RU2793010C1 - Control device for the mechanism of pulse feeding of wire to the welding zone - Google Patents
Control device for the mechanism of pulse feeding of wire to the welding zone Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793010C1 RU2793010C1 RU2022109165A RU2022109165A RU2793010C1 RU 2793010 C1 RU2793010 C1 RU 2793010C1 RU 2022109165 A RU2022109165 A RU 2022109165A RU 2022109165 A RU2022109165 A RU 2022109165A RU 2793010 C1 RU2793010 C1 RU 2793010C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- control device
- duration
- feed
- wire
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Устройство относится к технологическому сварочному оборудованию, в частности, к устройствам импульсной подачи сварочной проволоки в зону сварки.The device relates to technological welding equipment, in particular, to devices for pulsed supply of welding wire into the welding zone.
Известно устройство, которое содержит микроконтроллерный блок формирования задания скорости вращения и частоты изменения скорости вращения вала электродвигателя и двухконтурной системой управления электродвигателем с внутренним контуром тока и внешним контуром скорости для регулирования скорости и частоты разнонаправленного вращения вала электродвигателя (патент на полезную модель RU 199206 U1, опубликовано 21.08.2020 Бюл. №24).A device is known that contains a microcontroller unit for generating a rotation speed setting and a frequency change in the speed of rotation of the motor shaft and a dual-circuit motor control system with an internal current loop and an external speed loop to control the speed and frequency of multidirectional rotation of the motor shaft (utility model patent RU 199206 U1, published 08/21/2020 Bull. No. 24).
В отличии от аналога, в заявляемом устройстве регулирование скорости двигателя выполняется не двухуровневым алгоритмом, а программным широтно-импульсным модулятором (ШИМ) с изменяемой полярностью напряжения. При этом заявляемое устройство позволяет раздельно регулировать основные параметры режима подачи проволоки: длительность прямой подачи, скорость прямой подачи, длительность обратной подачи. Скорость обратной подачи, ускорение прямой и обратной подачи, паузу между прямой и обратной подачей.Unlike analog, in the claimed device, the motor speed control is performed not by a two-level algorithm, but by a software pulse-width modulator (PWM) with a changeable voltage polarity. In this case, the claimed device allows you to separately adjust the main parameters of the wire feed mode: the duration of the forward feed, the speed of the forward feed, the duration of the reverse feed. Reverse feed speed, forward and reverse feed acceleration, pause between forward and reverse feed.
Задача - создание компактного устройства управления, с возможностью включения в состав любого промышленно выпускаемого механизма подачи сварочной проволоки с двигателем постоянного тока, позволяющего в зависимости от сформированного задания синхронизировать подачу и возвратно-поступательное (импульсное) перемещение проволоки при осуществлении сварки.The task is to create a compact control device that can be included in any commercially available welding wire feeder with a DC motor, which, depending on the generated task, can synchronize the feed and reciprocating (pulse) movement of the wire during welding.
Технический результат - упрощение конструкции за счет исключения контура обратной связи по скорости и датчика скорости, повышение точности регулирования скорости вращения электродвигателя и изменения направления вращения за счет широтно-импульсной модуляции, возможность раздельного регулирования скорость прямой подачи; скорость обратной подачи; длительность разгона; длительность торможения; длительность прямой подачи, длительность обратной подачи, длительность паузы между прямой подачей и обратной, возможность оперативного изменения параметров импульсов от внешнего устройства управления, возможность работы с широким диапазоном напряжений питания, возможность интегрирования в промышленные системы подачи проволоки без доработок их механических частей и управления электродвигателями с разными электрическими характеристиками (напряжениями питания, частотами вращения, мощностями).EFFECT: simplifying the design by eliminating the speed feedback loop and the speed sensor, increasing the accuracy of controlling the speed of rotation of the electric motor and changing the direction of rotation due to pulse-width modulation, the possibility of separate regulation of the forward feed speed; feed back speed; acceleration duration; duration of braking; duration of forward feed, duration of reverse feed, duration of the pause between forward and reverse feed, the ability to quickly change the parameters of pulses from an external control device, the ability to work with a wide range of supply voltages, the ability to integrate into industrial wire feed systems without modifications to their mechanical parts and to control electric motors with different electrical characteristics (supply voltages, speeds, powers).
Устройство управления импульсной подачей проволоки в зону сварки выполнено с возможностью регулирования скорости и частоты разнонаправленного вращения вала электродвигателя, содержит микроконтроллер, силовые ключи, датчик тока, аттенюатор напряжения питания, блок связи, устройство ввода данных, дисплей. Устройство управляет электродвигателем и может получать сигналы управления от внешнего устройства управления.The control device for pulsed wire feeding into the welding zone is configured to control the speed and frequency of multidirectional rotation of the electric motor shaft, contains a microcontroller, power switches, a current sensor, a supply voltage attenuator, a communication unit, a data input device, a display. The device controls the motor and can receive control signals from an external control device.
Принцип работы устройства поясняется на фигурах, где на фиг. 1 приведена схема устройства управления механизмом импульсной подачи проволоки, на фиг. 2 - диаграмма напряжения двигателя и скорости двигателя, на фиг.3-диаграммы работы устройства подачи проволоки в реверсивном режиме и в режиме без реверса.The principle of operation of the device is illustrated in the figures, where in Fig. 1 shows a diagram of the control device for the pulse wire feed mechanism, in Fig. 2 is a diagram of the motor voltage and motor speed, in Fig.3 is a diagram of the operation of the wire feeder in reverse mode and in non-reverse mode.
Устройство управления (фиг.1) состоит из: микроконтроллера МК (1), силовых ключей СК (2), датчика тока ДТ (3), аттенюатора напряжения питания А (4), блока связи БС (5), устройства ввода данных УВ (6), дисплея Д (7). Устройство управления управляет электродвигателем ЭД (8) и может получать сигналы управления от внешнего устройства управления ВУУ (9).The control device (figure 1) consists of: microcontroller MK (1), power switches SC (2), current sensor DT (3), supply voltage attenuator A (4), communication unit BS (5), data input device UV ( 6), display D (7). The control device controls the electric motor ED (8) and can receive control signals from the external control device VUU (9).
При этом стрелки на схеме показывают направление передачи данных или энергии источника электропитания, но не количество сигналов, то есть одна стрелка может соответствовать как одному сигналу, так и нескольким (шине сигналов).In this case, the arrows in the diagram show the direction of data or energy transfer of the power supply, but not the number of signals, that is, one arrow can correspond to one signal or several (signal bus).
Микроконтроллер предполагается стандартный, с количеством дискретных входов не менее трех для УВ6, одного для встроенного асинхронного универсального приемника (UART), количеством аналоговых входов не менее 2 (для анализа сигналов с А4 и ДТ3), количеством дискретных выходов не менее 6 для Д7 и двух дискретных выходов (ШИМ и Напр).The microcontroller is supposed to be standard, with the number of discrete inputs of at least three for UV6, one for the built-in asynchronous universal receiver (UART), the number of analog inputs of at least 2 (for analyzing signals from A4 and DT3), the number of discrete outputs of at least 6 for D7 and two discrete outputs (PWM and Voltage).
При практической реализации устройства использовался микроконтроллер ATmega8, но могут быть использованы и другие универсальные микроконтроллеры семейств ATtinyxxx, ATmegaxxx, ATxmegaxxx, PICxx, STM32 или других производителей с вышеуказанными характеристиками.In the practical implementation of the device, the ATmega8 microcontroller was used, but other universal microcontrollers of the ATtinyxxx, ATmegaxxx, ATxmegaxxx, PICxx, STM32 families or other manufacturers with the above characteristics can also be used.
Алгоритм работы микроконтроллера определяется управляющей программой, разработанной авторами заявки и регистрируется отдельно как программа для ЭВМ.The algorithm of the microcontroller is determined by the control program developed by the authors of the application and is registered separately as a computer program.
Программа анализирует сигналы от ВУУ9, УВ6, А4, ДТ3 и формирует сигналы управления Д7, а также ШИМ и Напр.The program analyzes signals from VUU9, UV6, A4, DT3 and generates control signals D7, as well as PWM and Eg.
Сигнал Напр - цифровой сигнал направления движения электродвигателя: 1 - движение проволоки вперед, 0 - движение проволоки назад.Signal Direct - digital signal of the direction of movement of the electric motor: 1 - wire movement forward, 0 - wire movement backward.
Сигнал ШИМ - выходной цифровой сигнал с ШИМ модулятора. Форма сигнала показана на фиг. 2.PWM signal - output digital signal from the PWM modulator. The waveform is shown in Fig. 2.
Блок СК2 содержит 4 силовых ключа (полевых транзистора), включенных по мостовой схеме, а также блок управления ими. Так как авторы заявки при реализации патентуемого устройства использовали стандартную микросхему LMD18200, конструктивно содержащую все указанные элементы, то в описании устройства (фиг. 1) они обозначены одним функциональным блоком СК2.The CK2 block contains 4 power switches (field-effect transistors) connected in a bridge circuit, as well as a control unit for them. Since the authors of the application used the standard LMD18200 chip, which structurally contains all of the above elements, in the implementation of the patented device, they are designated in the description of the device (Fig. 1) as one functional block CK2.
В заявляемом устройстве в качестве СК2 применялся стандартный мостовой инвертор. Стандартный мостовой инвертор работает следующим образом: устройство управления УУ принимает сигналы Напр и ШИМ (на рисунке не показаны). На устройство КУ1 приходит дискретный сигнал высокого уровня, если Напр=1 и ШИМ=1, на устройство КУ2 приходит дискретный сигнал высокого уровня, если Напр=0 и ШИМ=1. Устройства КУ1 и КУ2 управляют парами транзисторных ключей, соответственно VT1, VT4 и VT2, VT3 в результате чего в нагрузку Rн подается ШИМ модулированное напряжение прямой или обратной полярности от источника питания Е. В заявляемом устройстве напряжение питания на фиг. 1 обозначено +Uп.In the claimed device, a standard bridge inverter was used as SC2. A standard bridge inverter works as follows: the control unit CU receives the Vd and PWM signals (not shown in the figure). A discrete high-level signal arrives at the KU1 device if Dir=1 and PWM=1, a high-level discrete signal arrives at the KU2 device if Dir=0 and PWM=1. Devices KU1 and KU2 control pairs of transistor switches, respectively VT1, VT4 and VT2, VT3, as a result of which a PWM modulated voltage of direct or reverse polarity from the power source E is supplied to the load Rn. In the claimed device, the supply voltage in Fig. 1 denoted +U p .
Устройство работает следующим образом. Микроконтроллер (1) выдает два сигнала управления силовым ключам - широтно-модулированный сигнал и сигнал направления вращения (Напр) электродвигателя. Силовые ключи (2), выполненные по мостовой схеме, в импульсном режиме коммутируют напряжение питания (Uп) и подают его на питание электродвигателя. При этом выходное напряжение ключей может принимать одно из трех значений: +Uп, 0, -Uп. Датчик тока (3) измеряет среднее значение тока двигателя и передает измеренное значение микроконтроллеру (1), которое используется в качестве сигнала обратной связи.The device works as follows. The microcontroller (1) outputs two control signals to the power switches - a pulse-width modulated signal and a signal for the direction of rotation (For example) of the electric motor. Power switches (2), made according to the bridge circuit, switch the supply voltage (Up) in a pulsed mode and supply it to the electric motor. In this case, the output voltage of the switches can take one of three values: + Up, 0, - Up. The current sensor (3) measures the average value of the motor current and transmits the measured value to the microcontroller (1), which is used as a feedback signal.
Аттенюатор (4) понижает напряжение питания до уровня, равного входному напряжению аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера и преобразуется в цифровой код средствами микроконтроллера. Это значение используется для стабилизации напряжения электродвигателя при изменении напряжения питания схемы.The attenuator (4) lowers the supply voltage to a level equal to the input voltage of the analog-to-digital converter of the microcontroller and is converted into a digital code by means of the microcontroller. This value is used to stabilize the motor voltage when the circuit supply voltage changes.
За счет измерения напряжения питания схемы устройство выполняет стабилизацию напряжения электродвигателя следующим образом. При отклонении напряжения питания от номинального значения рассчитывается отклонение напряжения питания и корректировка ШИМ сигналов управления с целью сохранения среднего напряжения питания электродвигателя на заданном уровне, что обеспечивает независимость скорости вращения вала электродвигателя от повышения напряжения питания.By measuring the supply voltage of the circuit, the device stabilizes the motor voltage as follows. When the supply voltage deviates from the nominal value, the deviation of the supply voltage and the adjustment of the PWM control signals are calculated in order to maintain the average supply voltage of the electric motor at a given level, which ensures the independence of the speed of rotation of the electric motor shaft from an increase in the supply voltage.
Для настройки режима работы устройства применяется устройство ввода (УВ), которое включает в себя клавиатуру и дисплей (Д).To set the operating mode of the device, an input device (ID) is used, which includes a keyboard and a display (D).
Устройство может интегрироваться в систему управления сварочного аппарата, для чего имеет блок связи (БС). Этот блок обеспечивает гальваническую развязку цепей управления и согласование сигналов управления по уровню. При управлении устройством через блок связи внешнее устройство управления передает сигналы управления, содержащие информацию о режиме работы: включено/отключено, скорость прямой подачи, скорость обратной подачи, длительность прямой подачи и обратной подачи, пауза между прямой подачей и обратной, время разгона и торможения двигателя.The device can be integrated into the control system of the welding machine, for which it has a communication unit (BS). This block provides galvanic isolation of control circuits and level matching of control signals. When controlling the device through the communication unit, the external control device transmits control signals containing information about the operating mode: enabled / disabled, forward feed rate, reverse feed rate, duration of forward feed and reverse feed, pause between forward feed and reverse feed, acceleration and deceleration time of the motor .
Широтно-импульсная модуляция (фиг. 2) подразумевает выдачу напряжения одного из трех значений: +Uп, 0, -Uп. При этом осуществляется изменение длительность импульса (tи) при сохранении неизменным периода следования импульсов (Т). Это дает возможность плавного регулирования среднего значения напряжения двигателя (Uд) в диапазоне от -Uп до +Uп, и, следовательно, плавного регулирования скорости вращения электродвигателя (Vд) и изменения направления вращения.Pulse-width modulation (Fig. 2) implies the issuance of a voltage of one of three values: + Up, 0, -Up. In this case, the pulse duration (ti) is changed while maintaining the pulse repetition period (T) unchanged. This makes it possible to smoothly regulate the average value of the motor voltage (Ud) in the range from -Up to +Up, and, consequently, smoothly control the speed of rotation of the electric motor (Vd) and change the direction of rotation.
Алгоритм работы устройства управления позволяет раздельно регулировать следующие параметры вращения вала двигателя механизма подачи проволоки (фиг. 3):The operation algorithm of the control device allows you to separately adjust the following parameters of the rotation of the motor shaft of the wire feed mechanism (Fig. 3):
- скорость прямой подачи (Vп);- direct feed speed (Vp);
- скорость обратной подачи (Vo);- reverse feed rate (Vo);
- длительность разгона (tp) или ускорение при разгоне;- duration of acceleration (tp) or acceleration during acceleration;
- длительность торможения (tp) или ускорение при замедлении;- duration of braking (tp) or acceleration during deceleration;
- длительность прямой подачи (tп);- duration of forward feed (tp);
- длительность обратной подачи (to);- the duration of the return feed (to);
- длительность паузы между прямой подачей и обратной (tп).- the duration of the pause between forward and reverse feed (tp).
При этом скорости прямой и обратной подач могут быть как разного знака, так и одинакового, или равны нулю. В этом случае может быть реализован алгоритм подачи с реверсом (Vп и Vo разного знака), без реверса (Vп и Vo одного знака) или подача с паузами (Vo или Vп равны нулю).In this case, the speeds of forward and reverse feeds can be either of a different sign or the same, or equal to zero. In this case, the feed algorithm can be implemented with reverse (Vp and Vo of different sign), without reverse (Vp and Vo of the same sign) or feed with pauses (Vo or Vp equal to zero).
Исключение из системы контура обратной связи и датчика скорости упрощает устройство и исключает необходимость доработки механической части механизма подачи проволоки (исключение необходимости установки датчика скорости), так как штатные механизмы подачи проволоки, как правило, не имеют датчик скорости. Так как вал электродвигателя жестко (через механический редуктор) связан с подающими роликами, то контроль скорости перемещения проволоки не является необходимым.The exclusion of the feedback loop and speed sensor from the system simplifies the device and eliminates the need to modify the mechanical part of the wire feeder (eliminating the need to install a speed sensor), since regular wire feeders, as a rule, do not have a speed sensor. Since the motor shaft is rigidly (through a mechanical gearbox) connected to the feed rollers, control of the wire speed is not necessary.
За счет измерения напряжения питания схемы устройство выполняет стабилизацию напряжения электродвигателя следующим образом. При отклонении напряжения питания от номинального значения рассчитывается отклонение напряжения питания и корректировка ШИМ сигналов управления с целью сохранения среднего напряжения питания электродвигателя на заданном уровне, что обеспечивает независимость скорости вращения вала электродвигателя от повышения напряжения питания.By measuring the supply voltage of the circuit, the device stabilizes the motor voltage as follows. When the supply voltage deviates from the nominal value, the deviation of the supply voltage and the adjustment of the PWM control signals are calculated in order to maintain the average supply voltage of the electric motor at a given level, which ensures the independence of the speed of rotation of the electric motor shaft from an increase in the supply voltage.
Управление временем разгона и торможения (ускорениями при разгоне и торможении) позволяет ограничивать нагрузку на механические части механизма подачи проволоки, ограничить токи двигателя, а также задавать требуемое ускорение перемещения проволоки для обеспечения режима «сброса» капли расплавленного металла с проволоки.Controlling the acceleration and deceleration time (accelerations during acceleration and deceleration) allows you to limit the load on the mechanical parts of the wire feed mechanism, limit the motor currents, and also set the required acceleration of the wire movement to ensure the mode of "reset" of a drop of molten metal from the wire.
Пауза между прямым и обратным ходами позволяет исключить броски напряжения, возникающие при смене полярности напряжения электродвигателя.A pause between the forward and reverse strokes eliminates voltage surges that occur when the motor voltage polarity is reversed.
Раздельное плавное регулирование параметрами импульсов прямого и обратного хода позволяет гибко настраивать параметры подачи проволоки под различные режимы сварки при исследованиях процессов сварки, отработки режимов сварки и поиска оптимального режима, а также во время сварки с оптимальным режимом подачи проволоки.Separate smooth control of the forward and reverse pulse parameters allows you to flexibly adjust the wire feed parameters for various welding modes when studying welding processes, working out welding modes and searching for the optimal mode, as well as during welding with the optimal wire feed mode.
Применение блока связи с внешним устройством управления позволяет непосредственно в процессе сварки оперативно изменять параметры режима подачи проволоки для коррекции режима при изменении условий сварки.The use of a communication unit with an external control device allows you to quickly change the parameters of the wire feed mode directly in the welding process to correct the mode when welding conditions change.
Устройство может интегрироваться в существующие системы непрерывной подачи сварочной проволоки с электродвигателями постоянного тока и различными характеристиками (напряжением питания, мощностью, частотой вращения вала) без доработок механических частей.The device can be integrated into existing continuous wire feed systems with DC motors and different characteristics (supply voltage, power, shaft speed) without modifications to the mechanical parts.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2793010C1 true RU2793010C1 (en) | 2023-03-28 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1606279A1 (en) * | 1988-06-21 | 1990-11-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Монтажным И Специальным Строительным Работам | Apparatus for controlling electric drive for feeding electrode wire |
SU1636154A1 (en) * | 1988-12-26 | 1991-03-23 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Device for control of semi-automatic welding machine |
US6204479B1 (en) * | 1999-08-13 | 2001-03-20 | Illinois Tool Works Inc. | Thermistor protection for a wire feed motor |
RU2205095C2 (en) * | 2001-08-02 | 2003-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донэлектроприбор" | Apparatus for controlling drive motor for feeding electrode wire |
RU68401U1 (en) * | 2007-07-02 | 2007-11-27 | ЗАО "Уралтермосвар" | SEMI-AUTOMATIC FOR MECHANIZED WELDING BY FLOATING ELECTRODE IN ANY SPATIAL POSITION |
CN101814885A (en) * | 2010-05-12 | 2010-08-25 | 唐山松下产业机器有限公司 | Wire feed speed regulating system |
RU199206U1 (en) * | 2020-05-18 | 2020-08-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Чайковский" | DEVICE FOR PULSE WIRE FEEDING IN THE WELDING AREA |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1606279A1 (en) * | 1988-06-21 | 1990-11-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Монтажным И Специальным Строительным Работам | Apparatus for controlling electric drive for feeding electrode wire |
SU1636154A1 (en) * | 1988-12-26 | 1991-03-23 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Device for control of semi-automatic welding machine |
US6204479B1 (en) * | 1999-08-13 | 2001-03-20 | Illinois Tool Works Inc. | Thermistor protection for a wire feed motor |
RU2205095C2 (en) * | 2001-08-02 | 2003-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донэлектроприбор" | Apparatus for controlling drive motor for feeding electrode wire |
RU68401U1 (en) * | 2007-07-02 | 2007-11-27 | ЗАО "Уралтермосвар" | SEMI-AUTOMATIC FOR MECHANIZED WELDING BY FLOATING ELECTRODE IN ANY SPATIAL POSITION |
CN101814885A (en) * | 2010-05-12 | 2010-08-25 | 唐山松下产业机器有限公司 | Wire feed speed regulating system |
RU199206U1 (en) * | 2020-05-18 | 2020-08-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Чайковский" | DEVICE FOR PULSE WIRE FEEDING IN THE WELDING AREA |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108777903B (en) | Current source circuit and LED drive circuit | |
ATE89962T1 (en) | ALTERNATOR AND CONTROLLER APPLIED TO IT. | |
TWI280728B (en) | N-phase integrated buck converter | |
WO2016197151A1 (en) | Dc-dc converter having digital control and reference pwm generators | |
RU2793010C1 (en) | Control device for the mechanism of pulse feeding of wire to the welding zone | |
Kapadiya et al. | Study and implementation of dc drive using pic16f877a microcontroller | |
CN205647290U (en) | Inverter circuit | |
KR20170132099A (en) | Power supply device | |
CN217362899U (en) | Driver for generating positive and negative voltages | |
Vepa et al. | Converter based dc motor speed control using tms320lf2407a dsk | |
CN217563547U (en) | Full-bridge rectifier based on ideal diode | |
RU2812068C1 (en) | Method for adjusting current strength and ratio of anodic and cathodic current components in micro-arc oxidation capacitor installation | |
JP3611313B2 (en) | Constant sampling type current control system for DC / DC converter | |
WO2011127534A1 (en) | Electronic feedback control | |
SU1339850A1 (en) | Apparatus for braking frequency-controlled induction motor | |
SU658696A1 (en) | Method and apparatus for control of pulsed dc coverter | |
RU2399146C1 (en) | Device of pulse current control in dc motor | |
RU2093948C1 (en) | Converter | |
SU839003A1 (en) | Method of control of thyristors of pulsed power amplifier with switching circuit | |
SU789983A1 (en) | Switch-type dc voltage stabilizer | |
SU1005267A1 (en) | Device for phase control of thyristorized regulator | |
SU904185A1 (en) | Semiconductor voltage regulator for ac generators | |
JPH02237469A (en) | Pwm controlled power supply | |
CN113126691A (en) | Current source circuit and control system | |
SU748777A1 (en) | Device for regulating synchronous motor excitation |