它设备的指令信号的传送和接收，因此LonTalk通信语 言和LonWorks通信控制器分别是优选的协议和部件。LonWorks通信控制 器还可提供信号确认、信号认证以及优先级传送。

下面将会更加详细地描述，电源12还包括用来当电源处于非焊接、备用 状态时沿焊接电缆16、18提供低、非焊接电压的低电压或次级电源36。电源 12还具有包括用来调节原始功率输入为焊接处理可使用形式的变压器(未示 出)和其它电子部件的主电源38。低功率电源36和主电源38均受到主控制 器32的控制。两个电源36、38均分别连接至选择性偏置来控制在焊接电缆 16、18上存在的电源信号的开关或二极管40、42。主电源38沿着焊接电缆以 期望的电压和电流来向焊丝进给机提供焊接功率。

如同电源12一样，电压感应焊丝进给机14具有通信控制器44。优选地， 通信控制器是使用LonTalk协议与电源的通信控制器进行通信的 LonWorksPLT-22电源线智能接收器。可以想到的是，可使用其它通信控制 器和通信协议；然而，电源与焊丝进给机的通信控制器应该彼此兼容。

焊丝进给机通信控制器44与焊丝进给机的用户或操作界面46以及电机控 制器48通信。操作界面46使得操作员可以指定包括但不限于焊丝供给速度和 电弧电压在内的期望的操作参数。一般地，表示期望的焊丝供给速度的信号被 传送至电机控制器48，以使可消耗的焊丝以期望的供给速度供给焊枪或焊炬。 向通信控制器44提供表示期望的电弧电压的信号。

如在下面描述的一样，通信控制器44使得消息沿焊接电缆传送到电源通 信控制器34。一旦接受到该消息，电源控制器34就向用户期望的电弧电压的 电源主控制器32发出消息。随后，主控制器32控制主电源沿着焊接电缆以期 望的电压来供电。

除了当用户提供操作参数输入时接收信号之外，通信控制器44还被设计 用于向电源传送触发信息。也就是说，当按下触发开关时，可使通信控制器 44传送焊接开始信号至电源通信控制器34。当接收到这个开始信号时，该开 始信号指令电源提供焊接或主电源。相似地，当松开触发开关时，沿焊接电缆 传送焊接终止信号并且使得电源终止传送焊接电源并进入备用状态。在备用状 态下，可以想到的是，电源或是沿焊接电缆不供电，或是提供不足以用来焊接 但是可用来向焊丝进给机中的电子电路供电的非焊接、次级电源。

上面的焊接系统结构具有几个优点。首先，焊丝进给机14可被设计为便 携式或“工具箱”式焊丝进给机，使得重量方面的降低是十分有利的。如此， 构建无需独立的接触器组件即可操作的焊丝进给机14可减小焊丝进给机的整 体重量和尺寸。进一步，需要在高电流DC应用的接触器是十分昂贵的，因而 增加了焊丝进给机的总成本。此外，接触器组件是一种需要定期维护以保证连 续的正确操作的维护部件。因此，构建这种无需接触器组件的焊丝进给机14 具有多个与尺寸和成本相关的优点。

其次，在电源12与焊丝进给机14之间直接通过焊接电缆16和18形成通 信链接可免去对独立的控制/电源电缆的需要。控制电缆增加了焊接系统的复 杂性、重量以及总成本。此外，如上所述，与焊接电缆相比控制线通常不太耐 用，并且如此，通常很容易出现典型地与工业场合相关的缺口及扭结。此外， 无需独立的接触器来构建焊丝进给机可改善焊丝进给机的总体电流容量。也就 是说，焊丝进给机中的接触器组件的容量通常决定焊丝进给机的载流容量负 荷。因而免去接触器组件可使焊丝进给机的其它部件来约束载流容量负荷，并 且这些其它部件与接触器组件相比较具有更大的载流容量负荷。

现在参考图4，方框图说明了焊丝进给机通信控制器及其相关输入/输出的 示例性配置。如上所述，控制器包括被设计用于传送及接收操作数据的电源线 收发器50。收发器接收来自操作界面(例如电弧电压控制旋钮52以及焊丝供 给速度控制旋钮54)的操作设定点数据。可以理解的是，可使用连接到电源 线收发器50的额外的或不同的操作输入设备。此外，可以想到的是，用户界 面(或用户界面部件)可以与焊枪或焊炬集成在一起，以使用户无须离开焊机 即可控制焊接处理。

连接在电弧电压设定点旋钮52与收发器50之间的是用来将控制旋钮52 的模拟输出转换为收发器使用的数字输入的模拟数字转换器56。

向焊丝供给速度控制旋钮的输入与焊丝供给速度电机控制器48通信并且 随后与收发器50通信。可以想到的是电机控制器48与收发器之间的通信是双 向的。此外，电机控制器48与收发器50可操作地连接以检测焊枪或焊炬的触 发开关的激活。可以想到的是在检测触发开关的激活中可以使用多种传感器器 件和技术，例如靠近触发开关或接触器开关31的红外传感器(未示出)。

收发器50以指令信号的形式传送操作参数数据至可体现用户期望的输入 的电源，以便控制旋钮52、54以及触发开关状态。优选地，指令信号封装在 已定义的协议中，例如LonTalk协议，并且按照窄带双相移相键控(BPSK) 调制方案来编码。但是，可以想到的是还可以使用例如四相移相键控(QPSK) 的其它调制协议。在更优选的实施例中，使用窄带双相PSK来调制用于沿焊 接电缆向电源传送的指令信号。

控制器44还包括一对连接到收发器50的放大器58、60。当正确使能时 放大器58有助于数据从收发器传送出来并且当正确使能时放大器60有助于用 于随后输入到收发器的数据的接收。两个放大器均由相关的焊接终端62、64 通过耦合变压器66连接至焊接电缆16、18。耦合变压器66提供对焊接电动 势的电流隔离并且提供用于将控制指令信号转化为与焊接电缆兼容的电平的 电压电平转换。还可以理解的是耦合变压器有利地提供阻抗匹配。在优选实施 例中，通过参考图7进一步说明，可通过在焊接电缆16的终端额外地耦合谐 振电路并且沿电源(未示出)的焊接端子来衰减高频噪声，从而实现提高信噪 比(SNR)。

现在参考图5，方框图用于说明电源通信控制器的示例性配置及其相关输 入/输出。电源通信控制器、焊接电路以及焊丝进给机通信控制器有效地形成 通信链路。如同焊丝进给机控制器一样，电源控制器34也具有电源线收发器 68以有助于电源与焊丝进给机之间的通信。连接收发器68以通过模拟数字转 换器70接收来自电源主控制器的电压和电流反馈。在这个方面，用来控制焊 丝进给机的供电部件的操作的主控制器向收发器提供用于驱动供电部件的电 压和电流电平的反馈，该反馈随后被传送到焊丝进给机。相应地，包括电压和 /或电流传感器(未示出)的焊丝进给机的主控制器(未示出)可比较指令的 电压和/或电流电平与感应的电压和/或电流电平，以便确定系统是否在正常操 作，并且如果系统没有正常操作，则向用户提供报警。

参考上面的说明，除了操作参数数据，可以想到的是焊丝进给机还向电源 提供触发状态信号。如此，收发器还向主控制器32提供接触器控制消息输出 72。接触器控制消息可使主控制器选择性地接通/断开在电源中的主接触器(一 般地，如图3中所示的二极管42)。使用主接触器来控制电源与焊丝进给机之 间的焊接电源的应用。相应地，当电源或主接触器断开时，不能从电源向焊丝 进给机供电。当电源或主接触器接通时，可以从电源向焊丝进给机供电。

然而，可以想到的是电源不仅包括主接触器还可包括次接触器(一般地， 如图3中所示的二极管40)。当次接触器接通时，可沿焊接电缆接通电源与焊 丝进给机之间的次级供电电路。可使用次级供电电路来提供电源与焊丝进给机 之间的非焊接电源。主接触器通常庞大并且昂贵，因此可以想到的是次接触器 与主接触器相比要小的多。通过使用除主接触器之外的次接触器，对于焊丝进 给机电子电路，无需电源与焊丝进给机之间的大开路电压或者焊丝进给机中的 电池来对焊丝进给机电子电路供电，电源就可向焊丝进给机提供充足的电能。

除了向主控制器32提供接触器控制消息72之外，可以想到的是收发器通 过数字模拟转换器76向主控制器32传送电弧电压指令信号74。

与焊丝进给机的收发器相类似，收发器68还通过耦合变压器82以及放大 器84、86连接到焊接端子78、80。耦合变压器提供与焊丝进给机14中的耦 合变压器66相似的功能。当使能放大器84时，放大器84支持沿焊接电缆从 电源到焊丝进给机的数据的传送。当使能放大器86时，放大器86有助于沿焊 接电缆接收来自焊丝进给机的数据。

在优选实施例中，控制指令信号封装在LonTalk协议中并按照BPSK调 制方案来编码，以及使用双载体在焊接电路中传送，以便提供在电源与焊丝进 给机之间的鲁棒性的通信链路。也就是说，在电源与焊丝进给机之间的通信在 操作波段CENELEC A和CENELEC C经过窄带双相移相键控PSK的数字调 制。正如参考图6所描述的一样，在电源与焊丝进给机之间的通信包括验证/ 确认特征以提高通信链路的鲁棒性。

现在请参考图7，示出了包含本发明的传送组件的焊丝进给机和电源的示 意图。电源108通过焊接电缆112、114可操作地连接到焊丝进给机110以便 向焊丝进给机110传送焊接电源。根据在这里所描述的实施例，电源108还可 向焊丝进给机110提供次级或备用电源。也就是说，或是电源电路116可被配 置为提供两个输出，或是包含次级供电以提供电源108的第二输出。对于这两 种的任何一种情况，在连接有电缆112、114的端子118、120处提供来自电源 108的功率。如在图5所示的实施例中，电源108具有用于控制焊接参数和电 源108的输出的主控制器122。可选地，可包括用户界面124以便操作者可控 制电源输出及模式、焊丝供给以及来自电源的其它焊接参数。用户界面124 可采用旋钮、开关、按钮、以及例如LCD或触摸屏显示器那样的更先进的控 制形式。

此外，电源108包括用于沿电缆112、114与焊丝进给机110通信的收发 器126。如图所示，收发器126包含一对用于接收数据的输入130以及一对用 于传送数据的输出132。传送的数据可包括来自用户界面124或主控制器122 的控制指令。然而，收发器126最少为仅具有输入130的接收器。收发器126 通过耦合变压器128连接到焊接电缆112、114。

如上所述，操作收发器126通过解码在载波上由焊丝进给机110对焊接电 缆112、114中的一条或是两条施加给定的频率而编码的控制信号和指令来接 收数据。收发器126还可通过在相关频率的载波上对信息编码并且沿焊接电缆 112、114中的一条或两条施加编码后的载波来传送信息。因此，操作者可通 过用户界面124来设定焊丝供给设置和焊丝进给机110的其它控制参数。主控 制器122接收来自用户界面124的设定并且通过收发器126的协议将该设定转 换为用于传送的可编码的指令。

为了提高在焊接电缆112、114上传送信号的质量，优选地，电路可电连 接至焊接电缆112、114以改善SNR和/或提高关心频率(优选地，对应于收 发器126的载波频率)下的阻抗。如本领域技术人员所公知的一样，当向负载 供电时，大功率电源系统的电缆会出现高频噪声。这种噪声可严重影响沿电缆 传送的数据信号，并且大大降低SNR。一种降低这种噪声并且因而提高SNR 的方式在于在大功率电源系统的端子118、120之间包括低通滤波器134。本 质上，电容134可作为低通滤波器，通过衰减高于关心频率的频率来去除在合 适的波段下的噪声。滤波器开始衰减或是阻挡噪声的频率可以是高于关心的频 率的任何期望的频率，并且基于电源产生的噪声的波段，可处于包括关心的频 率的多个范围之内。本领域技术人员还可以理解的是能够使用无源及有源滤波 器在内的多种低通滤波器来降低或消除噪声，例如运算放大器滤波器、基于晶 体管的滤波器等。

此外，本领域技术人员可以理解的是，电源108的输出端子118、120对 焊接电缆112、114产生低阻抗终端，从而引起较大的注入损耗并且导致较差 的信号质量。实际上，在电源108的输出118、120加入某种类型的低通滤波 器会恶化这种现象。一种提高在传送频率下操作的焊接电缆112、114的终端 处阻抗的方法在于，在所示出的靠近电源108的端子118、120的位置处的焊 接电缆112、114上包括谐振电路136。在一个实施例中，电源108的谐振电 路136为LC储能电路。电感部件142和电容部件140确定谐振电路起谐振的 频率，使用电阻部件138来提高峰值阻抗。因此，通过正确地选择这些部件， 可将谐振电路136的峰值阻抗设定为收发器126的传送频率，并且相应地降低 注入损耗。

在另一实施例中，收发器126被配置为以第一频率发送控制信息，并且如 果没有接收到来自焊丝进给机110的响应，则收发器126以第二频率自动或选 择性地重新发送信息。因此，期望将谐振电路136的峰值阻抗简单地设定为收 发器的发送频率的平均频率。包含这种谐振电路的变型例是包括两个谐振电 路，并且每个谐振电路在收发器126的发送频率具有峰值阻抗。然而，谐振电 路136还应适配于在多个频率设定峰值阻抗以匹配收发器126(或是焊丝进给 机110的收发器154)的发送频率。例如，谐振电路126可由对应于发送频率 的两个或更多个谐振电路组成，而这些发送频率可被切换或是通过收发器126 或收发器154的控制器来选择性地施加到焊接电缆112、114。可选地，谐振 电路136的电容部件140、电感部件142和/或电阻部件138可以是可变部件， 以使谐振电路136可在多个频率下获得峰值阻抗。

与电源108相类似，焊丝进给机110还可包括具有通过耦合变压器156耦 合到焊接电缆112、114的输入线158及输出线160的电源线收发器154。然 而，可以理解的是收发器154可仅为与电源108单向通信的发射器。如上所述， 通过在焊接电缆112、114上的PSK编码信号的传送来实现电源108与焊丝进 给机110之间的通信。优选地，通过例如LonTalk协议那样的尤其适合于电 源线传送的协议来传送信号。从收发器154到电源108传送的信号可包括例如 电压和电流设定、输出模式、触发信号、接通-断开指令以及焊丝供给设定的 控制指令。

为了提高发送和接收的控制指令的信号质量，谐振电路144连接到焊接电 缆112上以在其终端处提供增大的阻抗。提供峰值阻抗时所在的频率基于选择 谐振电路144的电容部件148还是电感部件150。此外，为了允许改变收发器 154的传送或载波频率，如上所述，谐振电路144可在平均频率、两个或更多 个频率、或可变频率下提供峰值阻抗。

在所述的实施例中，电压设定控制162和焊丝供给控制164提供控制信号 和设定，这些控制信号和设定或是传送到收发器154以传送到电源108，或是 传送到例如焊丝供给电机(未示出)的焊丝进给机电子电路152。所示出的电 压设定控制162和焊丝供给控制164为双向连接至收发器154，从而来自电源 108的用户界面124的控制指令可发送至收发器154。因此，当操作者通过控 制162、164选择电源108的功率输出或模式时，选择可被转换为控制指令， 在载波频率上被编码，被电源108的收发器126所接收，被主控制器122所处 理，并且电源108相应地提供选择的输出(即焊接电源、备用电源、无电源、 电压/电流控制、恒电流、恒电压等)。相似地，无论是从电源108接收还是从 用户操作控制162、164直接地接收，包括例如电机速度控制、焊丝传感器以 及焊丝供给辊的焊丝进给机电子电路152在由电压控制162和焊丝供给控制 164设定的参数下操作。

如图所示，焊接电缆112通过电源线166直接向焊炬168提供电源并且焊 接电缆114通过线170直接地连接到工件172。焊接电缆112、114还通过谐 振电路144向焊丝进给机电子电路152提供电源。在某些优选实施例中，焊炬 168包括连接到收发器154的触发传感器(未示出)以通过焊接电缆112、114 提供触发信号反馈。因此，电源108可以通过焊炬168的接合来简单地从备用 或关闭状态切换至打开或焊接供电状态。

现在参考图6，示出了根据本发明另一方面的远程控制电源的步骤的流程 图。处理88开始于90来检测用户对例如控制旋钮52、54或触发开关30的操 作参数输入器件的其中之一的输入。焊丝进给机中的收发器的软件使得这个用 户的输入与网络变量关联。结果，参数输入器件的改变会引起网络变量的改变。 使用例如LonTalk协议的期望的协议，这个新的网络变量以包含相关的操作 控制数据的控制指令信号的形式沿焊接电路被传送92至电源。如上所述，为 了在焊接电缆上传送，使用BPSK调制方案来编码包括网络变量数据，即操作 控制数据的协议层。随后，焊丝进给机的收发器等待来自电源的收发器的确认 信号以便确认在92所传送的控制指令信号被正确地接收。如此，处理前进至 判定块94。

如果接收到控制指令信号并且由焊丝进给机94、96接收到确认，则处理 循环回到步骤90并且等待下次用户输入。然而，例如，如果没有正确地接收 到所传送的控制指令信号，即电源收发器发送错误信号，或是如果焊丝进给机 收发器94、98没有接收到确认信号，则在100重新发送控制指令信号。虽然 可以与原始发送相同的频率来重新发送，但是优选地以与原始发送不同的频率 来重新发送。例如，在一个优选实施例中，原始发送处于或接近128kHz并且 重新发送处于或接近141kHz。

在控制指令信号的重新发送100之后，处理前进至步骤102并且确定在 102是否与在步骤94执行的验证的方式相似地接收并且确认重新发送。如果 接收并且验证重新发送102、104，则处理返回步骤90并且等待用户对参数输 入器件的其中之一的输入。然而，如果没有接收到重新发送或是没有验证重新 发送102、106，则在一个优选实施例中处理返回步骤92，并且以原始频率重 新发送控制指令信号。之后，处理反复循环直至接收并验证控制指令信号。

可以想到的是除了以原始频率重新发送控制指令信号之外，重新发送还可 以采用另一、第三(第四、第五、第六等)频率。在这个方面，通过多个频率 来重新发送及循环指令信号直到接收并且验证该指令信号。此外，可以想到的 是，无论使用两个传送频率还是更多传送频率，在通信控制器向用户提供错误 消息之前尝试固定次数的传送。可以想到的是，错误可采用音频和/或视频信 号的形式并且引起焊丝进给机进入或保持备用状态。

本发明支持焊丝进给机与电源之间的双向确认通信。在这个方面，电源向 焊丝进给机发送数据并且焊丝进给机向电源发送数据。此数据可以是操作数据 或信号确认数据。在任何情况下，优选地，当控制器发送操作控制指令时每个 通信控制器均执行如图6所示的流程图步骤。因此，当向焊丝进给机进行操作 控制数据的传送时电源通信控制器执行处理88，并且当向电源进行操作控制 数据的传送时焊丝进给机通信控制器执行处理88。

尽管双向通信是优选的，但是可以想到的是，焊丝进给机可具有发送器， 电源和接收器并且接收器支持这两个部件之间的单向通信。

如上所述，控制指令信号包括关于焊丝进给机的期望的操作参数的信息并 且命令电源的主控制器从其它参数中设定焊接电源的输出的幅值(伏特或安 培)、焊接电源的模式(CC或CV)、以及焊丝供给速度。焊丝进给机收发器 还可被配置为发送关于JOG和PURGE功能的指令。也就是说，当在焊丝进 给机上按下JOG按钮时，每次焊接电源的开路电压下降到零，收发器均自动 重复最小参考指令。

尽管电源和焊丝进给机的通信控制器已经被描述为在电源和焊丝进给机 的内部，但是可以想到的是，一个或两个控制器还可设置在电源和焊丝进给机 的外部的模块中。在这个方面，通信网络可采用工具箱的形式以翻新现有的焊 接系统。还可想到的是，新系统还可被构建为具有紧固在电源和/或焊丝进给 机的外表面的通信模块。

用户界面被设计为接收来自操作者的集中定义焊接处理的操作的模拟和/ 或离散输入。由于焊丝进给机14支持焊接处理的数字化控制，因此操作者能 够通过用户面板46输入特定程度的具体精确操作参数。然而，由于焊接系统 10是受远程控制的系统，焊丝进给机14的通信控制器接收用户输入，而这些 输入被反馈到焊丝进给机收发器以沿焊接电缆向电源通信控制器发送。

再次参考图3，如上所述，焊接电源12可包括低压DC电源36，用于当 焊丝进给机14处于开启、非焊接状态，即备用状态时，可沿焊接电缆16传递 次级电源。在这个方面，可对焊丝进给机14的电子电路充足供电，因而避免 了在焊接目标之间“重启”焊丝进给机14。然而，本领域技术人员可以理解 的是，在焊接开始经过指定时间之后，焊丝进给机14可被关闭。尽管不是优 选地，但是可以在焊丝进给机中设置电池(未示出)以便当电源没有供电时向 焊丝进给机的电子电路供电。相应地，可以想到的是，直至通过接收来自焊丝 进给机的控制指令命令电源向焊丝进给机供电，电源才开始向焊丝进给机供 电。可以理解的是，电池可以是可充电电池并且可以连接至焊接电路，以便在 有源焊接期间进行充电。

如上所述，可包含在电源12中或是位于电源之外的低电压电源36被设计 为在焊丝进给机的备用操作期间向焊丝进给机提供相对低电压电源。在优选实 施例中，沿焊接电缆提供低电压电源。如此，当电源12中集成设置低电压电 源36时，电源将包括通常参考为二极管42的主接触器以及通常参考为二极管 40的次接触器，来控制电源与焊丝进给机之间的电流。也就是说，主接触器 42电连接至主电源38，即被设计为将来自电站或驱动电源的输入功率调节为 焊接类型的处理可以使用的形式的变压器，该主接触器42将被用来控制焊丝 进给机与电源之间的焊接(或是相对高)电压的应用。在这个方面，直至通过 沿焊接电缆16接收来自远程的焊丝进给机的操作员指令具体地命令主接触器 42接通时，主接触器42才接通以形成焊丝进给机与电源之间的焊接电路。

另一方面，与主接触器42电绝缘的并且与低电压电源36电连接的次接触 器40可被用于控制低电压电源36的应用。也就是说，如果电源12正在操作 并且连接至焊丝进给机14或是其它某远程设备，沿电缆16将会出现低电压来 向焊丝进给机或其它远程设备的电子电路供电。然而，在焊接处理期间，焊丝 进给机将会使用或是分接出主电压或焊接电压，以便控制焊丝进给机的电子电 路。可以想到的是，电源和焊丝进给机均至少具有三种状态——断开状态、焊 接(接通)状态以及备用状态。备用可被定义为非焊接、接通状态，其中焊丝 进给机及其电子电路被供电但是并未发生有源焊接处理。可以期望的是在焊接 之间的间隔期间内焊丝进给机处于备用。

远程控制的电压感应接收器部被配置为检测启动及参考指令。因此，远程 用户可远程地接通电源的焊接电源输出并且设定电源输出的幅值。焊丝进给机 还包括用于检测电弧电流并且当焊接时在接通状态下保持电源的电流感应电 路(未示出)。焊接电源输出有效地接替在备用状态下向焊丝进给机供电的备 用电源输出。也就是说，可以想到的是，在电源中的主接触器和次接触器当焊 接时均处于导通状态，但是当焊丝进给机处于备用时仅次接触器处于导通。此 外，优选地，焊丝进给机包括有效地分接焊接电压以在焊接期间对其电子电路 供电的电路。

如上所述，在优选实施例中，焊丝进给机被构造为无需典型地用来接通焊 接电路的接触器，即允许向电极传送焊接电源。尽管是优选的，但是本发明并 未以此为限。也就是说，可以想到的是，焊丝进给机可以被构造为具有接触器 以接通焊接电路。在这个方面，当接通时，指令电源向焊丝进给机提供焊接电 压，但是直至在焊丝进给机中的控制器引起接触器接通，焊接电压才被传送到 电极。在这个方面，无需从备用状态到焊接电源的传送状态的电压的远程状态 切换，即可提供远程电压控制。这种构造的一个优点在于，可从焊接电缆之间 存在的开路电压直接地以传统方式来向焊丝进给机电子电路供电。对于那些期 望避免专用的焊丝进给机接触器的实施例，可以想到的是，或是由电源向焊丝 进给机提供非焊接电压以供电焊丝进给机电子电路，或是可选地，焊丝进给机 可设置有电池，以便当由电源向焊丝进给机传送非焊接电源时向焊丝进给机电 子电路提供操作电源。

此外，如上所述，可以想到的是，电源可以远程地被从备用状态切换至焊 接状态。在备用状态下，电源向焊丝进给机提供低电压、低电流电源来对焊丝 进给机的电子电路充足地供电。在焊接状态下，电源向焊丝进给机提供高电压、 高电流输出。然而，在另一实施例中，可以想到的是，可远程命令电源在中间 状态下操作。在这种中间状态下，电源向焊丝进给机提供低电压、适中的电流 能量。在这种状态下，如同在备用状态下，电源仍提供非焊接电源，但是对那 些与在备用状态下由电源提供的相比较需要更大电流消耗的非焊接任务提供 额外的电源。例如，当操作者按下在焊丝进给机上的JOG按钮时，可指令电 源进入中间状态。在这个方面，焊丝进给机需要来自电源的JOG电源，当由 电源提供JOG电源时，该JOG电源激活焊丝进给机的驱动电机来缓慢供给焊 丝。可以理解的是，缓慢供给焊丝是一种示例性非焊接任务并且还可以想到其 它的非焊接任务。

如上所述，本发明还可应用于例如TIG和粘结焊机的非MIG焊接系统。 此外，可执行上述的电路以自动调节电源的输出来补偿沿焊接电缆发生的损 耗。也就是说，在某些制造和/或工业设置下，焊接处于距离电源相对很远的 地方。如此，焊接电缆可能长达数十至上百英尺。这样的焊接电缆长度会导致 从电源的输出端子至焊机出现损耗。简单而言，在电源(其中焊接电缆连接至 电源)的输出端子处的电压可能大大高于焊机上的电压。相应地，可使用本发 明来传送在焊接处的电压反馈信号至电源，于是电源中的主控制器或其它控制 器比较端子处的电压与焊接处的电压，并且调节端子处的电压使得沿焊接电缆 经历损耗之后，在焊接处的电压处于用户所要求的电平。

因此，根据本发明的一个实施例，焊接型系统具有被设计为向焊接类型的 处理传递电能的电源。电源在备用状态下也可操作，其中电源为自我供电但是 不向焊接类型的处理传递电能。焊接系统进一步具有可操作地连接的远程设备 以沿焊接电缆接收来自电源的电能。在电源与远程设备之间通过焊接电缆建立 通信链路并且被配置为至少在远程设备与电源之间传递控制指令。在一个优选 方面，使用窄带移相键控(PSK)调制来编码控制指令并且以第一频率将控制 指令发送。如果在第一频率没有接收到来自电源的响应，则以第二频率重新发 送相同的指令。此外，通信链路还包括用于检测当远程设备的触发开关被切换 至焊接起始位置的传感器，并且一旦具有所述检测，就引起通信链路向电源发 送信号以从备用状态切换至供电状态。

在本发明的实施例中，焊接类型的系统包括在其端子处至少传递焊接类型 电能的电源、连接至电源并通过连接至端子的电缆接收来自电源的电能的远程 设备、连接至远程设备的用于使用移相键控(PSK)编码将控制指令编码到载 波上以及随后沿电缆发送编码后的控制指令的发送组件、连接至电源以接收和 解码被编码的控制指令的接收器以及连接至电缆的被配置为改善编码后的控 制指令的信号质量的至少一个电路。

本发明还体现在一种制造远程可控焊接型系统的方法中。该方法包括如下 步骤：提供用于沿焊接电缆选择性提供焊接电源或备用电源的电源；可操作地 连接具有操作员控制的远程设备至焊接电缆；不论电源正在提供焊接电源还是 备用电源时，配置远程设备为通过传送协议沿焊接电缆与电源通信；以及通过 滤波高频噪声和提高终端处的阻抗的其中之一或是两者来沿焊接电缆改善传 送质量。

在本发明的另一实施例中，用于焊接型系统的通信组件包括连接至远程焊 接类型设备的发送器。发送器被配置为沿焊接电缆发送至少控制指令。通信组 件还包括连接至电源的接收器。接收器被配置为沿焊接电缆接收由远程焊接类 型设备发送器发送的控制指令。还包括被配置为根据控制指令调节电源输出的 控制器。此外，通信组件还包括连接至电源的输出端子和接收器的输入的其中 之一或是两者的信躁比耦合电路。

已经通过优选实施例描述了本发明，可以理解的是，除了那些明确表述的 实施例之外，相等例、可选例以及变形例均可以实现并且落入所附的权利要求 书范围之内。