CN105880800B - 一种电焊机通用电路板的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电焊机通用电路板的设计方法，本发明采用模块化，通用化，数字化的理念，概括了主流电焊机的电路特点，提出了一种全新的设计电焊机电路的方法。按照本发明可以很方便地开发出一款成本低廉，可通用于多种机型焊机核心控制的电路板。该电路板只需与不同印刷内容的面膜结合，采用与印刷内容对应的程序，就可完成目前市场上主流焊机里的各种基本功能，并提交了一款按照此方法设计出的成功案例。
Description
技术领域
本发明涉及一种设计电焊机通用电路板的方法，可设计出成本低廉，可通用于多种特性、多种型号、电子控制型电焊机的控制电路板。
背景技术
目前，市场上开发出了各种特性，各种型号的电子控制的电焊机；每一种电子控制的电焊机，都有一块控制焊机特性和各电气单元动作的电路板。不同特性，不同型号的焊机电路板都不同，甚至同一厂商，同一种特性，同一型号的不同时期开发的焊机电路板也不同；即使有些厂商开发出了一款多功能的焊机，也仅仅限于某几种功能的一机多用。没有延展到多种型号的机器通用一块电路板的思路上。使得焊机这种现代工业不可或缺的产品，生产、销售、使用、服务碎片化，无法实现通用化生产与服务。对于生产厂商来说，需要天量的元件库存，线束种类，电路板库存，更不要说由此产生的物流成本、调试成本、服务成本了；对于客户来说，同一领域的设备必须依赖不同厂家，甚至同一厂家不同技术级别的维修人员。既不方便，又成本高昂。
发明内容
本发明概括了市场上主流焊机的控制单元，采用模块化，通用化，数字化的理念，形成了一种可用于多种机型，成本低廉的焊机通用电路板设计方法。
有益效果：利用本发明设计出的电路板，使用同一块电路板，配合适当印刷的面膜，只需要更换或者转换软件程序，就可以实现市场上大多数主流焊机的基本控制。其核心是市场上流行的嵌入式单片机，对产品性能的升级尤为容易。对减少元件库存，节约开发、生产及维护成本，意义重大。
附图说明：图1是电路板原理示意总图，用图片的形式表述了电路板的全部功能组成；
图2是模块电路组成示意图，是图1的一部分；
图3是信号输入模块示意图，是图1的一部分；
图4是信息处理模块示意图，是图1的一部分；
图5是信号输出模块示意图，是图1的一部分；
图6是NBM系列多功能逆变焊机面膜图；
图7是 WSM系列脉冲氩弧焊机的面膜图；
图8是 NB系列逆变CO2气体保护焊机的面膜图；
图9是ZX7系列逆变手工焊机的面膜图；
图10是NBK系列可控硅CO2气体保焊机的面膜图；
图11是NBC系列抽头式CO2气体保焊机的面膜图。
原理说明：如附图2：本发明将电焊机控制电路概括为：电源、信号输入、信息处理、信号输出四大模块，详细总示意图见附图1。电源：主要是通过整流、滤波、稳压电路，将控制变压器提供的交流电转换成各种稳定的直流电源，提供给电路板上各元件使用；下面分别对另外三大模块进行详细叙述。
如图3：信号输入：包括参数给定，信息反馈两类电路；参数给定：包括电流给定、电压给定、电子电抗器值、返烧时间、间断时间、电流上升速度等；信息反馈：有模拟信号和开关信号两类。模拟反馈信号主要有：实际焊接电流、焊接电压，送丝机电压，电网电压，（变压器、功率管等发热元件的）温度等的转换值；开关反馈信号主要有：模式选择信号（比如焊接收弧有无，焊接方法选择，电源外特性选择，焊丝种类选择，焊材直径选择，焊接母材选择等）、动作信号（比如焊枪开关启动信号、试气、试送丝启动、停止信号、温度继电器动作信号等）、时刻信号（如交流电过零点时刻等）。这些信号和给定参数一起被采集后，进入单片机进行运算处理。
如图4：信息处理：单片机接收给定参数、模拟反馈信号后，利用片内的模数转换器将两者转换成数字信号，与逻辑信号一起，根据不同的焊机要求，采用相应的算法，对各信号进行实时处理，产生结果信号，其中包括待输出参数值和输出各开关单元的驱动信号。
如图5：信号输出：1.模拟信号输出：经运算后得出的参数值，经过片内的数模转换器转换成模拟信号，经过放大电路后，输出到接插件管脚；2.开关信号：直接点亮或者熄灭指示灯、驱动数码管、通过光耦隔离后驱动电机的制动与启动、可控硅的触发、气阀的开启与关闭、高频引弧电路的接通与断开等。
具体实施：按照本发明，根据电焊机的控制特点，首先采用最多功能包容法：按照一款多功能焊机的设置，规划相应数量的输入输出接口，使输入输出接口能满足市场上各系列主流焊机的基本控制功能。具体而言，1.利用相应的按钮开关进行模式选择，用对应指示灯的亮灭表示选择的结果；2.通过检测相应电位器指定端的电位值确定电流、电压、时间、频率等参数给定值；3.通过检测相应转换电路的实时电位值，获得实时焊接电流、焊接电压，送丝机电压，电网电压，温度大小等的值；4.通过检测对应输入口的逻辑状态，判断焊枪开关的闭合与关断、试气、试送丝信号的启动与停止、温度继电器动作、交流电过零点时刻等；5.通过数码管，将预设的参数或者测量的参数、检测到的错误信息等直观地表现出来；6.通过数模转换及放大电路，将运算的结果以电压值的形式输出到接插件端口，必要时用于调节主回路的功率驱动电路；7.通过调节触发可控硅的脉冲信号的相位，调节送丝电路的电压大小，从而调节送丝速度；8.通过开关信号驱动开关管的开与关，从而完成电机的制动与启动、气阀的开启与关闭、高频引弧电路的接通与断开等；9.最关键的：对相同特征的电路采取复用技术，也就是在不同系列的焊机里，或者同一台焊机的不同焊接方式里，赋予同一接口不同的功能，使得电路板能简约化，通用化。这样一块电路板就基本涵盖了主流焊机所有的功能接口；接下来，根据具体的焊机型号的需要进行合理的取舍组合，配上合适的面膜印刷，结合不同的算法程序，使得该发明能有效地应用到各类焊机上去。
实施案例：按照本发明设计出了一款电路板，然后匹配上不同的面膜，形成了不同系列的焊机核心控制电路板
如附图6：按照本发明匹配的NBM系列多功能逆变焊机面膜；其中两长方形亮白区为数码管显示区，小园盘处为指示灯位置，数码管显示区和指示灯显示处均透明，大圆盘处为按钮开关位置，圆孔处为电位器回转杆穿孔位置，以下均同；
如附图7：按照本发明匹配的WSM系列脉冲氩弧焊机的面膜；
如附图8：按照本发明匹配的NB系列逆变CO2气体保护焊机的面膜；
如附图9：按照本发明匹配的ZX7系列逆变手工焊机的面膜；；
如附图10：按照本发明匹配的NBK系列可控硅CO2气体保焊机的面膜；
如附图11：按照本发明匹配的NBC系列抽头式CO2气体保焊机的面膜；
如果市场需要，还可以为同样一块电路板设计出ZX5系列面膜用于可控硅手工焊机；设计出MZ系列面膜用于埋弧焊焊机；甚至可以延伸到切割机领域等等，不一而足，此电路板不仅可通用于三相电源的焊机，也可通用于单相电源的焊机。
在上述各系列的焊机里，核心控制电路板就通用起来了。尤其是逆变焊机：对于任意一个已有系列的焊机，除了面膜和程序，机器里的零部件只需要较少的更换，或者不用任何更换，就能形成另一新系列的焊机。
Claims (9)
1.一种电焊机通用电路板设计方法，其特征是：利用本方法设计出的电路板，同样一块电路板在结合不同印刷的面膜、相应的软件程序后可以用于不同系列的焊机的核心控制；将电焊机控制电路概括为：电源、信号输入、信息处理、信号输出四大模块；
所述信号输入，包括参数给定电路和信息反馈电路；参数给定电路包括电流给定、电压给定、电子电抗器值、返烧时间、间断时间、电流上升速度；信息反馈电路包括模拟信号和开关信号的反馈，模拟信号的反馈包括实际焊接电流、焊接电压、送丝机电压、电网电压、温度的转换值；开关信号的反馈包括模式选择电路和动作判断电路，所述模式选择电路包括焊接收弧有无、焊接方法选择、电源外特性选择、焊丝种类选择、焊材直径选择、焊接母材选择；所述动作判断电路包括焊枪开关启动信号、试气、试送丝启动、停止信号、温度继电器动作信号；
所述信息处理，单片机接收信号输入的给定参数、模拟反馈信号后，利用片内的模数转换器将两者转换成数字信号，与逻辑信号一起，根据不同的焊机要求，采用相应的算法，对各信号进行实时处理，产生结果信号，其中包括待输出参数值和输出各开关单元的驱动信号；
所述信号输出包括模拟信号和开关信号输出，所述模拟信号输出包括经运算后得出的参数值，经过片内的数模转换器转换成模拟信号，经过放大电路后，输出到接插件管脚；所述开关信号输出包括直接点亮或者熄灭指示灯、驱动数码管、通过光耦隔离后驱动电机的制动与启动、可控硅的触发、气阀的开启与关闭、高频引弧电路的接通与断开；通过数码管，将预设的参数或者测量的参数、检测到的错误信息直观地表现出来；通过数模转换及放大电路，将运算的结果以电压值的形式输出到接插件端口，用于调节主回路的功率驱动电路；通过调节触发可控硅的脉冲信号的相位，调节送丝电路的电压大小，从而调节送丝速度；通过开关信号驱动开关管的开与关，从而完成电机的制动与启动、气阀的开启与关闭、高频引弧电路的接通与断开；在不同系列的焊机里，或者同一台焊机的不同焊接方式里，赋予同一接口不同的功能。
2.根据权利要求1所述的电路板设计方法，其特征是：除了包含整流、滤波、稳压环节组成的电源电路外，电路板其余部分遵循信号输入、信息处理、信号输出的模式，由此引入嵌入式单片机，信息处理在单片机里完成，其外围电路构成信号输入、信号输出的通道。
3.根据权利要求1所述的电路板设计方法，其特征是：电路板包含了模式选择电路，结合面膜印刷的内容，利用按钮开关进行模式选择，利用对应指示灯的亮灭表示选择的结果，可用于焊接收弧有无，焊接方式选择，电源外特性选择，焊丝种类选择，焊材直径选择，焊接母材选择；此类接口在不同的焊机里可被复用。
4.根据权利要求1或2所述的电路板设计方法，其特征是：电路板包含了参数给定电路，利用电路板上的电位器或者外接的电位器指定端的电位变化，可实现电流、电压、时间、频率、电流上升速度等参数的给定，给定的模拟量参数通过单片机的模数转换器转换成数字量，此类接口被复用。
5.根据权利要求1所述的电路板设计方法，其特征是：电路板包含了反馈量采集电路，可实现焊接电流、焊接电压，送丝机电压，电网电压，温度大小值的实时检测，这些模拟量同样通过单片机的模数转换器转换成数字量。
6.根据权利要求1所述的电路板设计方法，其特征是：电路板包含了动作判断电路，通过单片机对相应接口逻辑电位的检测，可以方便地判断焊枪开关的闭合与关断、试气、试送丝信号的启动与停止、交流电过零点时刻、温度继电器动作时刻。
7.根据权利要求1所述的电路板设计方法，其特征是：电路板包含了显示电路，电路板采用8段数码管显示和指示灯显示电路，显示内容由单片机的程序决定。
8.根据权利要求1所述的电路板设计方法，其特征是：电路板包含了固体继电器性质的输出接口，既有交流接口，也有直流接口，可用于气阀的开关、可控硅的触发、高频引弧电路的通断，在单片机与输出接口之间使用光耦隔离。
9.根据权利要求1所述的电路板设计方法，其特征是：电路板包含了运算结果的模拟输出通道，运算结果经过数模转换及放大电路，将运算的结果以电压值的形式输出到相应接插件端口。
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