CN1305627C - 埋弧焊机的双数字信号处理器控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种埋弧焊机的双数字信号处理器控制系统，电源外特性控制模块由第一数字信号处理器DSP与埋弧焊机主电路、变压器、第一电压传感器和电流传感器相连构成，送丝和小车控制模块由第二数字信号处理器DSP与第二电压传感器、送丝电机、焊机行走小车电机相连构成，辅助功能模块由单片机与微型打印机、键盘及液晶显示器构成，单片机的串行口与第一、第二数字信号处理器DSP的串行口通信连通。本发明两个DSP分别完成对焊接电源外特性的闭环控制和对小车行走电机及送丝电机的闭环控制，单片机主要负责人机接口、通信、打印，焊接过程参数实时显示等。系统的所有控制策略通过软件的方式加以实现，实现了真正意义埋弧焊机的全数字化控制。

Description

埋弧焊机的双数字信号处理器控制系统
技术领域
本发明涉及一种埋弧焊机的控制系统，特别是一种埋弧焊机的双数字信号处理器控制系统。属于电焊机技术领域。
背景技术
埋弧自动焊具有高效、高质量的特点，在压力容器、石油机械、造船、钢结构件等生产行业发挥着不可替代的作用。然而，目前国内在工业领域广泛应用的埋弧焊机控制系统多采用模拟控制电路，其最大的缺点是进行复杂处理的能力有限，分立元器件多，结构复杂、调试困难，参数的稳定性差，性能一致性与可靠性都有很大不足，不易优化控制，更难进行信息化处理。
目前，已经有将单片机控制引入埋弧焊机，采用模拟与数字相结合的控制系统。其中，单片机主要完成控制信号的给定功能，焊接过程实时量的显示以及程序的管理功能。虽然在信号的给定及显示部分实现了数字化，但受到单片机信息处理能力和运算能力的限制，电源的外特性采用模拟电路来实现PID闭环控制，送丝电路和小车行走电路也仍然采用模拟电路控制，即整个焊机系统的控制还不是完全意义的数字化控制，仍然存在模拟控制系统的一些缺点。
经对现有技术的文献检索发现，李鹤岐在《电焊机》第34卷第10期2004年10月上发表的“单片机控制的IGBT逆变埋弧焊机设计”，该文采用80C196KC单片机作为主控芯片，完成埋弧焊电源外特性控制和送丝电机及小车行走电机的控制。80C196KC单片机通过实时采样焊接给定参数与反馈参数，根据其偏差值经PI运算，输出目标控制参量，该控制参量经D/A转换芯片转变为电压信号，将其送入脉宽调制器SG3525，其输出信号经EXB841芯片功率放大驱动，进而来完成主电路的IGBT的开通与关断，从而实现焊接电源外特性的控制。送丝电机与小车电机的控制与电源外特性的控制原理相同，即仍采用模拟控制与数字控制相结合的控制系统，该系统中仍然存在采用模拟控制系统的一些缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种埋弧焊机的双数字信号处理器控制系统，使其采用两个高速数字信号处理器为主、单片机为辅，系统的所有控制策略通过软件的方式加以实现，实现了埋弧焊机的全数字化控制。埋弧焊焊接工艺参数内嵌于单片机内部程序存储器中，使得在焊接工艺确定的条件下具有焊接工艺参数选择功能。同时，单片机外接微型打印机，可在焊接过程中实时召唤打印机打印所需的焊接参数。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：电源外特性控制模块、送丝和小车控制模块和辅助功能模块。
第一数字信号处理器DSP与埋弧焊机主电路、变压器、第一电压传感器和电流传感器相连接构成电源外特性控制模块，其中，变压器和埋弧焊机主电路通过光耦隔离器分别与第一数字信号处理器DSP的三路捕获单元和三路TPWM单元相连，以达到电隔离目的；第一电压传感器和电流传感器直接经滤波环节和第一数字信号处理器DSP中的数模转换单元连通。
第二数字信号处理器DSP与第二电压传感器、送丝电机、焊机行走小车电机连接构成送丝和小车控制模块，其中，埋弧焊机的第二电压传感器、送丝电机一个电回路和焊机行走小车电机一个电回路经滤波环节与第二数字信号处理器DSP的数模转换单元连通；送丝电机另一电回路与焊机行走小车电机另一电回路分别由各自的驱动电路经光耦隔离元件与第二数字信号处理器DSP的T1PWM，OUT1，T2PWM，OUT2连通，以达到电隔离目的。
单片机与微型打印机、键盘及液晶显示器构成辅助功能模块。单片机的串行口通过485芯片分别与第一数字信号处理器DSP的串行口和第二数字信号处理器DSP的串行口通信连通，达到整个控制系统的全通信目的，即整个焊接全过程是通过单片机与第一、第二数字信号处理器DSP通信来协调完成；单片机还可以与统计用PC机通信连通，进而完成焊接过程稳定性的系统评价。
本发明采用两个高速数字信号处理器为主构成双DSP控制系统核心，配设一个单片机作为辅助功能模块的控制核心，从而构成以软件方式实现所有控制策略的数字化埋弧焊机。第一数字信号处理器(DSP)通过软件编制实现焊机外特性的调制与控制；第二数字信号处理器(DSP)通过软件编制实现焊机车行走电机及送丝电机的控制；单片机通过软件编制实现过程信息打印、焊机过程参数实时显示、人机交互面板信息通信等。埋弧焊接参数内嵌于单片机内部程序存储器中，具有焊接工艺参数选择功能。埋弧焊机的外特性可以在机选择，适应手工焊、碳弧气刨、气体保护焊等焊接方法。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明的控制系统实现了埋弧焊机控制的全数字化，网络化，信号实时处理和远程综合调度；所有控制策略通过软件的方式加以实现，实现了真正意义上的埋弧焊机全数字化控制。控制系统是柔性的，使焊机实现多功能集成，进而能够实现除埋弧焊以外的多种焊接工艺要求，如手工电弧焊、气体保护焊、碳弧气刨等。对于不同的焊接工艺方法，选用不同的控制策略及控制参数，能够很好的完成相应的工艺效果。同时，该焊机具有打印功能，可定时或召唤打印机打印所需的数据。
附图说明
图1本发明系统组成框图
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：电源外特性控制模块、送丝和小车控制模块和辅助功能模块。第一数字信号处理器DSP与埋弧焊机主电路、变压器、第一电压传感器和电流传感器相连接构成电源外特性控制模块，其中，变压器和埋弧焊机主电路通过光耦隔离器分别与第一数字信号处理器DSP的三路捕获单元和三路TPWM单元相连；与第一电压传感器和电流传感器直接经滤波环节和第一数字信号处理器DSP中的数模转换单元连通；第二数字信号处理器DSP与第二电压传感器、送丝电机、焊机行走小车电机连接构成送丝和小车控制模块，其中，埋弧焊机的第二电压传感器、送丝电机一个电回路和焊机行走小车电机一个电回路经滤波环节与第二数字信号处理器DSP的数模转换单元连通；送丝电机另一电回路与焊机行走小车电机另一电回路分别由各自的驱动电路经光耦隔离元件与第二数字信号处理器DSP的T1PWM，OUT1，T2PWM，OUT2连通；单片机与微型打印机、键盘及液晶显示器构成辅助功能模块，单片机的串行口通过485芯片分别与第一数字信号处理器DSP的串行口和第二数字信号处理器DSP的串行口通信连通即整个焊接全过程是通过单片机与第一、第二数字信号处理器DSP通信来协调完成；单片机还可以与统计用PC机通信连通。
工作时，首先通过辅助功能模块完成焊接所需的所有初始设置，即通过液晶显示器以菜单的形式显示一些提示信息，通过键盘操作完成焊接电流、送丝速度、焊接方式、焊丝直径、小车行走方向等参数的设置，单片机具有焊接工艺参数选择功能，根据上述设置，调用相应的焊接所需的焊接工艺参数。在确认所有设置结束后，单片机以SCI串行通信的方式分别将第一数字信号处理器DSP所需的数据(焊接方式、焊丝直径、给定的焊接电流或焊接电压，控制角对应的数据表等)和第二数字信号处理器DSP所需的数据(焊接方式、焊丝直径、给定的送丝速度或焊接电流，控制角对应的数据表等)传送过去；
由变压器取出的三路信号经信号处理电路处理后通过光耦隔离器传送给第一数字信号处理器DSP的三路捕获单元作为电源输出同步信号，第一数字信号处理器DSP通过第一电压传感器和电流传感器完成实时数据采集，采集的焊接电流和电弧电压由软件完成数据处理、PID算法，再由三路TPWM单元输出，通过光耦隔离器及驱动电路完成对主电路的触发控制，进而实现对焊接电源外特性的实时控制；
焊接电弧电压经第二电压传感器和滤波电路与第二数字信号处理器DSP相连通，小车电机的电枢电压经滤波电路与第二数字信号处理器DSP相连通，第二数字信号处理器DSP根据实时采集的焊接电弧电压、小车电机的电枢电压，由软件实现PID算法，第二数字信号处理器输出的T1PWM信号和OUT1信号经光耦隔离器和送丝驱动电路分别实现对送丝电机速度的闭环控制和送丝电机方向的控制；第二数字信号处理器输出的T2PWM信号和OUT2信号经光耦隔离器和小车行走驱动电路分别实现对小车电机速度的闭环控制和小车电机方向的控制。
整个焊接过程的输出控制量全部由软件根据算法实现，模拟电路只完成输出控制量信号的隔离与功率放大，即整个控制系统实现了埋弧焊机的全数字化控制。

Claims (5)

1、一种埋弧焊机的双数字信号处理器控制系统，包括：电源外特性控制模块、送丝和小车控制模块和辅助功能模块，其特征在于，电源外特性控制模块由第一数字信号处理器DSP、埋弧焊机主电路、变压器、第一电压传感器和电流传感器构成，其中，第一数字信号处理器DSP与变压器和埋弧焊机主电路通过光耦隔离器连接，第一数字信号处理器DSP与第一电压传感器、电流传感器通过直接经滤波环节连接；送丝和小车控制模块由第二数字信号处理器DSP与第二电压传感器、送丝电机、焊机行走小车电机构成，埋弧焊机的第二电压传感器、送丝电机电回路、焊机行走小车电机电回路分别与第二数字信号处理器DSP连通；辅助功能模块由单片机与微型打印机、键盘及液晶显示器构成，单片机的串行口与第一、第二数字信号处理器DSP的串行口通信连通。
2、根据权利要求1所述的埋弧焊机的双数字信号处理器控制系统，其特征是，变压器和埋弧焊机主电路通过光耦隔离器分别与第一数字信号处理器DSP的三路捕获单元和三路TPWM单元相连，第一电压传感器和电流传感器直接经滤波环节和第一数字信号处理器DSP中的数模转换单元连通。
3、根据权利要求1所述的埋弧焊机的双数字信号处理器控制系统，其特征是，埋弧焊机的第二电压传感器、送丝电机一个电回路和焊机行走小车电机一个电回路经滤波环节与第二数字信号处理器DSP的数模转换单元连通，送丝电机另一电回路与焊机行走小车电机另一电回路分别由各自的驱动电路经光耦隔离元件与第二数字信号处理器DSP的T1PWM，OUT1，T2PWM，OUT2连通。
4、根据权利要求1所述的埋弧焊机的双数字信号处理器控制系统，其特征是，单片机的串行口通过485芯片分别与第一、第二数字信号处理器DSP的串行口通信连通，即整个焊接全过程是通过单片机与第一、第二数字信号处理器DSP通信来协调完成。
5、根据权利要求1或者4所述的埋弧焊机的双数字信号处理器控制系统，其特征是，单片机或者同时与统计用PC机通信连通。
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