WO2014198069A1 - 一种全数字化气保焊机的控制方法及其装置 - Google Patents

一种全数字化气保焊机的控制方法及其装置 Download PDF

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WO2014198069A1
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control module
welder
gas shielded
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邱光
杨少军
王科海
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深圳市瑞凌实业股份有限公司
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/095Monitoring or automatic control of welding parameters
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    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/10Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1006Power supply
    • B23K9/1043Power supply characterised by the electric circuit

Definitions

  • the present invention relates to the field of welding technology, and in particular to a control method and device for an all-digital gas shielded welder.
  • the digital gas shielded welders introduced by foreign welding equipment manufacturers are mainly the following two types: one is the core control chip MCU of the Panasonic YD-500EA welder control board, which is mainly responsible for parameter adjustment and storage on the front panel, and This is the integration of welding arc specifications for different welding wires, arcing/short circuit judgment points given by different specifications, and different short-circuit current waveforms.
  • the other is the digital welding machine TPS5000 such as Funis
  • the circuit used is generally MCU+ DSP+CPLD structure, where: MCU is responsible for man-machine interface and welding parameter expert system of different welding consumables, DSP is responsible for control algorithm processing; CPLD is responsible for PWM formation and protection, wire feeder adopts grating speed measurement, and software realizes speed Closed loop feedback and torque closed loop feedback.
  • the existing digital gas shielded welding control will control the human-machine interface, welding parameter expert system, control algorithm processing, PWM waveform formation and wire feeder control by different functional chips, which will complicate the control circuit.
  • the splash size is mainly determined by the energy of the liquid bridge burst. Decreasing the short-circuit current rising rate will reduce the splash, and when the inductance L is small, the short-circuit current peak and The rate of increase is large, and the splash is large. When the inductance is appropriate, the splash is small, and the formation of the weld is determined by the ratio of the short circuit and the arc energy, and the proper inductance can obtain an excellent weld.
  • the requirements of these conditions for the inductance are contradictory, the ferromagnetic of traditional welding equipment
  • the inductor is only applicable to a certain current interval of a certain diameter wire; and the electronic reactor method of the inverter welder is to realize data conversion processing of welding current, voltage and power, so that the welding process can be controlled, so
  • a second object of the present invention is to provide a control device for an all-digital gas shielded welder.
  • the technical solution adopted by the present invention to achieve the above first object is: A method for controlling a fully digital gas shielded welder, the method comprising providing a given signal, a welder output voltage signal, and a primary current The signal is sent to a control module, and the control module obtains a PWM drive signal for driving the inverter inverter circuit after digital processing.
  • the digital operation processing of the control module uses a constant power operation, specifically:
  • the primary current signal fed back also increases. At this time, the output voltage of the welder decreases, and the output power value of the welder does not reach the maximum power value set internally by the control module, then the output of the control module The pulse width of the PWM drive signal is not narrowed, and the output power of the welder is increased.
  • the primary current signal fed back is also reduced. At this time, the output voltage of the welder is increased, the welder
  • the pulse width of the PWM drive signal output by the control module is narrowed, that is, the primary current is controlled to return to the original state, and the output power of the welder is reduced.
  • the control module includes an ADC converter, a PWM register, and a PWM output port.
  • the control module collects and processes a given signal, a welder output voltage signal, and a primary current signal through an ADC converter. And adjust the data in the PWM register, and then output the PWM drive signal of the corresponding duty cycle through the PWM output port to drive the inverter circuit of the welder.
  • the given signal is a digital alternating square wave pulse signal having a frequency and a variable duty cycle.
  • the PWM driving signal output by the control module is further After the signal amplification process, the inverter circuit of the welding machine is operated.
  • control module is further coupled to the wire feed mechanism of the welder for driving the wire feed mechanism.
  • a technical solution adopted by the present invention for achieving the above second object is: a control device for an all-digital gas shielded welder, comprising a control module, and a control signal module for providing a given signal The signal given circuit, a voltage sampling circuit for providing a welder output voltage signal, and a current sampling circuit for providing a primary current signal, and the control module is also connected to the inverter circuit of the welder.
  • the current sampling circuit is coupled to an inverter circuit of the welder, and the voltage sampling circuit is coupled to a rectifier circuit of the welder.
  • the control module includes an ADC converter, a PWM register, and a PWM output port that are sequentially connected, and the ADC converter is respectively connected to a signal given circuit, a voltage sampling circuit, and a current sampling circuit.
  • the PWM output port is connected to an inverter circuit of the welder.
  • a signal amplifying circuit connecting the control module and the inverter circuit is further included.
  • a wire feed mechanism of the welder coupled to the control module is also included.
  • the signal amplifying circuit mainly includes first to sixth transistors, first and second patch field tubes, a driving transformer, a chip resistor and a chip capacitor, and the second And the bases of the fifth triode are respectively connected to the PA9 and PA8 pins of the control module; the collectors of the second triode are respectively connected to the bases of the first and third triodes, and the second triode
  • the emitter and the collector of the third transistor are both grounded, and the collector and the emitter of the first transistor are connected to the primary end of the driving transformer via the P tube of the first patch field tube,
  • the emitter of the third triode is connected to the primary end of the driving transformer via the N tube of the first patch field tube;
  • the collector of the fifth triode is connected to the bases of the fourth and sixth triodes respectively
  • the emitter of the fifth triode and the collector of the sixth triode are both grounded, and the collector and the emitter of the fourth triode are both passed through the P tube of the second patch field tube and the chip resistor Connected at one end
  • the current sampling circuit mainly includes a current transformer, first to fourth diodes, first to fourth resistors, and the current transformers are respectively first to fourth The pole tube and the first to fourth resistors are connected to the PA0-WKUP pin of the control module.
  • the voltage regulator diode and the first TVS diode are further included, and the cathode of the Zener diode and the cathode of the first TVS diode are connected to the PA0-WKUP pin of the control module, and the Zener diode The anode and the anode of the first TVS diode are both grounded.
  • the voltage sampling circuit mainly includes first and second sampling resistors, first and second operational amplifiers, and an optocoupler, wherein the second sampling resistor is connected to the first operation via the first sampling resistor.
  • the amplifier input terminal is positive
  • the first operational amplifier output is coupled to the positive terminal of the second operational amplifier via an optocoupler
  • the second operational amplifier output is connected to the PA5 and PA6 pins of the control module.
  • the second TVS diode is further included, the cathode of the second TVS diode is connected to the PA5 of the control module, and the anode is grounded.
  • a human machine interface is further included, and the signal given circuit is integrated in the human machine interface.
  • a control module is used to acquire and process a given signal, a current signal, and a voltage signal, and then output a PWM driving signal with a certain duty ratio, and the PWM control is performed.
  • the hardware circuit which reduces the cost.
  • Figure 1 is a flow chart showing the control method of the all-digital gas shielded welder according to the embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a block diagram of a control device of the all-digital gas shielded welder according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is a circuit diagram of a control device of the all-digital gas shielded welder according to the embodiment of the present invention.
  • Human-machine interface 20, control module, 30, signal amplification circuit, 40, welder, 110, signal given circuit, 210, ADC converter, 220, PWM register, 230, PWM output port, 410, rectifier circuit, 420, inverter circuit, 430, wire feeding mechanism, 440, current sampling Circuit, 450, voltage sampling circuit.
  • the embodiment provides a control method for a fully digital gas shielded welder.
  • the overall concept is as follows: The method includes: providing a given signal, a welder output voltage signal, and a primary current signal to The control module, after the digital operation processing, obtains a PWM driving signal for driving the inverter circuit of the welding machine.
  • the digital operation processing of the control module uses a constant power operation.
  • the data of the welding current, voltage, and power are converted and processed by the primary transformer current transformer data and the output voltage data of the switching transformer.
  • the welder output current changes due to load changes. Specifically: When the primary current increases, the primary current signal fed back also increases. At this time, the output voltage of the welder decreases, and the output power value of the welder does not reach the maximum power value set internally by the control module, then control The pulse width of the PWM drive signal output by the module is not narrowed, and the output power of the welder is increased. When the primary current is reduced, the primary current signal fed back is also reduced, and the output voltage of the welder is increased.
  • the pulse width of the PWM drive signal output by the control module is narrowed, that is, the primary current is controlled to return to the original state, and the output power of the welder is reduced.
  • the control module mainly comprises an ADC converter, a PWM register and a PWM output port.
  • the control module selects an MCU control chip of the type STM32F103C8T6; the specific acquisition and processing process of the signal is: the MCU control chip passes the ADC The converter collects and processes the given signal, the welder output voltage signal and the primary current signal, and adjusts the data in the PWM register, and then outputs the corresponding duty cycle PWM drive signal through the PWM output port to drive the inverter's inverter circuit to work. .
  • the above given signal is generally a digital alternating square wave pulse signal generated by the front panel encoder of the welding machine 40.
  • the speed and direction of the encoder rotation are different, and the frequency and duty ratio of the generated pulse signal also change.
  • the control module performs the judgment operation by the change of the pulse signal, thereby producing A given signal inside the control module is generated. That is, if there is no given signal, the entire welder will not have an output.
  • the PWM drive signal is also driven by the signal amplification process to drive the inverter's inverter circuit.
  • the control module is also connected with the wire feeding mechanism of the welding machine for driving the wire feeding mechanism.
  • the given signal, the output voltage signal of the welder, and the acquisition of the primary current signal can all be achieved through a human-machine interface that integrates the three functions. That is, at this time, the control module participates in both the human-machine interface, the welding parameter expert system, the control algorithm processing, the PWM waveform formation, and the wire feeder control.
  • the present embodiment provides a control device for an all-digital gas shielded welder, the general idea of which includes: a control module 20, and a control signal connected to the control module 20 for providing a given signal.
  • a signal giving circuit 110, a voltage sampling circuit 450 for providing a welder output voltage signal, and a current sampling circuit 440 for providing a primary current signal, and the control module 20 is also connected to the inverter circuit 420 of the welder; and the current sampling circuit
  • the 440 is connected to the inverter circuit 420 of the welder 40, and the voltage sampling circuit 450 is connected to the rectifier circuit 410 of the welder 40.
  • the signal given circuit 110 can be integrated in a human machine interface 10.
  • the control module 20 mainly includes an ADC converter 210, a PWM register 220 and a PWM output port 230 connected in sequence, and the ADC converter 210 is connected to the signal given circuit 110, the voltage sampling circuit 450 and the current sampling circuit 440, respectively.
  • the PWM output port 230 is connected to the inverter circuit 420 of the welder.
  • the control module 20 selects an MCU control chip of the type STM32F103C8T6.
  • the embodiment may further include a signal amplifying circuit 30 connecting the control module 20 and the inverter circuit 420, and the signal amplifying circuit 30 is configured to amplify and output the PWM signal outputted by the PWM output port 230 of the control module 20 to the welder.
  • the signal amplifying circuit 30 is configured to amplify and output the PWM signal outputted by the PWM output port 230 of the control module 20 to the welder.
  • the inverter circuit In the inverter circuit.
  • control device further comprises a wire feeding mechanism 430 connected to the control module 20, and is also a closed-loop speed control of the wire feeding mechanism, and is mainly input to the control module 20 (ie, the MCU control chip) by the feedback current signal when the wire feeding mechanism is operated.
  • the PA11 pin and the wire feeding mechanism speed signal are input to the PA4 pin of the MCU control chip and the wire feeding speed given by the man-machine interface 10. After the digital processing of the MCU control chip, the corresponding control of the PA1 and PA10 outputs of the MCU control chip is controlled. A signal is used to control the wire feed speed of the wire feed mechanism 430.
  • the signal amplifying circuit 30 mainly includes first to sixth transistors (Q10, Q13-Q17), first and second patch field tubes (U12, U14), a driving transformer T3, a chip resistor R78, and a sticker.
  • Chip capacitor C66 wherein: the bases of the second and fifth transistors (Q13, Q16) are respectively connected to the PA9 and PA8 pins of the control module 20; the collectors of the second transistor Q13 are respectively connected to the first and the third The base of the triode (Q10, Q14), the emitter of the second transistor Q13 and the collector of the third transistor Q14 are grounded, and the collector and emitter of the first transistor Q10 are both
  • the P tube of the patch field tube U12 is connected to the primary end of the driving transformer T3, and the emitter of the third transistor Q14 is connected to the primary end of the driving transformer T3 via the N tube of the first patch field tube U12;
  • the collector of the fifth transistor Q16 is connected to the bases of the fourth and sixth transistors (Q15, Q17),
  • the emitter of the sixth transistor Q17 is connected to one end of the chip resistor R78 via the N tube of the second patch field tube U14, and the other end of the chip resistor R78 is connected to the other end of the primary side of the driving transformer T3. Connected, and the chip capacitor C66 is connected in parallel with the chip resistor R78.
  • the principle of the signal amplifying circuit 30 for realizing signal amplification is as follows: When the PA9 pin of the control module 20 (ie, the MCU control chip) outputs a high potential, the PA8 pin outputs a low potential. The high potential of the PA9 pin outputs the second transistor Q13 to turn on, and the base potentials of the first and third transistors (Q10, Q14) are pulled low, thereby turning off the first transistor Q10. The triode Q14 is turned on. Therefore, the P tube of the first patch field tube U12 is turned on, and the N tube is turned off.
  • the PA8 pin of the control module 20 (ie, the MCU control chip) outputs a low potential to turn off the fifth transistor Q16, and the bases of the fourth and sixth transistors (Q15, Q17) are extremely high, so that the fourth Transistor Q15 is turned on and sixth transistor Q17 is turned off. Therefore, the P tube of the second patch field tube U14 is turned off, and the N tube is turned on.
  • DC+15V passes through the P tube of the first patch field tube U12, the driving transformer T3, the chip resistor R78, the chip capacitor C66, and the N tube of the second patch field tube U14, forming a circuit for driving, forming a half Cycle drive.
  • the driving principle of the other half cycle is the same as above.
  • the PA9 pin of the control module 20 ie, the MCU control chip
  • the PA8 pin outputs a high potential, so that the DC+15V passes through the second patch field tube U14.
  • the PWM control signal is driven by the signal amplifying circuit to drive the driving transformer T3, and finally the single-tube IGBT in the inverter circuit 420 of the welding machine is turned on and off to realize an inverter process of the welding machine.
  • the current sampling circuit 440 mainly includes a current transformer, first to fourth diodes (D29-D32), first to fourth resistors (R89-R92), and the current transformers are respectively first to fourth.
  • the diodes (D29-D32) and the first to fourth resistors (R89-R92) are connected to the PA0-WKUP pins of the control module 20.
  • the current sampling circuit 440 further includes a Zener diode D33 and a first TVS diode D45, and the cathode of the Zener diode D33 and the cathode of the first TVS diode D45 are both controlled.
  • the PA0-WKUP pin of module 20 is connected, the anode of Zener diode D33 and the anode of first TVS diode D45 are both grounded.
  • the current feedback signal is directly input control by the current transformer to sample the primary current signal through the first to fourth diodes (D29-D32) and the first to fourth resistors (R89-R92).
  • Module 20 ie MCU control chip
  • PA0-WKUP pin PA0-WKUP pin.
  • the voltage sampling circuit 450 mainly includes first and second sampling resistors (R52.R53), first and second operational amplifiers (U6, U9), and optocoupler U7, and the second sampling resistor R53 passes through the first sampling resistor R52.
  • first and second sampling resistors R52.R53
  • first and second operational amplifiers U6, U9
  • optocoupler U7 the second sampling resistor R53 passes through the first sampling resistor R52.
  • the output of the first operational amplifier U6 is connected to the positive terminal of the second operational amplifier U9 through the optocoupler U7, and the output of the second operational amplifier U9 and the PA5 and PA6 pins of the control module 20 .
  • the voltage sampling circuit 450 further includes a second TVS diode D34, and the cathode of the second TVS diode D34 is connected to the PA5 pin of the control module 20, and the anode is grounded.
  • the voltage feedback signal is a sampling of the output voltage of the welder
  • the sampling method is to reduce the output voltage value by the first and second sampling resistors (R52, R53) and then follow the first operational amplifier U6, and then the light
  • the 1:1 signal is again followed by the second operational amplifier U9, and the output voltage signal of the welder is input to the PA5 and PA6 pins of the control module 20 (ie, the MCU control chip).
  • the general principle of the control device of the all-digital gas shielded welder of the present invention is:
  • the current sampling circuit 440 sends a collected current feedback signal to the control module. 20 (ie, the MCU control chip) PA0-WKUP pin, the voltage sampling circuit 450 isolates the collected voltage feedback signal through the optocoupler U7 to sample the signal to the PA5 and PA6 pins of the control module 20 (ie, the MCU control chip).
  • the signal reference circuit 110 in the human machine interface 10 also gives the control module 20 (i.e., the MCU control chip) a given signal.
  • the three signals are processed in the control module 20 (ie, the MCU control chip), so that the PA8 and PA9 pins of the control module 20 (ie, the MCU control chip) output two PWMs with the same pulse width but opposite phases.
  • the waveform is further processed by the signal amplifying circuit 30 to drive the driving transformer T3, and finally the single-tube IGBT in the inverter circuit 420 of the welding machine 40 is turned on and off to realize an inverter process of the welding machine 40. And controlling the output voltage and current of the welder 40, and after the inverter circuit 420 is inverted, the inverter circuit 40 is inverted by the rectifier circuit 410.
  • the current and voltage sampling circuit uses a Zener diode and a TVS diode to absorb the sampled spike voltage
  • the operation processing of the MCU control chip uses constant power to calculate to solve the problem of excessive short-circuit output energy during the welding process.
  • the MCU control chip pairs through the detection of the returned data processing, different error range using different PD control, that is, with the change of the given current in the welder, the output current, voltage changes obtained by sampling,
  • the control module controls the algorithm to segment the processing so that the output power of the welder varies with a given size. That is, the larger the given, the greater the output power.
  • the MCU control chip collects the feedback data through the ADC converter, and is processed by the control algorithm to adjust the data in the PWM register, and the PWM output port of the MCU control chip outputs the pulse width signal of the corresponding duty ratio. This completes the hardware circuit of the PWM, reducing the cost of the hardware.

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Abstract

一种全数字化气保焊机的控制方法及其装置。该方法包括提供一给定信号、一焊机输出电压信号以及一原边电流信号给一控制模块,该控制模块经过数字运算处理后得到一驱动焊机逆变电路工作的PWM驱动信号。采用控制模块对给定信号、电流信号以及电压信号进行采集和处理后输出一定占空比的PWM驱动信号,简化了PWM控制的硬件电路,即降低了成本。

Description

一种全数字化气保焊机的控制方法及其装置
【技术领域】
本发明涉及焊接技术领域,特别涉及一种全数字化气保焊机的控制方 法及其装置。
【背景技术】
目前,我国少数焊接设备厂商也有数字化焊接电源的推出,但大多数 都只是将单片机技术用于人机界面,根本谈不上数字化控制,且能将 MUC 和 DSP数字处理技术用于弧焊过程控制的可谓凤毛麟角, 而且缺少真正 的焊接工艺专家系统、焊接过程数据采集分析、焊接模型建立和算法理论 支撑, 技术水平尚处于低级状态。 因此, 未来我国焊接行业将逐步与国际 接轨, 朝着逆变化、 自动化、 专业化、 数字化方向发展, 进一步适应焊接 应用需求。
而在国外焊接设备厂商推出的数字气保焊机主要是以下二种:一是如 松下 YD-500EA焊机控制板上的核心控制芯片 MCU, 主要是负责前面板 上的参数调节和存储, 以及这对不同焊丝、 不同规范给出的燃弧 /短路判 断点, 以及不同的短路电流波形, 实现焊接规范的一体化; 另一个是如福 尼斯的数字焊机 TPS5000, 采用的电路一般为 MCU+DSP+CPLD结构, 其中: 单片机(MCU ) 负责人机界面和不同焊材的焊接参数专家系统, DSP负责控制算法处理; CPLD负责 PWM的形成和保护, 送丝机采用光 栅测速, 由软件实现速度闭环反馈和力矩闭环反馈。
但是, 总的来说, 现有技术的缺点在于以下几个方面:
1、 现有的数字化气保焊控制将人机界面、 焊接参数专家系统、 控制 算法处理、 PWM波形形成和送丝机控制是由不同功能芯片进行控制的, 造成控制电路的复杂化。
2、 由于现有的气保焊短路过渡的焊缝成形技术飞溅大小主要是由液 桥爆断的能量决定的, 减低短路电流上升率, 将会减低飞溅, 电感 L较小 时, 短路电流峰值和上升率大, 飞溅大, 当电感量合适时, 飞溅小, 焊缝 的成形只要由短路和燃弧能量比决定的, 合适的电感量可获得优良的焊 缝。但是这几种条件对电感量的要求是相互矛盾的,传统焊接设备的铁磁 电感只适用某一直径焊丝的某一段电流区间;而逆变焊机的电子电抗器法 要实现对焊接电流、 电压、 功率的数据变换处理, 让焊接过程可控, 因此
PID算法处理更为复杂, 模拟控制电路过于复杂, 动态响应速度慢。 【发明内容】
为了克服现有技术中存在因控制方法和控制电路复杂而导致成本升 高的技术问题,本发明的第一目的在于提供一种全数字化气保焊机的控制 方法。
本发明的第二目的在于提供一种全数字化气保焊机的控制装置。 一方面, 本发明为实现上述第一目的所采用的技术方案是: 一种全数字化气保焊机的控制方法, 该方法包括提供一给定信号、一 焊机输出电压信号以及一原边电流信号给一控制模块,该控制模块经过数 字运算处理后得到一驱动焊机逆变电路工作的 PWM驱动信号。
根据本发明的一优选实施例:所述控制模块的数字运算处理采用恒定 功率运算, 具体为:
当原边电流增大时, 其所反馈的原边电流信号也增大, 此时焊机输出 电压降低, 焊机输出功率值未达到控制模块内部设定的最大功率值, 则控 制模块输出的 PWM驱动信号的脉宽不收窄, 此时焊机输出功率为增大; 当原边电流减小时, 其所反馈的原边电流信号也减小, 此时焊机输出 电压升高, 焊机输出功率值超过控制模块内部设定的最大功率值, 则控制 模块输出的 PWM驱动信号的脉宽收窄, 即控制原边电流回到原来状态, 此时焊机输出功率减少。
根据本发明的一优选实施例: 所述控制模块包括 ADC转换器、 PWM 寄存器以及 PWM输出端口, 该控制模块通过 ADC转换器采集和处理给 定信号、 焊机输出电压信号以及原边电流信号, 并调整 PWM寄存器中的 数据, 再通过 PWM输出端口输出相应占空比的 PWM驱动信号驱动焊机 的逆变电路工作。
根据本发明的一优选实施例:所述给定信号为一频率以及占空比可变 的数字交替方波脉沖信号。
根据本发明的一优选实施例:所述控制模块输出的 PWM驱动信号还 经信号放大处理后驱动焊机的逆变电路工作。
根据本发明的一优选实施例: 所述控制模块还与焊机的送丝机构连 接, 用于驱动该送丝机构动作。
另一方面, 本发明为实现上述第二目的所采用的一个技术方案是: 一种全数字化气保焊机的控制装置, 包括控制模块, 以及与控制模块 连接的用于提供一给定信号的信号给定电路、提供一焊机输出电压信号的 电压采样电路和提供一原边电流信号的电流采样电路,且所述控制模块还 与焊机的逆变电路连接。
根据本发明的一优选实施例:所述电流采样电路与焊机的逆变电路连 接, 所述电压采样电路与焊机的整流电路连接。
根据本发明的一优选实施例: 所述控制模块包括依次连接的 ADC转 换器、 PWM寄存器和 PWM输出端口, 且所述 ADC转换器分别与信号 给定电路、 电压采样电路以及电流采样电路连接, 所述 PWM输出端口与 焊机的逆变电路连接。
根据本发明的一优选实施例:还包括连接所述控制模块与逆变电路的 信号放大电路。
根据本发明的一优选实施例:还包括与所述控制模块连接的焊机的送 丝机构。
根据本发明的一优选实施例:所述信号放大电路主要包括第一至第六 三极管、 第一和第二贴片场管、 驱动变压器、 贴片电阻和贴片电容, 所述 第二和第五三极管的基极分别与控制模块的 PA9和 PA8引脚连接; 所述 第二三极管的集电极分别连接第一和第三三极管的基极,第二三极管的发 射极与第三三极管的集电极均接地,所述第一三极管的集电极和发射极均 经第一贴片场管的 P管与驱动变压器的原边一端连接,所述第三三极管的 发射极经第一贴片场管的 N管与驱动变压器的原边一端连接; 所述第五 三极管的集电极分别连接第四和第六三极管的基极,第五三极管的发射极 与第六三极管的集电极均接地,所述第四三极管的集电极和发射极均经第 二贴片场管的 P管与贴片电阻的一端连接,所述第六三极管的发射极经第 二贴片场管的 N管与贴片电阻的一端连接, 所述贴片电阻的另一端与驱 动变压器的原边另一端连接, 且所述贴片电容与贴片电阻并联。
根据本发明的一优选实施例: 所述电流采样电路主要包括电流互感 器、 第一至第四二极管、 第一至第四电阻, 且所述电流互感器分别经第一 至第四二极管以及第一至第四电阻后与控制模块的 PA0-WKUP 引脚连 接。
根据本发明的一优选实施例: 还包括稳压二极管以及第一 TVS二极 管, 所述稳压二极管的阴极以及第一 TVS二极管的阴极均与控制模块的 PA0-WKUP引脚连接, 且稳压二极管的阳极以及第一 TVS二极管的阳极 均接地。
根据本发明的一优选实施例:所述电压采样电路主要包括第一和第二 取样电阻、第一和第二运算放大器以及光耦, 所述第二取样电阻经第一取 样电阻连接第一运算放大器输入端正极,所述第一运算放大器输出端经光 耦连接第二运算放大器输入端正极,且该第二运算放大器输出端与控制模 块的 PA5和 PA6引脚。
根据本发明的一优选实施例:还包括第二 TVS二极管,所述第二 TVS 二极管的阴极与控制模块的 PA5引脚连接, 阳极接地。
根据本发明的一优选实施例: 还包括人机界面,且所述信号给定电路 集成于所述人机界面中。
相对于现有技术中来说, 本发明的有益效果为: 采用控制模块对给定 信号、 电流信号以及电压信号进行采集和处理后输出一定占空比的 PWM 驱动信号, 筒化了 PWM控制的硬件电路, 即降低了成本。
【附图说明】
图 1. 是本发明的实施例所述的全数字化气保焊机的控制方法流程 图;
图 2. 是本发明的实施例所述的全数字化气保焊机的控制装置框架 图;
图 3. 是本发明的实施例所述的全数字化气保焊机的控制装置电路 图。
附图标记说明: 10、 人机界面, 20、 控制模块, 30、 信号放大电路, 40、 焊机, 110、 信号给定电路, 210、 ADC转换器, 220、 PWM寄存器, 230、 PWM输出端口, 410、 整流电路, 420、 逆变电路, 430、 送丝机构, 440、 电流采样电路, 450、 电压采样电路。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
实施例一
参阅图 1所示, 本实施例提供一种全数字化气保焊机的控制方法, 其 总体构思在于: 该方法包括提供一给定信号、一焊机输出电压信号以及一 原边电流信号给一控制模块,该控制模块经过数字运算处理后得到一驱动 焊机逆变电路工作的 PWM驱动信号。
具体的,控制模块的数字运算处理采用恒定功率运算, 其实通过对开 关变压器原边电流互感器数据、 和输出电压数据采集, 实现对焊接电流、 电压、 功率的数据变换处理, 及给定不变时而焊机输出电流因负载变化而 改变时。 具体为: 当原边电流增大时, 其所反馈的原边电流信号也增大, 此时焊机输出电压降低,焊机输出功率值未达到控制模块内部设定的最大 功率值, 则控制模块输出的 PWM驱动信号的脉宽不收窄, 此时焊机输出 功率为增大; 当原边电流减小时, 其所反馈的原边电流信号也减小, 此时 焊机输出电压升高, 焊机输出功率值超过控制模块内部设定的最大功率 值, 则控制模块输出的 PWM驱动信号的脉宽收窄, 即控制原边电流回到 原来状态, 此时焊机输出功率减少。
较佳的,控制模块主要包括 ADC转换器、 PWM寄存器以及 PWM输 出端口, 本实施例中控制模块选用型号为 STM32F103C8T6的 MCU控制 芯片; 这样信号的具体采集和处理过程为: 该 MCU控制芯片通过 ADC 转换器采集和处理给定信号、焊机输出电压信号以及原边电流信号, 并调 整 PWM寄存器中的数据,再通过 PWM输出端口输出相应占空比的 PWM 驱动信号驱动焊机的逆变电路工作。
上述的给定信号一般是焊机 40前面板编码器产生的一个数字交替方 波脉沖信号, 编码器旋转的速度和方向不一样, 产生的脉沖信号的频率和 占空比也会变化。控制模块通过脉沖信号的变化来进行判断运算,从而产 生一个控制模块内部的给定信号。 即如果没有该给定信号, 整个焊机则不 会有输出。
一般的, 为了更好的实现对焊机逆变电路的驱动, 控制模块输出的
PWM驱动信号还经信号放大处理后驱动焊机的逆变电路工作。 同时该控 制模块还与焊机的送丝机构连接,用于驱动该送丝机构动作。而给定信号、 焊机输出电压信号以及原边电流信号的获取均可通过一集成该三项功能 的人机界面来实现。 即此时, 控制模块同时参与人机界面、 焊接参数专家 系统、 控制算法处理、 PWM波形形成和送丝机控制。
实施例二
参阅图 2和图 3所示,本实施例提供一种全数字化气保焊机的控制装 置, 其总体构思在于: 包括控制模块 20, 以及与控制模块 20连接的用于 提供一给定信号的信号给定电路 110、 提供一焊机输出电压信号的电压采 样电路 450和提供一原边电流信号的电流采样电路 440, 且控制模块 20 还与焊机的逆变电路 420连接; 而电流采样电路 440与焊机 40的逆变电 路 420连接, 电压采样电路 450与焊机 40的整流电路 410连接。 且信号 给定电路 110可以集成于一个人机界面 10中。
较佳的, 控制模块 20主要包括依次连接的 ADC转换器 210、 PWM 寄存器 220和 PWM输出端口 230, 且 ADC转换器 210分别与信号给定 电路 110、 电压采样电路 450以及电流采样电路 440连接, PWM输出端 口 230与焊机的逆变电路 420连接, 本实施例中控制模块 20选用型号为 STM32F103C8T6的 MCU控制芯片。 同时本实施例还可包括连接控制模 块 20与逆变电路 420的信号放大电路 30, 该信号放大电路 30用于对控 制模块 20中 PWM输出端口 230输出的 PWM信号进行放大并输出至焊 机的逆变电路中。
同时, 该控制装置还包括与控制模块 20连接的送丝机构 430, 亦是 送丝机构的速度闭环控制,主要通过送丝机构工作时的反馈电流信号输入 控制模块 20 (即 MCU控制芯片 ) 的 PA11引脚和送丝机构转速信号输入 MCU控制芯片的 PA4脚以及人机界面 10给定的送丝速度,经过 MCU控 制芯片数字化处理后由 MCU控制芯片的 PA1、 PA10输出相对应的控制 信号来控制送丝机构 430的送丝速度。
具体的, 信号放大电路 30 主要包括第一至第六三极管 (Q10、 Q13-Q17 ), 第一和第二贴片场管 (U12、 U14 )、 驱动变压器 T3、 贴片电 阻 R78和贴片电容 C66, 其中: 第二和第五三极管 (Q13、 Q16 ) 的基极 分别与控制模块 20的 PA9和 PA8引脚连接;第二三极管 Q13的集电极分 别连接第一和第三三极管 (Q10、 Q14 ) 的基极, 第二三极管 Q13的发射 极与第三三极管 Q14的集电极均接地, 第一三极管 Q10的集电极和发射 极均经第一贴片场管 U12的 P管与驱动变压器 T3的原边一端连接,第三 三极管 Q14的发射极经第一贴片场管 U12的 N管与驱动变压器 T3的原 边一端连接;第五三极管 Q16的集电极分别连接第四和第六三极管(Q15、 Q17 ) 的基极, 第五三极管 Q16的发射极与第六三极管 Q17的集电极均 接地, 第四三极管 Q15的集电极和发射极均经第二贴片场管 U14的 P管 与贴片电阻 R78的一端连接, 第六三极管 Q17的发射极经第二贴片场管 U14的 N管与贴片电阻 R78的一端连接, 贴片电阻 R78的另一端与驱动 变压器 T3的原边另一端连接, 且贴片电容 C66与贴片电阻 R78并联。
该信号放大电路 30具体实现信号放大的原理为: 当控制模块 20 (即 MCU控制芯片)的 PA9引脚输出高电位时, PA8引脚输出低电位。该 PA9 引脚输出的高电位使第二三极管 Q13导通, 将第一和第三三极管 (Q10、 Q14 ) 的基极电位拉低, 进而使第一三极管 Q10截止、 第三三极管 Q14 导通。 从而使第一贴片场管 U12的 P管导通、 N管截止。 此时控制模块 20 (即 MCU控制芯片) 的 PA8引脚输出低电位使第五三极管 Q16截止, 而第四和第六三极管 (Q15、 Q17 ) 的基极为高电位, 使第四三极管 Q15 导通、 第六三极管 Q17截止。 从而使第二贴片场管 U14的 P管截止、 N 管导通。 而 DC+15V通过第一贴片场管 U12的 P管、 驱动变压器 T3、 贴 片电阻 R78、 贴片电容 C66、 第二贴片场管 U14的 N管, 形成驱动的一 条回路, 构成半个周期的驱动。 而另外半个周期的驱动原理同上, 仅是控 制模块 20 (即 MCU控制芯片 ) 的 PA9引脚输出低电位, PA8引脚输出 高电位,从而使 DC+15V先通过第二贴片场管 U14的 P管、贴片电阻 R78、 贴片电容 C66、 驱动变压器 T3、 再到第一贴片场管 U12的 Ν管到地, 形 成驱动的一条回路, 构成另外半个周期的驱动。 这样, PWM控制信号经 过信号放大电路的处理后来驱动驱动变压器 T3 , 最终驱动焊机的逆变电 路 420中的单管 IGBT的导通与关断, 来实现焊机的一个逆变过程。
具体的, 电流采样电路 440主要包括电流互感器、第一至第四二极管 ( D29-D32 ), 第一至第四电阻(R89-R92 ), 且电流互感器分别经第一至 第四二极管 (D29-D32 ) 以及第一至第四电阻(R89-R92 )后与控制模块 20的 PA0-WKUP引脚连接。 且为了对电流采样电路 440中的尖峰电压进 行吸收, 该电流采样电路 440还包括稳压二极管 D33以及第一 TVS二极 管 D45, 且稳压二极管 D33的阴极以及第一 TVS二极管 D45的阴极均与 控制模块 20的 PA0-WKUP引脚连接, 稳压二极管 D33的阳极以及第一 TVS二极管 D45的阳极均接地。
此时,电流反馈信号是由电流互感器将采样得到的原边电流信号经过 第一至第四二极管 (D29-D32 )及第一至第四电阻(R89-R92 )处理后直 接输入控制模块 20 (即 MCU控制芯片) 的 PA0-WKUP脚。
具体的,电压采样电路 450主要包括第一和第二取样电阻( R52.R53 )、 第一和第二运算放大器(U6、 U9 ) 以及光耦 U7, 第二取样电阻 R53经第 一取样电阻 R52连接第一运算放大器 U6输入端正极, 第一运算放大器 U6输出端经光耦 U7连接第二运算放大器 U9输入端正极,且该第二运算 放大器 U9输出端与控制模块 20的 PA5和 PA6引脚。 同理, 为了对电压 采样电路 450 中的尖峰电压进行吸收, 该电压采样电路 450还包括第二 TVS二极管 D34, 且第二 TVS二极管 D34的阴极与控制模块 20的 PA5 引脚连接, 阳极接地。
此时, 电压反馈信号是焊机输出电压的取样, 其取样方法是通过第一 和第二取样电阻(R52、 R53 )将输出电压值等比缩小后通过第一运算放 大器 U6跟随, 再由光耦 U7隔离后将 1: 1的信号再次经过第二运算放大 器 U9跟随后将焊机的输出电压信号输入控制模块 20(即 MCU控制芯片 ) 的 PA5、 PA6引脚。
而本发明的全数字化气保焊机的控制装置的总的原理即为:
首先, 电流采样电路 440 将采集到的一个电流反馈信号给控制模块 20 (即 MCU控制芯片) 的 PA0-WKUP脚, 电压采样电路 450将采集到 的一个电压反馈信号经过光耦 U7隔离将取样信号给控制模块 20(即 MCU 控制芯片) 的 PA5、 PA6脚, 同时人机界面 10中的信号给定电路 110也 给控制模块 20 (即 MCU控制芯片 )一个给定信号。 然后, 在控制模块 20 (即 MCU控制芯片 )内部将这 3个信号进行运算处理, 使控制模块 20 (即 MCU控制芯片) 的 PA8、 PA9引脚输出 2个脉宽大小一致但是相位 相反的 PWM波形, 再经过信号放大电路 30的处理后来驱动该驱动变压 器 T3, 最终驱动焊机 40的逆变电路 420中的单管 IGBT的导通与关断, 来实现焊机 40的一个逆变过程, 以及控制焊机 40的输出电压和电流,且 在逆变电路 420逆变后再通过整流电路 410了整个焊机 40的逆变过程。
总的来说, 本发明的优点在于:
1 )、 电流、 电压采样电路中使用稳压二极管和 TVS二极管对采样得 到的尖峰电压进行吸收,且 MCU控制芯片的运算处理使用恒功率来计算, 来解决焊接过程中短路输出能量过大的问题。
2 )、 MCU控制芯片对通过对检测回来的数据处理, 不同的误差范围 采用不同的 PD控制, 即随着焊机中的给定电流大小的变化, 通过采样得 到的输出电流、 电压的变化, 控制模块控制算法分段处理, 从而使焊机的 输出功率随给定大小而变化。 也就是给定越大, 输出功率也越大。 再通过 分离积分, 让电源快速更随和响应, 让焊接过程可控。
3 )、 MCU控制芯片通过 ADC转换器采集反馈数据, 经过控制算法 处理, 调整 PWM寄存器中的数据, 由 MCU控制芯片的 PWM输出端口 输出相应占空比的脉宽信号。 这样筒化了 PWM的硬件电路, 降低了硬件 的成本。
上述详细描述仅是示范性描述,本领域技术人员在不脱离本发明所保 护的范围和精神的情况下, 可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。

Claims

权 利 要 求
1、 一种全数字化气保焊机的控制方法, 其特征在于: 该方法包括提 供一给定信号、 一焊机输出电压信号以及一原边电流信号给一控制模块, 该控制模块经过数字运算处理后得到一驱动焊机逆变电路工作的 PWM 驱动信号。
2、 根据权利要求 1所述的全数字化气保焊机的控制方法, 其特征在 于: 所述控制模块的数字运算处理具体为: 当原边电流增大时, 其所反馈的原边电流信号也增大, 此时焊机输出 电压降低, 焊机输出功率值未达到控制模块内部设定的最大功率值, 则控 制模块输出的 PWM驱动信号的脉宽不收窄, 此时焊机输出功率为增大; 当原边电流减小时, 其所反馈的原边电流信号也减小, 此时焊机输出 电压升高, 焊机输出功率值超过控制模块内部设定的最大功率值, 则控制 模块输出的 PWM驱动信号的脉宽收窄, 即控制原边电流回到原来状态, 此时焊机输出功率减少。
3、 根据权利要求 1所述的全数字化气保焊机的控制方法, 其特征在 于: 所述控制模块包括 ADC转换器、 PWM寄存器以及 PWM输出端口, 该控制模块通过 ADC转换器采集和处理给定信号、 焊机输出电压信号以 及原边电流信号, 并调整 PWM寄存器中的数据, 再通过 PWM输出端口 输出相应占空比的 PWM驱动信号驱动焊机的逆变电路工作。
4、 根据权利要求 1所述的全数字化气保焊机的控制方法, 其特征在 于: 所述给定信号为一频率以及占空比可变的数字交替方波脉沖信号。
5、 根据权利要求 1所述的全数字化气保焊机的控制方法, 其特征在 于:所述控制模块输出的 PWM驱动信号还经信号放大处理后驱动焊机的 逆变电路工作。
6、 根据权利要求 1所述的全数字化气保焊机的控制方法, 其特征在 于: 所述控制模块还与焊机的送丝机构连接, 用于驱动该送丝机构动作。
7、 一种实现如权利要求 1所述全数字化气保焊机的控制方法的全数 字化气保焊机的控制装置, 其特征在于: 包括控制模块(20), 以及与控 制模块( 20 )连接的用于提供一给定信号的信号给定电路( 110 )、 提供一 焊机输出电压信号的电压采样电路(450)和提供一原边电流信号的电流 采样电路( 440 ),且所述控制模块( 20 )还与焊机( 40 )的逆变电路( 420 ) 连接。
8、 根据权利要求 7所述的全数字化气保焊机的控制装置, 其特征在 于: 所述电流采样电路 (440)与焊机(40)的逆变电路 (420)连接, 所 述电压采样电路 (450) 与焊机(40) 的整流电路 (410)连接。
9、 根据权利要求 8所述的全数字化气保焊机的控制装置, 其特征在 于: 所述控制模块(20) 包括依次连接的 ADC转换器(210)、 PWM寄 存器(220)和 PWM输出端口 (230), 且所述 ADC转换器(210)分别 与信号给定电路(110)、 电压采样电路 (450) 以及电流采样电路 (440) 连接, 所述 PWM输出端口 (230)与焊机的逆变电路 (420)连接。
10、根据权利要求 9所述的全数字化气保焊机的控制装置, 其特征在 于: 还包括连接所述控制模块(20) 与逆变电路(420) 的信号放大电路
(30)。
11、根据权利要求 9所述的全数字化气保焊机的控制装置, 其特征在 于: 还包括与所述控制模块(20)连接的焊机的送丝机构 (430)。
12、 根据权利要求 10所述的全数字化气保焊机的控制装置, 其特征 在于: 所述信号放大电路(30 ) 主要包括第一至第六三极管 (Q10、 Q13-Q17), 第一和第二贴片场管(U12、 U14 )、 驱动变压器(T3)、 贴片 电阻(R78)和贴片电容(C66), 所述第二和第五三极管 (Q13、 Q16 ) 的基极分别与控制模块(20) 的 PA9和 PA8引脚连接; 所述第二三极管
(Q13) 的集电极分别连接第一和第三三极管 (Q10、 Q14) 的基极, 第 二三极管 (Q13) 的发射极与第三三极管 (Q14) 的集电极均接地, 所述 第一三极管 (Q10) 的集电极和发射极均经第一贴片场管 (U12) 的 P管 与驱动变压器(T3)的原边一端连接, 所述第三三极管(Q14)的发射极 经第一贴片场管(U12)的 N管与驱动变压器(T3)的原边一端连接; 所 述第五三极管 (Q16) 的集电极分别连接第四和第六三极管 (Q15、 Q17) 的基极, 第五三极管 (Q16) 的发射极与第六三极管 (Q17) 的集电极均 接地,所述第四三极管( Q15 )的集电极和发射极均经第二贴片场管( U14 ) 的 P管与贴片电阻(R78) 的一端连接, 所述第六三极管 (Q17) 的发射 极经第二贴片场管 (U14) 的 N管与贴片电阻(R78) 的一端连接, 所述 贴片电阻(R78) 的另一端与驱动变压器(T3) 的原边另一端连接, 且所 述贴片电容(C66)与贴片电阻(R78) 并联。
13、根据权利要求 9所述的全数字化气保焊机的控制装置, 其特征在 于: 所述电流采样电路(440)主要包括电流互感器、 第一至第四二极管
(D29-D32), 第一至第四电阻(R89-R92), 且所述电流互感器分别经第 一至第四二极管 (D29-D32) 以及第一至第四电阻(R89-R92)后与控制 模块( 20 ) 的 PA0-WKUP引脚连接。
14、 根据权利要求 13所述的全数字化气保焊机的控制装置, 其特征 在于: 还包括稳压二极管 (D33) 以及第一 TVS二极管 (D45), 所述稳 压二极管(D33)的阴极以及第一 TVS二极管(D45)的阴极均与控制模 块(20) 的 PA0-WKUP 引脚连接, 且稳压二极管 (D33) 的阳极以及第 一 TVS二极管 (D45) 的阳极均接地。
15、根据权利要求 9所述的全数字化气保焊机的控制装置, 其特征在 于: 所述电压采样电路(450)主要包括第一和第二取样电阻(R52、 R53)、 第一和第二运算放大器(U6、 U9) 以及光耦(U7), 所述第二取样电阻
(R53)经第一取样电阻(R52)连接第一运算放大器(U6)输入端正极, 所述第一运算放大器( U6 )输出端经光耦 ( U7 )连接第二运算放大器( U9 ) 输入端正极, 且该第二运算放大器( U9 )输出端与控制模块( 20 )的 PA5 和 PA6引脚。 16、 根据权利要求 15所述的全数字化气保焊机的控制装置, 其特征 在于: 还包括第二 TVS二极管 (D34), 所述第二 TVS二极管 (D34) 的 阴极与控制模块(20) 的 PA5引脚连接, 阳极接地。
17、根据权利要求 7所述的全数字化气保焊机的控制装置, 其特征在 于: 还包括人机界面(10), 且所述信号给定电路(110)集成于所述人机 界面 (10) 中。
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