專(zhuān)利名稱(chēng)：全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種焊接技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)微電子信息和自動(dòng)化控制領(lǐng)域的發(fā)展，極大的推動(dòng)了焊接設(shè)備控制技術(shù)和自動(dòng)化水平的提高，然而氬弧焊設(shè)備的研究和制造水平與正在蓬勃發(fā)展的國(guó)民經(jīng)濟(jì)仍不相適應(yīng)。直流脈沖氬弧焊是一種優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能的先進(jìn)焊接技術(shù)，適用于薄板的焊接，全位置管道焊接，高速焊接以及對(duì)熱敏感性強(qiáng)的材料焊接。直流脈沖氬弧焊采用可控的脈沖電流來(lái)加熱工件，其焊接過(guò)程是一個(gè)斷續(xù)的加熱過(guò)程，焊縫由一個(gè)一個(gè)熔池疊加而成，當(dāng)每一次脈沖電流通過(guò)時(shí),工作就被加熱熔化形成一個(gè)熔池,基值電流通過(guò)時(shí) 使熔池冷凝結(jié)晶，同時(shí)維持電弧燃燒，焊接時(shí)電弧有明顯的閃爍現(xiàn)象。傳統(tǒng)的直流氬弧焊控制系統(tǒng)通過(guò)模擬電路實(shí)現(xiàn)，需要使用大量模擬器件，控制系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，一致性差，系統(tǒng)調(diào)試效率低。目前市面上使用的半數(shù)字化直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)中比例積分運(yùn)算、脈寬調(diào)制控制、逆變電路驅(qū)動(dòng)仍然采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致焊機(jī)輸出特性單一，不利于焊機(jī)的多功能化，同時(shí)，半數(shù)字焊機(jī)不能對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行精確控制，無(wú)法適應(yīng)多種焊接材料的焊接。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種可解決以上控制系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、一致性差的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)，包括微處理器，及與所述微處理器分別連接的人機(jī)界面、焊接電流反饋模塊、電弧電壓反饋模塊、焊接時(shí)序控制模塊、焊接電源保護(hù)控制模塊、逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊，其中所述微處理器，用于將焊接電流反饋模塊輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)與人機(jī)界面提供的給定信號(hào)通過(guò)比例積分運(yùn)算產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)，控制逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊；所述焊接電流反饋模塊，用于采集焊接電源的副變電流值，并將采集的副變電流值輸出給微處理器；所述電弧電壓反饋模塊，用于采集焊接電源副變直流電壓經(jīng)隔離后的電壓信號(hào)，并將其輸出給微處理器；所述焊接時(shí)序控制模塊，用于焊接工藝時(shí)序精確控制，根據(jù)焊接工藝的時(shí)序要求，實(shí)現(xiàn)送氣、起弧、收弧工作；所述焊接電源保護(hù)控制模塊，用于檢測(cè)焊接電源的工作狀態(tài)；所述逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)微處理器輸出的PWM脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為能直接驅(qū)動(dòng)外部功率器件工作的信號(hào)，從而控制逆變器的輸出；[0011]所述人機(jī)界面，用于接收外部數(shù)據(jù)，并顯示、調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)焊接狀態(tài)。在本實(shí)用新型所述的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)中，所述人機(jī)界面包括液晶顯示器、按鍵輸入模塊、報(bào)警單元、存儲(chǔ)器，所述液晶顯示器用于顯示焊接工況、焊接參數(shù)選擇、歷史記錄等信息；所述按鍵輸入單元，用于將按鍵信息轉(zhuǎn)換為高低電平，同時(shí)產(chǎn)生按鍵中斷，通知微處理器讀取按鍵信息并作出響應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入；所述報(bào)警單元，用于指示焊接電源狀態(tài)；所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)該控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的程序及焊接參數(shù)。在本實(shí)用新型所述的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)中，所述焊接電源保護(hù)控制模塊包括過(guò)/欠壓保護(hù)單元、過(guò)流保護(hù)單元、過(guò)熱保護(hù)單元。在本實(shí)用新型所述的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)中，所述焊接時(shí)序控制模塊包括電磁閥控制單元、焊槍開(kāi)關(guān)控制單元、高頻引弧控制單元。在本實(shí)用新型所述的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)中，所述焊接電流反饋模塊包括電流傳感器、電流放大單元。 在本實(shí)用新型所述的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)中，所述電弧電壓反饋模塊包括電壓傳感器、電壓放大單元。實(shí)施本實(shí)用新型的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)，具有以下有益效果通過(guò)采用微處理器將焊接電流反饋模塊、電弧電壓反饋模塊傳輸?shù)臏y(cè)量值與給定值經(jīng)過(guò)比例積分運(yùn)算，產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)，再控制逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而控制逆變電路功率開(kāi)關(guān)器件的通斷，實(shí)現(xiàn)氬弧焊電源輸出電壓和電流的精確控制；微處理器通過(guò)人機(jī)界面將焊接相關(guān)信息顯示到液晶顯示器上，可以方便使用者查看，并可以相應(yīng)的調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)。在本實(shí)用新型中，由于采用了全數(shù)字化，微處理器控制系統(tǒng)所用元器件大大減少，降低了故障率，提高了整機(jī)可靠性；通過(guò)修改微處理器程序可以靈活的調(diào)整焊機(jī)功能，在相同的控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)上，能實(shí)現(xiàn)多種焊接功能；通過(guò)微處理器精確控制焊接過(guò)程，提高了整機(jī)的焊接工藝性能；本實(shí)用新型核心控制是由微處理器完成的，系統(tǒng)控制精度高，一致性好。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖I是本實(shí)用新型的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)的微處理器功能連接示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。如圖I所示，在本實(shí)用新型的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖中，包含包括微處理器1，及與微處理器I分別連接的人機(jī)界面2、焊接電流反饋模塊3、電弧電壓反饋模塊4、焊接時(shí)序控制模塊5、焊接電源保護(hù)控制模塊6、逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊7，其中微處理器1，用于將焊接電流反饋模塊輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)與人機(jī)界面提供的給定信號(hào)通過(guò)比例積分運(yùn)算產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)，控制逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊；焊接電流反饋模塊3，用于采集焊接電源的副變電流值，并將采集的副變電流值輸出給微處理器；電弧電壓反饋模塊4，采集焊接電源副變直流電壓經(jīng)隔離后的電壓信號(hào)，并將其輸出給微處理器；焊接時(shí)序控制模塊5，用于焊接工藝時(shí)序精確控制，根據(jù)焊接工藝的時(shí)序要求，實(shí)現(xiàn)送氣、起弧、收弧工作；焊接電源保護(hù)控制模塊6，用于檢測(cè)焊接電源的工作狀態(tài)；逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊7，用于根據(jù)微處理器輸出的PWM脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為能直接驅(qū)動(dòng)外部功率器件工作的信號(hào)，從而控制逆變器的輸出；人機(jī)界面2，用于接收外部數(shù)據(jù)，并顯示、調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)焊接狀態(tài)。 人機(jī)界面2具體包括液晶顯示器、按鍵輸入模塊、報(bào)警單元、存儲(chǔ)器，液晶顯示器用于顯示焊接工況、焊接參數(shù)選擇、歷史記錄等信息；按鍵輸入單元，用于將按鍵信息轉(zhuǎn)換為高低電平，同時(shí)產(chǎn)生按鍵中斷，通知微處理器讀取按鍵信息并作出響應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入；報(bào)警單元，用于指示焊接電源狀態(tài)；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)該控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的程序及焊接參數(shù)，焊機(jī)掉電重啟后，可從該存儲(chǔ)器中讀取掉電前的焊接參數(shù)。焊接電源保護(hù)控制模塊6包括過(guò)/欠壓保護(hù)單元、過(guò)流保護(hù)單元、過(guò)熱保護(hù)單元。焊接時(shí)序控制模塊7包括電磁閥控制單元、焊槍開(kāi)關(guān)控制單元、高頻引弧控制單
J Li ο焊接電流反饋模塊3包括電流傳感器、電流放大單元。電流傳感器采集焊接電源的副變電流值，并通過(guò)電流放大單元后傳送給微處理器。電弧電壓反饋模塊4包括電壓傳感器、電壓放大單元。電壓傳感器采集焊接電源副邊直流電壓，并通過(guò)電壓放大單元后傳送給微處理器。請(qǐng)參照?qǐng)D2，本實(shí)用新型全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)的微處理器功能連接示意圖。在本實(shí)施例中，微處理器選用英飛凌公司的16位產(chǎn)品SAK-XE162FN-40F80L，內(nèi)核為C166SV2 ；CPU時(shí)鐘為80MHZ，指令周期為12. 5ns ;帶40位結(jié)果的單周期32位加法和減法運(yùn)算；16位X 16位單周期乘法運(yùn)算；21個(gè)時(shí)鐘周期的后臺(tái)除法運(yùn)算；片上程序存儲(chǔ)器320KB ；兩個(gè)可同步的ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換)，具有9路ADC通道，10位轉(zhuǎn)換精度，轉(zhuǎn)換時(shí)間低于Ius ; —個(gè)可靈活產(chǎn)生PWM信號(hào)的捕獲/比較。微處理器I引腳19接人機(jī)界面2中按鍵輸入模塊中的焊接方法切換21，在本實(shí)施例中，有五種焊接方法可供選擇手工焊條電弧焊、二步氬弧焊、四步氬弧焊、二步脈沖氬弧焊、四步脈沖氬弧焊。按一下人機(jī)界面上的焊接方法切換按鍵，焊接方法切換信號(hào)會(huì)傳輸?shù)轿⑻幚砥鞯?9腳，焊接方法會(huì)被切換一次。每按一下按鍵，可以切換到下一種焊接方法。微處理器I引腳31、35、36接人機(jī)界面2中按鍵輸入模塊中的旋轉(zhuǎn)編碼器22。手工焊時(shí)，旋轉(zhuǎn)人機(jī)界面上的旋轉(zhuǎn)編碼器22可以調(diào)節(jié)焊接電流，起弧電流，推力電流，按下旋轉(zhuǎn)編碼器22，可以切換可調(diào)節(jié)的參數(shù)；氬弧焊時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器22可以調(diào)節(jié)提前送氣時(shí)間、起弧電流，電流上升時(shí)間、焊接電流、電流下降時(shí)間、收弧電流、延遲送氣時(shí)間、脈沖頻率、脈沖基值、脈沖占空比，按下旋轉(zhuǎn)編碼器22，可以切換可調(diào)節(jié)的參數(shù)；按下編碼器22，微處理器的31腳由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，微處理器I檢測(cè)到低電平后，切換到下一個(gè)焊接參數(shù)；旋轉(zhuǎn)編碼器提供的給定信號(hào)通過(guò)35腳傳輸給微處理器1，微處理器I通過(guò)與旋轉(zhuǎn)編碼器22相連接的36腳判斷旋轉(zhuǎn)編碼器22的旋轉(zhuǎn)方向，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，編碼器所調(diào)節(jié)的參數(shù)值增加，反之減少。微處理器I引腳42接人機(jī)界面2中液晶顯示器23，可以顯示焊接的各參數(shù)值，方便使用者查看操作。微處理器I引腳28、29、30接存儲(chǔ)器24，該存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)焊接參數(shù)，實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。微處理器I引腳15與焊接電流反饋模塊3連接，在起弧階段，微處理器I通過(guò)檢測(cè)焊接電流反饋值，判斷是否引弧成功；在焊接階段，焊接電流反饋信號(hào)與微處理器的35腳焊接電流給定信號(hào)經(jīng)過(guò)微處理器的DSP (數(shù)字信號(hào)處理)單元進(jìn)行比例積分運(yùn)算，經(jīng)PWM調(diào)節(jié)，通過(guò)引腳39和40輸出2路互補(bǔ)PWM信號(hào)，PWM信號(hào)經(jīng)隔離放大后驅(qū)動(dòng)逆變主電路功率器件(如IGBT，M0SFET)，獲得恒流輸出特性。微處理器I引腳14與電弧電壓反饋模塊4連接。微處理器I通過(guò)檢測(cè)14腳的電弧電壓反饋，判定焊接狀態(tài)。手工焊條電弧焊時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到焊機(jī)的輸出電壓低于12V時(shí)，判定加推力，根據(jù)預(yù)設(shè)的推力值，輸出推力電流。微處理器I引腳54、58、59分別與焊接時(shí)序控制模塊5的電磁閥控制單元51、焊槍開(kāi)關(guān)狀態(tài)判斷單元52、高頻引弧控制單元53連接。氬弧焊時(shí)，微處理器I的58腳檢測(cè)到高電平信號(hào)，判定此時(shí)焊槍開(kāi)關(guān)已經(jīng)按下，調(diào)用起弧子程序，打開(kāi)氣閥，微處理器I的54腳輸出低電平，控制保護(hù)氣體的電磁閥打開(kāi)，提前送氣一段時(shí)間后，微處理器I的59腳輸出低 電平，高頻引弧電路工作，起弧成功后進(jìn)入焊接子程序，根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行焊接操作。起弧不成功重復(fù)起弧過(guò)程，直到引燃電??；當(dāng)微處理器I的58腳檢測(cè)到低電平，判定焊槍開(kāi)關(guān)已松開(kāi)，調(diào)用收弧子程序，電流值由焊接電流轉(zhuǎn)變?yōu)槭栈‰娏?，熄弧后一段時(shí)間內(nèi)微處理器的54腳仍為低電平，實(shí)現(xiàn)延遲送氣。微處理器I引腳46、51、11分別與焊接電源保護(hù)控制模塊6的過(guò)/欠壓保護(hù)單元61、過(guò)流保護(hù)單元62、過(guò)熱保護(hù)單元63連接。當(dāng)檢測(cè)到焊接電源過(guò)壓/欠壓信號(hào)時(shí)，微處理器的46腳由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖剑⑻幚砥鳈z測(cè)到46腳的高電平后，封鎖微處理器的39腳和43腳的PWM輸出信號(hào)，焊機(jī)的逆變電路停止工作，焊機(jī)處于保護(hù)狀態(tài)；當(dāng)檢測(cè)到焊機(jī)過(guò)熱時(shí)，微處理器的11腳由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，微處理器檢測(cè)到11腳的高電平后，使焊機(jī)處于保護(hù)狀態(tài)；當(dāng)檢測(cè)到焊機(jī)過(guò)流時(shí)，微處理器的51腳由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，微處理器檢測(cè)到51腳的高電平后，使焊機(jī)處于保護(hù)狀態(tài)。當(dāng)焊機(jī)處于保護(hù)狀態(tài)，人機(jī)界面的故障指示燈點(diǎn)亮。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)，其特征在于，包括微處理器(I)，及與所述微處理器(I)分別連接的人機(jī)界面(2)、焊接電流反饋模塊(3)、電弧電壓反饋模塊(4)、焊接時(shí)序控制模塊(5)、焊接電源保護(hù)控制模塊￠)、逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊(7)，其中 所述微處理器(I)，用于將焊接電流反饋模塊輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)與人機(jī)界面提供的給定信號(hào)通過(guò)比例積分運(yùn)算產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)，控制逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊； 所述焊接電流反饋模塊(3)，用于采集焊接電源的副變電流值，并將采集的副變電流值輸出給微處理器； 所述電弧電壓反饋模塊(4)，用于采集焊接電源副變直流電壓經(jīng)隔離后的電壓信號(hào)，并將其輸出給微處理器； 所述焊接時(shí)序控制模塊(5)，用于焊接工藝時(shí)序精確控制，根據(jù)焊接工藝的時(shí)序要求，實(shí)現(xiàn)送氣、起弧、收弧工作； 所述焊接電源保護(hù)控制模塊(6)，用于檢測(cè)焊接電源的工作狀態(tài)； 所述逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊(7)，用于根據(jù)微處理器輸出的PWM脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為能直接驅(qū)動(dòng)外部功率器件工作的信號(hào)，從而控制逆變器的輸出； 所述人機(jī)界面(2)，用于接收外部數(shù)據(jù)，并顯示、調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)焊接狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述人機(jī)界面(2)包括液晶顯示器、按鍵輸入模塊、報(bào)警單元、存儲(chǔ)器，所述液晶顯示器用于顯示焊接工況、焊接參數(shù)選擇、歷史記錄等信息；所述按鍵輸入單元，用于將按鍵信息轉(zhuǎn)換為高低電平，同時(shí)產(chǎn)生按鍵中斷，通知微處理器讀取按鍵信息并作出響應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入；所述報(bào)警單元，用于指示焊接電源狀態(tài)；所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)該控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的程序及焊接參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接電源保護(hù)控制模塊(6)包括過(guò)/欠壓保護(hù)單元、過(guò)流保護(hù)單元、過(guò)熱保護(hù)單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接時(shí)序控制模塊(7)包括電磁閥控制單元、焊槍開(kāi)關(guān)控制單元、高頻引弧控制單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接電流反饋模塊(3)包括電流傳感器、電流放大單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電弧電壓反饋模塊(4)包括電壓傳感器、電壓放大單元。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及全數(shù)字直流脈沖氬弧焊控制系統(tǒng)，包括微處理器，及與所述微處理器分別連接的人機(jī)界面、焊接電流反饋模塊、電弧電壓反饋模塊、焊接時(shí)序控制模塊、焊接電源保護(hù)控制模塊、逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊。通過(guò)采用微處理器將焊接電流反饋模塊傳輸?shù)臏y(cè)量值與通過(guò)人機(jī)界面提供的給定信號(hào)經(jīng)過(guò)比例積分運(yùn)算，產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)，再控制逆變電路驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而控制逆變電路功率開(kāi)關(guān)器件的通斷，實(shí)現(xiàn)氬弧焊電源輸出電壓和電流的精確控制；微處理器通過(guò)人機(jī)界面將焊接相關(guān)信息顯示，可以方便使用者查看，并可以相應(yīng)的調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)。由于采用了全數(shù)字化，微處理器控制系統(tǒng)所用元器件大大減少，降低了故障率，提高了整機(jī)可靠性。
文檔編號(hào)B23K9/095GK202622140SQ201220066000
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者朱泉, 林思和, 于明 申請(qǐng)人:深圳市綠能芯科技有限公司