CN202622140U - 全数字直流脉冲氩弧焊控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及全数字直流脉冲氩弧焊控制系统，包括微处理器，及与所述微处理器分别连接的人机界面、焊接电流反馈模块、电弧电压反馈模块、焊接时序控制模块、焊接电源保护控制模块、逆变电路驱动模块。通过采用微处理器将焊接电流反馈模块传输的测量值与通过人机界面提供的给定信号经过比例积分运算，产生PWM脉冲信号，再控制逆变电路驱动模块，进而控制逆变电路功率开关器件的通断，实现氩弧焊电源输出电压和电流的精确控制；微处理器通过人机界面将焊接相关信息显示，可以方便使用者查看，并可以相应的调节相关参数。由于采用了全数字化，微处理器控制系统所用元器件大大减少，降低了故障率，提高了整机可靠性。

Description

全数字直流脉冲氩弧焊控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种焊接技术领域，更具体地说，涉及一种全数字直流脉冲氩弧焊控制系统。

背景技术

随着电力电子技术、计算机微电子信息和自动化控制领域的发展，极大的推动了焊接设备控制技术和自动化水平的提高，然而氩弧焊设备的研究和制造水平与正在蓬勃发展的国民经济仍不相适应。直流脉冲氩弧焊是一种优质、高效、节能的先进焊接技术，适用于薄板的焊接，全位置管道焊接，高速焊接以及对热敏感性强的材料焊接。直流脉冲氩弧焊采用可控的脉冲电流来加热工件，其焊接过程是一个断续的加热过程，焊缝由一个一个熔池叠加而成，当每一次脉冲电流通过时，工作就被加热熔化形成一个熔池，基值电流通过时使熔池冷凝结晶，同时维持电弧燃烧，焊接时电弧有明显的闪烁现象。传统的直流氩弧焊控制系统通过模拟电路实现，需要使用大量模拟器件，控制系统复杂，成本高，一致性差，系统调试效率低。目前市面上使用的半数字化直流脉冲氩弧焊控制系统中比例积分运算、脉宽调制控制、逆变电路驱动仍然采用模拟电路实现，导致焊机输出特性单一，不利于焊机的多功能化，同时，半数字焊机不能对焊接过程进行精确控制，无法适应多种焊接材料的焊接。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可解决以上控制系统复杂、成本高、一致性差的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种全数字直流脉冲氩弧焊控制系统，包括微处理器，及与所述微处理器分别连接的人机界面、焊接电流反馈模块、电弧电压反馈模块、焊接时序控制模块、焊接电源保护控制模块、逆变电路驱动模块，其中：

所述微处理器，用于将焊接电流反馈模块输入的模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号与人机界面提供的给定信号通过比例积分运算产生PWM脉冲信号，控制逆变电路驱动模块；

所述焊接电流反馈模块，用于采集焊接电源的副变电流值，并将采集的副变电流值输出给微处理器；

所述电弧电压反馈模块，用于采集焊接电源副变直流电压经隔离后的电压信号，并将其输出给微处理器；

所述焊接时序控制模块，用于焊接工艺时序精确控制，根据焊接工艺的时序要求，实现送气、起弧、收弧工作；

所述焊接电源保护控制模块，用于检测焊接电源的工作状态；

所述逆变电路驱动模块，用于根据微处理器输出的PWM脉冲信号转换为能直接驱动外部功率器件工作的信号，从而控制逆变器的输出；

所述人机界面，用于接收外部数据，并显示、调节、存储焊接状态。

在本实用新型所述的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统中，所述人机界面包括液晶显示器、按键输入模块、报警单元、存储器，所述液晶显示器用于显示焊接工况、焊接参数选择、历史记录等信息；所述按键输入单元，用于将按键信息转换为高低电平，同时产生按键中断，通知微处理器读取按键信息并作出响应动作，实现外部数据的输入；所述报警单元，用于指示焊接电源状态；所述存储器，用于存储该控制系统正常运行的程序及焊接参数。

在本实用新型所述的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统中，所述焊接电源保护控制模块包括过/欠压保护单元、过流保护单元、过热保护单元。

在本实用新型所述的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统中，所述焊接时序控制模块包括电磁阀控制单元、焊枪开关控制单元、高频引弧控制单元。

在本实用新型所述的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统中，所述焊接电流反馈模块包括电流传感器、电流放大单元。

在本实用新型所述的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统中，所述电弧电压反馈模块包括电压传感器、电压放大单元。

实施本实用新型的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统，具有以下有益效果：通过采用微处理器将焊接电流反馈模块、电弧电压反馈模块传输的测量值与给定值经过比例积分运算，产生PWM脉冲信号，再控制逆变电路驱动模块，进而控制逆变电路功率开关器件的通断，实现氩弧焊电源输出电压和电流的精确控制；微处理器通过人机界面将焊接相关信息显示到液晶显示器上，可以方便使用者查看，并可以相应的调节相关参数。在本实用新型中，由于采用了全数字化，微处理器控制系统所用元器件大大减少，降低了故障率，提高了整机可靠性；通过修改微处理器程序可以灵活的调整焊机功能，在相同的控制系统硬件平台上，能实现多种焊接功能；通过微处理器精确控制焊接过程，提高了整机的焊接工艺性能；本实用新型核心控制是由微处理器完成的，系统控制精度高，一致性好。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统的结构框图；

图2是本实用新型的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统的微处理器功能连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，在本实用新型的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统的结构框图中，包含包括微处理器1，及与微处理器1分别连接的人机界面2、焊接电流反馈模块3、电弧电压反馈模块4、焊接时序控制模块5、焊接电源保护控制模块6、逆变电路驱动模块7，其中：微处理器1，用于将焊接电流反馈模块输入的模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号与人机界面提供的给定信号通过比例积分运算产生PWM脉冲信号，控制逆变电路驱动模块；焊接电流反馈模块3，用于采集焊接电源的副变电流值，并将采集的副变电流值输出给微处理器；电弧电压反馈模块4，采集焊接电源副变直流电压经隔离后的电压信号，并将其输出给微处理器；焊接时序控制模块5，用于焊接工艺时序精确控制，根据焊接工艺的时序要求，实现送气、起弧、收弧工作；焊接电源保护控制模块6，用于检测焊接电源的工作状态；逆变电路驱动模块7，用于根据微处理器输出的PWM脉冲信号转换为能直接驱动外部功率器件工作的信号，从而控制逆变器的输出；人机界面2，用于接收外部数据，并显示、调节、存储焊接状态。

人机界面2具体包括液晶显示器、按键输入模块、报警单元、存储器，液晶显示器用于显示焊接工况、焊接参数选择、历史记录等信息；按键输入单元，用于将按键信息转换为高低电平，同时产生按键中断，通知微处理器读取按键信息并作出响应动作，实现外部数据的输入；报警单元，用于指示焊接电源状态；存储器，用于存储该控制系统正常运行的程序及焊接参数，焊机掉电重启后，可从该存储器中读取掉电前的焊接参数。

焊接电源保护控制模块6包括过/欠压保护单元、过流保护单元、过热保护单元。

焊接时序控制模块7包括电磁阀控制单元、焊枪开关控制单元、高频引弧控制单元。

焊接电流反馈模块3包括电流传感器、电流放大单元。电流传感器采集焊接电源的副变电流值，并通过电流放大单元后传送给微处理器。

电弧电压反馈模块4包括电压传感器、电压放大单元。电压传感器采集焊接电源副边直流电压，并通过电压放大单元后传送给微处理器。

请参照图2，本实用新型全数字直流脉冲氩弧焊控制系统的微处理器功能连接示意图。在本实施例中，微处理器选用英飞凌公司的16位产品SAK-XE162FN-40F80L，内核为C166SV2；CPU时钟为80MHZ，指令周期为12.5ns；带40位结果的单周期32位加法和减法运算；16位×16位单周期乘法运算；21个时钟周期的后台除法运算；片上程序存储器320KB；两个可同步的ADC(模数转换)，具有9路ADC通道，10位转换精度，转换时间低于1us；一个可灵活产生PWM信号的捕获/比较。

微处理器1引脚19接人机界面2中按键输入模块中的焊接方法切换21，在本实施例中，有五种焊接方法可供选择：手工焊条电弧焊、二步氩弧焊、四步氩弧焊、二步脉冲氩弧焊、四步脉冲氩弧焊。按一下人机界面上的焊接方法切换按键，焊接方法切换信号会传输到微处理器的19脚，焊接方法会被切换一次。每按一下按键，可以切换到下一种焊接方法。微处理器1引脚31、35、36接人机界面2中按键输入模块中的旋转编码器22。手工焊时，旋转人机界面上的旋转编码器22可以调节焊接电流，起弧电流，推力电流，按下旋转编码器22，可以切换可调节的参数；氩弧焊时，转动旋转编码器22可以调节提前送气时间、起弧电流，电流上升时间、焊接电流、电流下降时间、收弧电流、延迟送气时间、脉冲频率、脉冲基值、脉冲占空比，按下旋转编码器22，可以切换可调节的参数；按下编码器22，微处理器的31脚由高电平转换为低电平，微处理器1检测到低电平后，切换到下一个焊接参数；旋转编码器提供的给定信号通过35脚传输给微处理器1，微处理器1通过与旋转编码器22相连接的36脚判断旋转编码器22的旋转方向，顺时针方向旋转，编码器所调节的参数值增加，反之减少。微处理器1引脚42接人机界面2中液晶显示器23，可以显示焊接的各参数值，方便使用者查看操作。微处理器1引脚28、29、30接存储器24，该存储器可以存储焊接参数，实现掉电保护。

微处理器1引脚15与焊接电流反馈模块3连接，在起弧阶段，微处理器1通过检测焊接电流反馈值，判断是否引弧成功；在焊接阶段，焊接电流反馈信号与微处理器的35脚焊接电流给定信号经过微处理器的DSP(数字信号处理)单元进行比例积分运算，经PWM调节，通过引脚39和40输出2路互补PWM信号，PWM信号经隔离放大后驱动逆变主电路功率器件(如IGBT，MOSFET)，获得恒流输出特性。

微处理器1引脚14与电弧电压反馈模块4连接。微处理器1通过检测14脚的电弧电压反馈，判定焊接状态。手工焊条电弧焊时，当检测到焊机的输出电压低于12V时，判定加推力，根据预设的推力值，输出推力电流。

微处理器1引脚54、58、59分别与焊接时序控制模块5的电磁阀控制单元51、焊枪开关状态判断单元52、高频引弧控制单元53连接。氩弧焊时，微处理器1的58脚检测到高电平信号，判定此时焊枪开关已经按下，调用起弧子程序，打开气阀，微处理器1的54脚输出低电平，控制保护气体的电磁阀打开，提前送气一段时间后，微处理器1的59脚输出低电平，高频引弧电路工作，起弧成功后进入焊接子程序，根据设定值进行焊接操作。起弧不成功重复起弧过程，直到引燃电弧；当微处理器1的58脚检测到低电平，判定焊枪开关已松开，调用收弧子程序，电流值由焊接电流转变为收弧电流，熄弧后一段时间内微处理器的54脚仍为低电平，实现延迟送气。

微处理器1引脚46、51、11分别与焊接电源保护控制模块6的过/欠压保护单元61、过流保护单元62、过热保护单元63连接。当检测到焊接电源过压/欠压信号时，微处理器的46脚由低电平转变为高电平，微处理器检测到46脚的高电平后，封锁微处理器的39脚和43脚的PWM输出信号，焊机的逆变电路停止工作，焊机处于保护状态；当检测到焊机过热时，微处理器的11脚由低电平转变为高电平，微处理器检测到11脚的高电平后，使焊机处于保护状态；当检测到焊机过流时，微处理器的51脚由低电平转变为高电平，微处理器检测到51脚的高电平后，使焊机处于保护状态。当焊机处于保护状态，人机界面的故障指示灯点亮。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全数字直流脉冲氩弧焊控制系统，其特征在于，包括微处理器(1)，及与所述微处理器(1)分别连接的人机界面(2)、焊接电流反馈模块(3)、电弧电压反馈模块(4)、焊接时序控制模块(5)、焊接电源保护控制模块(6)、逆变电路驱动模块(7)，其中：

所述微处理器(1)，用于将焊接电流反馈模块输入的模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号与人机界面提供的给定信号通过比例积分运算产生PWM脉冲信号，控制逆变电路驱动模块；

所述焊接电流反馈模块(3)，用于采集焊接电源的副变电流值，并将采集的副变电流值输出给微处理器；

所述电弧电压反馈模块(4)，用于采集焊接电源副变直流电压经隔离后的电压信号，并将其输出给微处理器；

所述焊接时序控制模块(5)，用于焊接工艺时序精确控制，根据焊接工艺的时序要求，实现送气、起弧、收弧工作；

所述焊接电源保护控制模块(6)，用于检测焊接电源的工作状态；

所述逆变电路驱动模块(7)，用于根据微处理器输出的PWM脉冲信号转换为能直接驱动外部功率器件工作的信号，从而控制逆变器的输出；

所述人机界面(2)，用于接收外部数据，并显示、调节、存储焊接状态。

2.根据权利要求1所述的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统，其特征在于，所述人机界面(2)包括液晶显示器、按键输入模块、报警单元、存储器，所述液晶显示器用于显示焊接工况、焊接参数选择、历史记录等信息；所述按键输入单元，用于将按键信息转换为高低电平，同时产生按键中断，通知微处理器读取按键信息并作出响应动作，实现外部数据的输入；所述报警单元，用于指示焊接电源状态；所述存储器，用于存储该控制系统正常运行的程序及焊接参数。

3.根据权利要求1所述的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统，其特征在于，所述焊接电源保护控制模块(6)包括过/欠压保护单元、过流保护单元、过热保护单元。

4.根据权利要求1所述的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统，其特征在于，所述焊接时序控制模块(7)包括电磁阀控制单元、焊枪开关控制单元、高频引弧控制单元。

5.根据权利要求1所述的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统，其特征在于，所述焊接电流反馈模块(3)包括电流传感器、电流放大单元。

6.根据权利要求1所述的全数字直流脉冲氩弧焊控制系统，其特征在于，所述电弧电压反馈模块(4)包括电压传感器、电压放大单元。

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