專利名稱：微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微束等離子焊機，特別是一種微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng)，包括主弧電源及主弧電源啟?？刂评^電器，小弧電源及其啟停控制繼電器，引弧裝置及其啟?？刂评^電器，氣路及其氣閥控制繼電器，水路及其水壓開關(guān)，鍵盤，液晶數(shù)字顯示，過程開關(guān)，焊槍開關(guān)，水電氣故障檢測電路和故障報警指示燈，其特征在于①采用數(shù)字信號(DSP)處理器作中央處理器；②在氣閥控制繼電器、小弧電源啟?？刂评^電器、主弧電源控制繼電器、引弧啟停控制繼電器與DSP處理器之間設(shè)有時序控制接口；③在鍵盤、液晶數(shù)字顯示、過程開關(guān)和焊槍開關(guān)與DSP處理器之間設(shè)有人機對話接口；④在水壓開關(guān)與DSP處理器之間設(shè)有水壓開關(guān)檢測及接口；⑤在水電氣故障檢測電路和故障報警指示燈與DSP處理器之間設(shè)有故障接口電路；⑥在主弧電源和DSP處理器之間還設(shè)有檢測和控制主弧電源工作的主弧電源接口電路。
所說DSP處理器是TMS320F240。
該微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng)的控制過程包括初始化、參數(shù)預(yù)置、系統(tǒng)調(diào)整和焊接四部分。
所說初始化過程包括①系統(tǒng)初始化；
②輸入輸出初始化；③中斷系統(tǒng)初始化；④友好界面初始化；⑤初始化結(jié)束，進入過程開關(guān)檢測。
所說的參數(shù)預(yù)置過程包括①開關(guān)置參數(shù)預(yù)置位置；②顯示參數(shù)預(yù)置界面；③通過功能鍵選擇將光標移動到所要進行參數(shù)預(yù)置的選項；④輸入或修改參數(shù)數(shù)值；⑤將光標移動到下一需要預(yù)置的參數(shù)并進行參數(shù)預(yù)置；⑥直至所有參數(shù)預(yù)置或修改結(jié)束；⑦按結(jié)束鍵，返回開始；所說的焊接過程包括下列步驟①焊接過程啟動由焊槍開關(guān)控制，令焊槍開關(guān)處于啟動位置；②DSP處理器通過時序控制接口啟動氣閥控制繼電器打開氣路進行預(yù)氣，經(jīng)過一定預(yù)氣時間后；③DSP處理器通過時序控制接口啟動小弧啟停控制繼電器打開小弧電源；④DSP處理器通過時序控制接口啟動引弧啟停控制繼電器打開引弧裝置引小?。徊⒉粩鄼z測小弧回路電流，直至小弧引燃；⑤DSP處理器通過時序控制接口啟動主弧啟停控制繼電器打開主弧電源，即轉(zhuǎn)主?。虎轉(zhuǎn)SP處理器通過主弧電源接口電路不斷檢測主弧電流，若未引燃主弧電流，則繼續(xù)轉(zhuǎn)主弧，否則進入主弧電流上升階段，直至主弧電流達到實際要求的焊接電流，進入焊接平穩(wěn)階段；⑦DSP處理器的CPU不斷地進行信息采集和數(shù)據(jù)處理，不斷調(diào)整參量，以獲得恒定的焊接電流；⑧DSP處理器的CPU同時通過人機對話接口不斷地檢測焊槍開關(guān)，當檢測到焊槍開關(guān)處于結(jié)束位置時，DSP處理器通過人權(quán)對話接口關(guān)閉焊槍開關(guān)，進入結(jié)束過程；⑨結(jié)束過程，焊接電流按一定斜率下降，當主弧電流降至0時，DSP處理器通過時序控制接口斷開主弧啟?？刂评^電器，關(guān)閉主弧電源，斷開小弧啟?？刂评^電器，關(guān)小弧電源；⑩然后經(jīng)過一段延氣時間，通過時序控制接口斷開氣閥控制繼電器關(guān)閉氣路；焊接過程結(jié)束。
本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明的技術(shù)方案中采用了美國TI公司的2000系統(tǒng)的DSP芯片TMS320F240，利用其各種豐富的算法軟件程序，快速進行現(xiàn)場信息處理，如數(shù)字信號處理濾波器、快速傅里葉變換等，并實現(xiàn)比較完備的控制規(guī)律，如PID控制規(guī)律、最小拍控制規(guī)律等。同時，利用其優(yōu)越的片內(nèi)外圍接口，如28個I/O并行接口、16路A/D轉(zhuǎn)換接口、12路PWM信號發(fā)生器接口、3路定時器/計數(shù)器接口完成與復(fù)雜的微束等離子焊接設(shè)備的接口和通訊，同時實現(xiàn)完善的人機交互系統(tǒng)。另外，利用該芯片較為完備的實時監(jiān)控系統(tǒng)和“看門狗”系統(tǒng)，確保整個設(shè)備的可靠運行。


圖1是本發(fā)明微束等離子焊機數(shù)字信號控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)控制原理流程圖。
圖3是本發(fā)明控制系統(tǒng)參數(shù)鍵盤預(yù)置過程流程圖。
圖4是本發(fā)明控制系統(tǒng)焊接過程流程圖。
具體實時方式圖1是本發(fā)明微束等離子焊機數(shù)字信號控制系統(tǒng)較佳實施例的結(jié)構(gòu)框圖。由圖可見，本發(fā)明微束等離子焊機數(shù)字信號控制系統(tǒng)，包括主弧電源2及主弧電源啟?？刂评^電器9，小弧電源6及其啟?？刂评^電器7，引弧裝置10及其啟?？刂评^電器11，氣路4及其氣閥控制繼電器5，水路13及其水壓開關(guān)14，鍵盤16，液晶數(shù)字顯示17，過程開關(guān)18，焊槍開關(guān)19，水電氣故障檢測電路21和故障報警指示燈22，其特點是①采用了美國TI公司的2000系列的DSP芯片TMS320F240作中央處理器；②在氣閥控制繼電器5、小弧電源啟停控制繼電器7、主弧電源控制繼電器9、引弧啟停控制繼電器11與DSP處理器1之間設(shè)有時序控制接口12；③在鍵盤16、液晶數(shù)字顯示17、過程開關(guān)18和焊槍開關(guān)19與DSP處理器1之間設(shè)有人機對話接口20；④在水壓開關(guān)14與DSP處理器1之間設(shè)有水壓開關(guān)檢測及接口15；⑤在水電氣故障檢測電路21和故障報警指示燈22與DSP處理器1之間設(shè)有故障接口電路23；⑥在主弧電源2和DSP處理器1之間還設(shè)有檢測和控制主弧電源工作的主弧電源接口電路3。
本發(fā)明微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng)的受控對象包括水路、氣路、電源、引弧裝置、人機對話系統(tǒng)和故障系統(tǒng)。水路系統(tǒng)是DSP數(shù)字信號處理器1對水路13的水壓開關(guān)14經(jīng)過水壓開關(guān)檢測及接口電路15進行檢測；氣路系統(tǒng)則是DSP數(shù)字信號處理器1經(jīng)時序控制接口12輸出控制信號，控制氣閥控制繼電器5動作，以接通或斷開氣路4；電源系統(tǒng)包括小弧電源系統(tǒng)6和主弧電源系統(tǒng)2，其中，小弧電源系統(tǒng)6只進行啟停控制，即DSP數(shù)字信號處理器1經(jīng)時序控制接口12輸出控制信號，控制小弧啟?？刂评^電器7動作，以接通或斷開小弧電源6，主弧電源8需進行啟停控制和質(zhì)量控制，對于主弧電源8的啟停控制，與小弧電源6只進行啟?？刂埔粯樱蒁SP數(shù)字信號處理器1經(jīng)時序控制接口12輸出控制信號，控制主弧啟停控制繼電器9動作，以接通或斷開主弧電源8，對于它的質(zhì)量控制，則是進行焊接電流的大小控制，一方面由DSP數(shù)字信號處理器1經(jīng)主弧電源接口電路3輸出控制焊接電流的控制信號，另一方面由DSP數(shù)字信號處理器1經(jīng)主弧電源接口電路3定時檢測焊接電流，與由DSP數(shù)字信號處理器1內(nèi)部設(shè)置的給定信號進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，通過運算來不斷地調(diào)整輸出的控制信號，以使焊接電流達到恒定的輸出；引弧裝置10的控制也是由DSP數(shù)字信號處理器1經(jīng)時序控制接口12輸出控制信號，控制引弧啟停控制繼電器11動作，以接通或斷開引弧裝置10；人機對話系統(tǒng)，一是由DSP數(shù)字信號處理器1經(jīng)過人機對話接口20進行現(xiàn)場操作開關(guān)的檢測，主要有過程開關(guān)18和焊槍開關(guān)19；二是由DSP數(shù)字信號處理器1經(jīng)過人機對話接口20進行現(xiàn)場參數(shù)預(yù)置和現(xiàn)場顯示，前者通過鍵盤16進行參數(shù)預(yù)置，后者通過數(shù)字顯示屏17顯示；故障系統(tǒng)則是由DSP數(shù)字信號處理器1經(jīng)過故障接口電路23、故障檢測電路21對現(xiàn)場的水、電、氣進行檢測，若它們工作不正常，則DSP數(shù)字信號處理器1經(jīng)過故障接口電路23發(fā)出相應(yīng)的故障報警信號，并由報警指示燈22顯示報警。
圖2為本發(fā)明中控制系統(tǒng)控制原理流程圖。微束等離子焊機的DSP控制過程主要包括初始化、參數(shù)預(yù)置、系統(tǒng)調(diào)整和焊接4個模塊。其中，參數(shù)預(yù)置、焊接、系統(tǒng)調(diào)整3個過程由過程開關(guān)檢測29的檢測結(jié)果來決定具體進入哪一個過程。當檢測到過程開關(guān)18在焊接位置30，則進入到焊接過程31，直至焊接過程結(jié)束32，經(jīng)39返回至開始24；當檢測到過程開關(guān)18在參數(shù)預(yù)置位置33，則進入到參數(shù)預(yù)置過程34，直至參數(shù)預(yù)置過程結(jié)束35，經(jīng)39返回至開始24；當檢測到過程開關(guān)18在閑置位置36，則進入系統(tǒng)調(diào)整過程37，當系統(tǒng)調(diào)整過程38結(jié)束，經(jīng)39返回至開始24。初始化包括系統(tǒng)初始化25、輸入輸出初始化26、中斷系統(tǒng)初始化27、顯示友好界面28共5個步驟，而整個程序由開始24進入，結(jié)束時經(jīng)39返回至開始。
下面針對參數(shù)預(yù)置過程和焊接過程的流程做進一步的描述。
圖3為本發(fā)明控制系統(tǒng)參數(shù)鍵盤預(yù)置過程的流程圖。鍵盤預(yù)置共有14個鍵，其中0、1、2、3、4、5、6、7、8、9為10個數(shù)字鍵，“左移”、“右移”、“回車”及“結(jié)束”是4個功能鍵。所以參數(shù)的鍵盤預(yù)置主要分按鍵的數(shù)字鍵處理和功能鍵處理，在這之前，首先判斷有無鍵按下，若有鍵按下，則判斷是數(shù)字鍵還是功能鍵。該程序由顯示參數(shù)預(yù)置界面40開始，操作者進行鍵盤預(yù)置參數(shù)41，CPU掃描鍵盤42，并判斷是否有鍵按下43，若無鍵按下，繼續(xù)掃描鍵盤42，若有鍵按下，則進行鍵識別44，判別是數(shù)字鍵還是功能鍵，若是數(shù)字鍵45，則進行數(shù)字鍵處理46，并在預(yù)先指定的位置進行數(shù)字顯示47；若是功能鍵48，則進行功能鍵處理49，并同時鑒別是否為結(jié)束鍵50，若不是結(jié)束鍵，則繼續(xù)掃描鍵盤42，否則進行預(yù)置參數(shù)處理51，結(jié)束參數(shù)預(yù)置52。
圖4為本發(fā)明控制系統(tǒng)焊接過程的流程圖。焊接過程分為啟動過程和結(jié)束過程，共有預(yù)氣、引小弧、轉(zhuǎn)主弧、上升、焊接平穩(wěn)、下降、延氣共7個階段，其中，預(yù)氣、引小弧、轉(zhuǎn)主弧、上升、焊接平穩(wěn)階段組成焊接過程的啟動過程，而下降、延氣階段則構(gòu)成焊接過程的結(jié)束過程，這兩個過程由焊槍開關(guān)19控制。
所說的焊接過程包括下列步驟①焊接過程啟動由焊槍開關(guān)19控制，令焊槍開關(guān)19處于啟動位置55；②DSP處理器1通過時序控制接口12啟動氣閥控制繼電器5打開氣路4進行預(yù)氣56，經(jīng)過一定預(yù)氣時間后；③DSP處理器1通過時序控制接口12啟動小弧啟停控制繼電器7打開小弧電源6；④DSP處理器1通過時序控制接口12啟動引弧啟?？刂评^電器11打開引弧裝置10引小弧57，并不斷檢測小弧電流58，小弧未引燃時，繼續(xù)引小弧59，當引燃小弧時，引小弧階段結(jié)束；⑤DSP處理器1通過時序控制接口12啟動主弧啟停控制繼電器9打開主弧電源2，即轉(zhuǎn)主弧60；⑥D(zhuǎn)SP處理器1通過主弧電源接口電路3不斷檢測主弧電流61，若未引燃主弧電流，則繼續(xù)轉(zhuǎn)主弧62，否則進入主弧電流上升階段63，焊接電流按一定的斜率上升，直至主弧電流達到實際要求的焊接電流，進入焊接平穩(wěn)階段64；
⑦DSP處理器1的CPU不斷地進行信息采集和數(shù)據(jù)處理65，不斷調(diào)整參量66，以獲得恒定的焊接電流；⑧DSP處理器1的CPU同時通過人機對話接口20不斷地檢測焊槍開關(guān)19，當檢測到焊槍開關(guān)19處于結(jié)束位置67時，DSP處理器1通過人機對話接口20關(guān)閉焊槍開關(guān)19，進入結(jié)束過程；⑨結(jié)束過程68，焊接電流按一定斜率下降，當主弧電流降至0時，DSP處理器1通過時序控制接口12斷開主弧啟停控制繼電器9，關(guān)閉主弧電源71，斷開小弧啟?？刂评^電器7，關(guān)小弧電源72；⑩然后經(jīng)過一段延氣時間，通過時序控制接口12斷開氣閥控制繼電器5關(guān)閉氣路74；焊接過程結(jié)束75。
本發(fā)明的最突出優(yōu)點在于利用TMS320F240芯片各種豐富的算法軟件程序，數(shù)字信號處理技術(shù)，進行快速的現(xiàn)場信息處理，實現(xiàn)完備的控制規(guī)律，同時，利用其優(yōu)越的片內(nèi)外圍接口，完成與復(fù)雜的微束等離子焊接設(shè)備的接口和通訊，實現(xiàn)完善的人機交互系統(tǒng)。并使微束等離子焊接過程提升到自適應(yīng)控制和自學(xué)習(xí)過程的智能化控制的高度，使由它控制的微束等離子焊機具有先進、新穎和高檔的特點。
權(quán)利要求
1.一種微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng)，包括主弧電源(2)及主弧電源啟?？刂评^電器(9)，小弧電源(6)及其啟?？刂评^電器(7)，引弧裝置(10)及其啟?？刂评^電器(11)，氣路(4)及其氣閥控制繼電器(5)，水路(13)及其水壓開關(guān)(14)，鍵盤(16)，液晶數(shù)字顯示(17)，過程開關(guān)(18)，焊槍開關(guān)(19)，水電氣故障檢測電路(21)和故障報警指示燈(22)，其特征在于①采用數(shù)字信號(DSP)處理器(1)作中央處理器；②在氣閥控制繼電器(5)、小弧電源啟?？刂评^電器(7)、主弧電源控制繼電器(9)、引弧啟?？刂评^電器(11)與DSP處理器(1)之間設(shè)有時序控制接口(12)；③在鍵盤(16)、液晶數(shù)字顯示(17)、過程開關(guān)(18)和焊槍開關(guān)(19)與DSP處理器(1)之間設(shè)有人機對話接口(20)；④在水壓開關(guān)(14)與DSP處理器(1)之間設(shè)有水壓開關(guān)檢測及接口(15)；⑤在水電氣故障檢測電路(21)和故障報警指示燈(22)與DSP處理器(1)之間設(shè)有故障接口電路(23)；⑥在主弧電源(2)和DSP處理器(1)之間還設(shè)有檢測和控制主弧電源工作的主弧電源接口電路(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng)，其特征在于所說DSP處理器(1)是TMS320F240。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng)，其特征在于其控制過程包括初始化、參數(shù)預(yù)置、系統(tǒng)調(diào)整和焊接四部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng)，其特征在于所說初始化過程包括①系統(tǒng)初始化；②輸入輸出初始化；③中斷系統(tǒng)初始化；④友好界面初始化；⑤初始化結(jié)束，進入過程開關(guān)檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng)，其特征在于所說的參數(shù)預(yù)置過程包括①開關(guān)置參數(shù)預(yù)置位置；②顯示參數(shù)預(yù)置界面；③通過功能鍵選擇將光標移動到所要進行參數(shù)預(yù)置的選項；④輸入或修改參數(shù)數(shù)值；⑤將光標移動到下一需要預(yù)置的參數(shù)并進行參數(shù)預(yù)置；⑥直至所有參數(shù)預(yù)置或修改結(jié)束；⑦按結(jié)束鍵，返回開始(24)；
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng)，其特征在于所說的焊接過程包括下列步驟①焊接過程啟動由焊槍開關(guān)(19)控制，令焊槍開關(guān)(19)處于啟動位置；②DSP處理器(1)通過時序控制接口(12)啟動氣閥控制繼電器(5)打開氣路(4)進行預(yù)氣，經(jīng)過一定預(yù)氣時間后；③DSP處理器(1)通過時序控制接口(12)啟動小弧啟?？刂评^電器(7)打開小弧電源(6)；④DSP處理器(1)通過時序控制接口(12)啟動引弧啟?？刂评^電器(11)打開引弧裝置(10)引小弧；并不斷檢測小弧回路電流，直至小弧引燃；⑤DSP處理器(1)通過時序控制接口(12)啟動主弧啟停控制繼電器(9)打開主弧電源(2)，即轉(zhuǎn)主??；⑥D(zhuǎn)SP處理器(1)通過主弧電源接口電路(3)不斷檢測主弧電流，若未引燃主弧電流，則繼續(xù)轉(zhuǎn)主弧，否則進入主弧電流上升階段，直至主弧電流達到實際要求的焊接電流，進入焊接平穩(wěn)階段；⑦DSP處理器(1)的CPU不斷地進行信息采集和數(shù)據(jù)處理，不斷調(diào)整參量，以獲得恒定的焊接電流；⑧DSP處理器(1)的CPU同時通過人機對話接口(20)不斷地檢測焊槍開關(guān)(19)，當檢測到焊槍開關(guān)(19)處于結(jié)束位置時，DSP處理器(1)通過人機對話接口(20)關(guān)閉焊槍開關(guān)(19)，進入結(jié)束過程；⑨結(jié)束過程，焊接電流按一定斜率下降，當主弧電流降至0時，DSP處理器(1)通過時序控制接口(12)斷開主弧啟停控制繼電器(9)，關(guān)閉主弧電源(2)，斷開小弧啟?？刂评^電器(7)，關(guān)小弧電源(6)；⑩然后經(jīng)過一段延氣時間，通過時序控制接口(12)斷開氣閥控制繼電器(5)關(guān)閉氣路(4)；焊接過程結(jié)束。
全文摘要
一種微束等離子焊機的數(shù)字信號控制系統(tǒng),其特點是采用數(shù)字信號(DSP)處理器作中央處理器;在氣閥控制繼電器、小弧電源啟?？刂评^電器、主弧電源控制繼電器、引弧啟停控制繼電器與DSP處理器之間設(shè)有時序控制接口;在鍵盤、液晶數(shù)字顯示、過程開關(guān)和焊槍開關(guān)與DSP處理器之間設(shè)有人機對話接口;在水壓開關(guān)與DSP處理器之間設(shè)有水壓開關(guān)檢測及接口;在水電氣故障檢測電路和故障報警指示燈與DSP處理器之間設(shè)有故障接口電路;在主弧電源和DSP處理器之間還設(shè)有檢測和控制主弧電源工作的主弧電源接口電路,從而確保微束等離子焊機的可靠運行。
文檔編號B23K10/02GK1371777SQ0211125
公開日2002年10月2日 申請日期2002年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月4日
發(fā)明者何建萍, 焦馥杰, 黃晨 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)