CN102398101A

CN102398101A - 数字化直流脉冲mig焊接机的焊接控制方法及焊接控制电路

Info

Publication number: CN102398101A
Application number: CN2011103715591A
Authority: CN
Inventors: 刘煜; 李明杰
Original assignee: WUXI NANFANG ELECTRIC APPLIANCE MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: WUXI NANFANG ELECTRIC APPLIANCE MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2012-04-04

Abstract

本发明涉及一种数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法及焊接控制电路，其包括如下步骤：a、启动第一处理器及第二处理器，并对人机界面进行显示测试；b、向第一处理器的EEPROM内输入所需的焊接参数，并通过人机界面显示输入的焊接参数；c、按下焊枪进入相应的焊接模式，第一处理器根据焊接参数驱动送丝机送丝，并使焊接机进入引弧子程序；d、焊接时，第二处理器将焊接参数、反馈的工作电流及工作电压值通过PI控制方式输出相应的PWM控制信号，使得焊接机输出稳定的焊接电弧；e、读取焊枪状态，当松开焊枪时，第一处理器进入收弧子程序，焊接过程结束。本发明结构简单紧凑，使用调节方便，适用范围广，降低使用成本，安全可靠。

Description

数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法及焊接控制电路

技术领域

本发明涉及一种焊接控制方法及焊接控制电路，尤其是一种数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法及焊接控制电路，属于MIG焊接机的技术领域。

背景技术

现有焊接机的电弧特性控制一般都是模拟控制的，采用模拟的控制方式固定不易更改，能耗高，一般只能做到某一工作方式下的电弧特性控制良好，而其它工作方式下则相对不好，切存在升级困难，开发周期长的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法及焊接控制电路，其结构简单紧凑，使用调节方便，适用范围广，降低使用成本，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法，所述焊接控制方法包括如下步骤：

a、启动第一处理器及第二处理器，第一处理器与第二处理器通讯后，对人机界面进行显示测试；

b、向第一处理器的EEPROM内输入所需的焊接参数，并通过人机界面显示输入的焊接参数；

c、按下焊枪进入相应的焊接模式，第一处理器根据焊接参数驱动送丝机送丝，并使焊接机进入引弧子程序，使得焊接机引弧；

d、焊接时，第二处理器将焊接参数、反馈的工作电流及工作电压值通过PI控制方式输出相应的PWM控制信号，使得焊接机输出稳定的焊接电弧；第一处理器根据焊接参数使得焊接机按照设定状态焊接；

e、读取焊枪状态，当松开焊枪时，第一处理器进入收弧子程序，焊接过程结束。

所述第一处理器为单片机，第二处理器为DSP。所述第一处理器内EEPROM输入的焊接参数包括峰值电流Ip、基值电流Ib、焊接电压、峰值时间Tp、频率f、送丝速度Vm、提前送气时间、滞后送气时间、去球时间、焊丝材料、焊丝直径及操作模式。

所述步骤d中，第二处理器根据反馈的工作电流值及工作电压值经PI控制计算后得到参考电压Uf，第二处理器将得到的参考电压Uf与设定的焊接电压比较；当参考电压Uf大于设定焊接电压时，第二处理器增大基值时间Tb；当参考电压Uf小于设定焊接电压时，第二处理器减小基值时间Tb；第二处理器根据基值时间Tb输出相应周期的PWM信号，使得焊接弧压与焊接状态相匹配。

第一处理器进入引弧子程序后，打开气阀送气，延时2秒后，第一处理器驱动送丝机慢送丝，产生弧压；引弧成功时，经热脉冲过渡后第一处理器驱动送丝机按照设定的送丝速度Vm送丝；引弧失败时，第一处理器停止送丝机的送死，关断焊接机的电源，停止送气。

所述焊丝材质包括铝、镁铝合金、碳钢或不锈钢。

所述数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制电路，包括第一处理器及第二处理器，所述第一处理器与人机界面及送丝机调速电路相连；第一处理器与第二处理器相连，且第二处理器的输入端分别与用于对焊接机焊接时焊接电流采样的电流采样反馈电路及用于对焊接机焊接时焊接电压采样的电压反馈采样电路相连；第二处理器的输出端与IGBT驱动电路相连，第二处理器根据第一处理器内的焊接参数、焊接机工作时反馈电流值及反馈电压值输出相应的PWM信号，使得焊接机的弧压保持稳定。

所述IGBT驱动电路与IGBT半桥逆变电路相连，所述IGBT半桥逆变电路的输入端与三相输入整流滤波电路相连，IGBT半桥逆变电路的输出端通过中频逆变变压器与高频整流滤波输出电路相连，所述高频整流滤波输出电路与焊接机相连。

所述第二处理器的输入端还与保护电路相连。所述电流采样反馈电路为霍尔电流传感器，电压采样反馈电路为霍尔电压传感器。

本发明的优点：第一处理器采用单片机，第二处理器采用DSP，通过第一处理器与第二处理器的对应配合，实现数字化直流脉冲的焊接控制；提高不同焊接的适应性；向第一处理器的EEPROM存储器内输入焊接参数，提高后续采用相同焊接设置的操作性，提高焊接效率；焊接时，第一处理器根据焊接参数设置驱动送丝机进行送送，第二处理器根据反馈的电流值、电压值及焊接参数，能够调节输出PWM信号的周期，能够对焊接机的熔滴过渡进行有效控制，实现了对电弧长度的有效控制，根据反馈的电流值、电压值能够对整个焊接过程的过流、过热及过压进行保护，提高整个电路工作的可靠性，结构紧凑，降低使用成本。

附图说明

图1为本发明焊接控制的流程图。

图2为本发明引弧子程序的流程图。

图3为本发明收弧子程序的流程图。

图4为本发明的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图4所示：所述数字化直流脉冲MIG（熔化极气体保护电弧焊）焊接机的焊接控制电路包括第一处理器及第二处理器，具体地，第一处理器采用单片机（MCU），第二处理器采用DSP（digital signal processor），通过第二处理器的高速运算能力，能够使得焊接机的弧压能快速保持稳定。第一处理器与第二处理器相连，第一处理器与人机界面相连，第一处理器通过人机界面能够显示相应的焊接参数；第一处理器的输出端与送丝机调速电路相连，通过送丝机调速电路能够调节送丝机的送丝速度。第二处理器的输入端与电流采样反馈电路及电压采样反馈电路相连，电流采样反馈电路及电压采样反馈电流分别用于对焊接机焊接工作时的电流及电压进行采样，电流采样反馈电路为霍尔电流传感器，电压采样反馈电路为霍尔电压传感器。第二处理器根据得到的反馈电流值、反馈电压值及答疑处理器内设定的焊接参数，根据PI控制算法输出相应的PWM信号，所述焊接机根据PWM信号产生相应的弧压，能够保持焊接机熔滴过渡的稳定性。

单片机与DSP数字信号处理器包括复位电路、时钟电路。复位电路保证MCU和DSP的正常启动，时钟电路提供MCU和DSP工作的时钟周期，所述MCU和DSP内有EEPROM，FLASH，定时器，看门狗，还包含A/D转换器，它能将霍尔电压传感器和霍尔电流传感器的模拟信号输入量转换为DSP所需的数字量，所述数码管显示电路采用数显控制芯片，其与单片机的输出端相连。

第二处理器通过IGBT驱动电路与IGBT半桥逆变电路相连，IGBT半桥逆变电路的输入端与三相输入整流滤波电路相连，IGBT半桥逆变电路的输出端与中频逆变变压器相连，中频逆变变压器通过高频整流滤波输出电路与焊接机相连，从而能够使得焊接机产生相应要求的焊接弧压。第二处理器的输入端还与保护电路相连，当霍尔电流传感器及霍尔电压传感器检测到相应的工作电流、工作电压时，第一处理器将反馈的电流值、电压值与设定焊接参数进行比较，当出现过流、过压或过热时，保护电路能够对整个焊接系统进行保护。

如图1、图2和图3所示：根据图4所述的焊接控制电路，所述数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法包括如下步骤：

通过显示测试可以知道人机界面上的LED发光管和七段数码管是否正常工作，如果已经损坏通过显示测试就可以确定；如果没有显示测试这一过程，那么即使LED发光管或者七段数码管已经损坏也无法知道，最终对焊接机的正确使用带来困扰，当确定人机界面损坏时，能够方便更换相应的人机界面；有了显示测试这一过程对焊接机的正确使用带来很大的帮助。

第一处理器具有EEPROM存储器和FLASH存储器，其中，EEPROM用于存储数据，FLASH存储器用于存储程序；向第一处理器的EEPROM内输入的焊接参数包括峰值电流Ip、基值电流Ib、焊接电压V、峰值时间Tp、频率f、送丝速度Vm、提前送气时间、滞后送气时间、去球时间、焊丝材料、焊丝直径、操作模式（两步，四步，特殊四步）；七段数码管显示峰值电流Ip值、焊接电压V值，焊丝材料，led灯指示焊丝直径、操作模式。其中，频率f为熔滴过渡的频率，通过频率f能够反应焊接机的熔滴过渡的电压，焊丝材料包括铝、铝镁合金、碳钢或不锈钢。当上述焊接参数输入EEPROM存储器后，第一处理器能够直接读取上一次输入的焊接参数，并能够作为本次焊接参数使用，当进行两次相同焊接操作时，能够提高焊接操作时间；当需要更新焊接参数时，通过输入相应的焊接参数，第一处理器根据新输入的焊接参数及EEPROM内保存的焊接参数，能够控制送丝机及焊接机进行相应的焊接操作。

按动焊枪时，根据EEPROM选择的焊丝直径、焊丝材料及焊接模式，第一处理器驱动送丝机进行慢送丝，并进入FLASH存储器内设定的引弧子程序；进入引弧子程序后，打开气阀送气，延时2秒，由于焊丝靠近工件，使得气体电离产生弧压；当得到相应的弧压后，引弧成功，当引弧成功后，通过气阀的热脉冲过渡，第一处理器驱动送丝机按照设定的送丝速度进行送丝，以便进行焊接操作；当引弧失败后，第一处理器停止送丝机的送丝，关闭电源，关闭气阀，停止送气，不能进行焊接，需要重新进行引弧操作。

d、焊接时，第二处理器将焊接参数、反馈的工作电流及工作电压值通过PI控制方式输出PWM控制信号，使得焊接机输出稳定的焊接电弧；第一处理器根据焊接参数使得焊接机按照设定状态焊接；

利用DSP强大高效的数据处理能力，通过频率f得到相应时间值，然后将得到的时间值减去峰值时间Tp得到基值时间Tb，把基值时间Tb作为调节电弧长度实现溶滴稳定过渡的依据。由于焊枪在焊接工作中很难保持高度一致，经常上下晃动导致焊接过程中弧压频繁发生变化，把霍尔电流传感器经A/D转换值和霍尔电压传感器经A/D转换值的反馈值在DSP内经过PI算法后得到参考电压Uf，经过PI（比例积分）算法的好处是可以降低焊接过程中产生的干扰，积分环节能够消除稳态误差。DSP进行PI算法时，DSP将霍尔电压传感器经A/D转换得到的电压值与预设的焊接电压相比较，得到一个差值。在焊接机中，霍尔电压传感器采样得到的电压值包含了电流的信息，将当前采样计算得到的电压差值进行比例和积分运算，并与前一时刻得到的参考电压Uf相加，得到当前的参考电压Uf值，将得到当前的参考电压Uf与预设的焊接电压V比较，来决定基值时间Tb的变化。当参考电压Uf大于预设焊接电压值V时由峰值电流Ip自然过渡到基值电流Ib，即增大基值时间Tb；反之由峰值电流Ip自然过渡到基值电流Ib，即减小基值时间Tb；DSP根据调整后的基值时间Tb输出相应的PWM信号的周期，根据输出的PWM信号来调节焊接机的弧压，从而使得焊接过程中的熔滴过渡，改变溶化速度保持弧压稳定性，减少飞溅，确保焊接过程的质量及可靠性。

当焊接过程结束时，松开焊枪，第一处理器进入收弧子程序，进入收弧子程序后，第一处理器检测送丝机的送丝速度、脉冲电流及频率，当送丝速度不为零时，第一处理器将送丝机的送送速度置零，停止送丝机的送丝，切断焊接机的电压，延时设定时间后，停止送气，返回主程序，等到下一次焊接过程的开始。

如图1~图4所示：工作时，启动第一处理器及第二处理器，根据第一处理器内的人机界面测试程序对人机界面进行功能测试，以确定人机界面是否能完整显示参数。测试后，通过相应的按键向第一处理器的EEPROM存储器内输入所需的焊接参数，并通过人机界面显示相应输入的焊接参数。输入完成后，按动焊枪后，第一处理器进入焊枪引弧子程序，使得焊枪能够引弧；引弧后，第二处理器根据反馈的电流值、电压值及焊接参数，来通过得到的基值时间Tb来调节输出PWM信号的周期，从而焊接机能够根据PWM信号产生相应的弧压，提高焊接机熔滴过渡的稳定弧压，降低飞溅，降低焊枪不稳定时对焊接的影响。焊接结束时，第一处理器进入收弧子程序，等待下一次焊接过程的开始。

实施例

例如焊丝材料为铝，焊丝直径为1.2，采用两步焊接模式。工作时，打开电源，按动焊丝材料按钮选择到铝，七段数码管显示铝焊丝材料的代码。按动焊丝直径按钮选择1.2直径的焊丝，指示1.2焊丝的LED灯点亮。按动焊接模式按钮选择两步按钮选择，两步焊接LED点亮。设定焊接峰值电流和焊接基值电流，调节旋转编码器调节峰值电流和基值电流，七段数码管显示设定的峰值焊接电流和基值焊接电流。调节后的焊接参数都存入单片机的EEPROM。设定焊接电流后。按下焊枪后，当引弧成功后七段数码管显示焊接时的电流和焊接时的电压。

本发明第一处理器采用单片机，第二处理器采用DSP，通过第一处理器与第二处理器的对应配合，实现数字化直流脉冲的焊接控制；提高不同焊接的适应性；向第一处理器的EEPROM存储器内输入焊接参数，提高后续采用相同焊接设置的操作性，提高焊接效率；焊接时，第一处理器根据焊接参数设置驱动送丝机进行送送，第二处理器根据反馈的电流值、电压值及焊接参数，能够调节输出PWM信号的周期，能够对焊接机的熔滴过渡进行有效控制，实现了对电弧长度的有效控制，根据反馈的电流值、电压值能够对整个焊接过程的过流、过热及过压进行保护，提高整个电路工作的可靠性，结构紧凑，降低使用成本。

Claims

1.一种数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法，其特征是，所述焊接控制方法包括如下步骤：

（a）、启动第一处理器及第二处理器，第一处理器与第二处理器通讯后，对人机界面进行显示测试；

（b）、向第一处理器的EEPROM内输入所需的焊接参数，并通过人机界面显示输入的焊接参数；

（c）、按下焊枪进入相应的焊接模式，第一处理器根据焊接参数驱动送丝机送丝，并使焊接机进入引弧子程序，使得焊接机引弧；

（d）、焊接时，第二处理器将焊接参数、反馈的工作电流及工作电压值通过PI控制方式输出相应的PWM控制信号，使得焊接机输出稳定的焊接电弧；第一处理器根据焊接参数使得焊接机按照设定状态焊接；

（e）、读取焊枪状态，当松开焊枪时，第一处理器进入收弧子程序，焊接过程结束。

2.根据权利要求1所述的数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法，其特征是：所述第一处理器为单片机，第二处理器为DSP。

3.根据权利要求1所述的数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法，其特征是：所述第一处理器内EEPROM输入的焊接参数包括峰值电流Ip、基值电流Ib、焊接电压、峰值时间Tp、频率f、送丝速度Vm、提前送气时间、滞后送气时间、去球时间、焊丝材料、焊丝直径及操作模式。

4.根据权利要求3所述的数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法，其特征是：所述步骤（d）中，第二处理器根据反馈的工作电流值及工作电压值经PI控制计算后得到参考电压Uf，第二处理器将得到的参考电压Uf与设定的焊接电压比较；当参考电压Uf大于设定焊接电压时，第二处理器增大基值时间Tb；当参考电压Uf小于设定焊接电压时，第二处理器减小基值时间Tb；第二处理器根据基值时间Tb输出相应周期的PWM信号，使得焊接弧压与焊接状态相匹配。

5.根据权利要求1所述的数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法，其特征是：第一处理器进入引弧子程序后，打开气阀送气，延时2秒后，第一处理器驱动送丝机慢送丝，产生弧压；引弧成功时，经热脉冲过渡后第一处理器驱动送丝机按照设定的送丝速度Vm送丝；引弧失败时，第一处理器停止送丝机的送死，关断焊接机的电源，停止送气。

6.根据权利要求3所述的数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制方法，其特征是：所述焊丝材质包括铝、镁铝合金、碳钢或不锈钢。

7.一种数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制电路，其特征是：包括第一处理器及第二处理器，所述第一处理器与人机界面及送丝机调速电路相连；第一处理器与第二处理器相连，且第二处理器的输入端分别与用于对焊接机焊接时焊接电流采样的电流采样反馈电路及用于对焊接机焊接时焊接电压采样的电压反馈采样电路相连；第二处理器的输出端与IGBT驱动电路相连，第二处理器根据第一处理器内的焊接参数、焊接机工作时反馈电流值及反馈电压值输出相应的PWM信号，使得焊接机的弧压保持稳定。

8.根据权利要求7所述的数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制电路，其特征是：所述IGBT驱动电路与IGBT半桥逆变电路相连，所述IGBT半桥逆变电路的输入端与三相输入整流滤波电路相连，IGBT半桥逆变电路的输出端通过中频逆变变压器与高频整流滤波输出电路相连，所述高频整流滤波输出电路与焊接机相连。

9.根据权利要求7所述的数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制电路，其特征是：所述第二处理器的输入端还与保护电路相连。

10.根据权利要求7所述的数字化直流脉冲MIG焊接机的焊接控制电路，其特征是：所述电流采样反馈电路为霍尔电流传感器，电压采样反馈电路为霍尔电压传感器。