專利名稱：一種埋弧焊接控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種埋弧焊焊接送絲控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是由dsPIC 30F系列單片機(jī)控制的具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能的送絲控制器。
背景技術(shù)：
目前在埋弧焊鋼管制造企業(yè)，同時(shí)需要2-10絲焊接，以提高金屬熔敷率和焊接速度。焊接速度達(dá)到1.8米/分鐘以上，單絲電流達(dá)到1500A以上。質(zhì)量管理部門要求能對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行記錄和控制?？蛻魧?duì)焊接質(zhì)量要求幾乎苛刻，因此對(duì)焊接設(shè)備提出更高要求。通過調(diào)查得知現(xiàn)有送絲控制技術(shù)以SCR功率器件做成的可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器為主，方向切換使用繼電器或變換勵(lì)磁方向，電流沖擊大。一般沒有能耗制動(dòng)功能，只能工作在I和 "I象限，速度變化率低。硬件由多塊電路板完成邏輯和模擬控制，結(jié)構(gòu)復(fù)雜故障多、穩(wěn)定性差。生產(chǎn)線一般由多個(gè)焊接控制箱組成的焊接系統(tǒng)，操作十分復(fù)雜、不友好。因此，實(shí)現(xiàn)送絲控制技術(shù)的全數(shù)字化，可實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)及回饋功能、沖擊小、送絲機(jī)力矩輸出穩(wěn)定，并可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊功能的埋弧焊接控制器是目前急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種埋弧焊接控制器，采用全橋驅(qū)動(dòng)技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)；可實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)及回饋功能、沖擊小、送絲機(jī)力矩輸出穩(wěn)定，并可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊功能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種埋弧焊接控制器，包括單片機(jī)、焊接電壓電流隔離變換調(diào)理電路、整流單元、 多組隔離電源、母線電壓檢測單元、母線電壓調(diào)節(jié)單元、全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元、電樞電壓電流采樣電路、電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元、功率接口 ；所述的單片機(jī)通過功率接口分別與母線電壓調(diào)節(jié)單元、母線電壓檢測單元、全橋 PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元、電樞電壓電流采樣電路、電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元、及焊接電壓電流隔離變換調(diào)理電路相連接，通過檢測焊接電壓電流信號(hào)、勵(lì)磁電流信號(hào)、電樞電壓電流信號(hào)、母線電壓信號(hào)，同時(shí)控制PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速大小、轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制；來自焊機(jī)的IlOV交流電經(jīng)整流單元整流變成直流電，直流電分為三路一路給直流電機(jī)供電，一路變換成多組低壓隔離電源，為各低壓單元器件供電；還有一路為勵(lì)磁電源；整流后的電信號(hào)經(jīng)電壓檢測單元、全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元、電樞電壓電流采樣電路輸入電機(jī)，由全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、正反轉(zhuǎn)的控制；直流電機(jī)與電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元相連接；通過焊接電壓及焊接電流隔離變換調(diào)理電路，得到焊接電壓信號(hào)及焊接電流信號(hào)，該信號(hào)輸入給單片機(jī)，由單片機(jī)通過功率接口將控制信號(hào)傳遞給全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元，由全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，該閉環(huán)控制構(gòu)成焊接電壓、電流控制環(huán)；全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元的輸出端設(shè)有電樞電壓電流采樣電路，電樞電壓電流采樣電路檢測全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出的PWM脈寬驅(qū)動(dòng)電流電壓信號(hào)，該信號(hào)通過功率接口輸入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)置的DSP數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行處理，將控制信號(hào)輸出至全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元，全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)給直流電機(jī)，該閉環(huán)控制構(gòu)成電樞電壓電流控制環(huán)；電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元與電機(jī)相連接，提供穩(wěn)定的勵(lì)磁電流，保證送絲機(jī)力矩穩(wěn)定；電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元通過勵(lì)磁電流檢測電阻發(fā)出電流信號(hào)，該電流信號(hào)通過功率接口傳輸至單片機(jī)，由單片機(jī)發(fā)控制信號(hào)經(jīng)功率接口傳遞給電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元，構(gòu)成電機(jī)勵(lì)磁控制環(huán)；母線電壓檢測單元對(duì)經(jīng)整流后的母線電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并將采樣得到的模擬信號(hào)輸入單片機(jī)；由單片機(jī)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，然后通過單片機(jī)內(nèi)置的 DSP數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理得到電壓調(diào)節(jié)信號(hào)，該電壓調(diào)節(jié)信號(hào)輸入母線電壓調(diào)節(jié)單元，通過分壓電阻實(shí)現(xiàn)母線電壓的精確控制及能耗制動(dòng)。該控制器還包括通訊接口，所述的通訊接口集成Modbus通訊功能，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)焊接控制器聯(lián)網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)通訊。所述的單片機(jī)設(shè)有隔離、抗干擾的焊機(jī)隔離接口。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1、采用dsPIC30F系列單片機(jī)，抗干擾能力強(qiáng)，具有DSP數(shù)字處理器，完善的電機(jī)驅(qū)
動(dòng)接口。2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)，含有母線電壓調(diào)節(jié)單元，在電機(jī)工作在高電壓時(shí)可實(shí)現(xiàn)該電壓的泄放，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制。3、含有電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元，減少電網(wǎng)波動(dòng)的影響，保證運(yùn)行穩(wěn)定。4、與電焊機(jī)接口做到全隔離，抗干擾性強(qiáng)；送絲控制器與送絲電機(jī)功率部分不隔離，降低造價(jià)。5、采用集成IXD點(diǎn)陣顯示屏，方便進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)查看。6、采用Modbus協(xié)議功能，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)焊接控制器進(jìn)行組網(wǎng)通訊，并可進(jìn)行上位機(jī)檢測和控制。7、本發(fā)明提供的埋弧焊接控制器，便于廠家集成做成焊接控制箱、焊接控制臺(tái)等。8、系統(tǒng)適于最常用的焊機(jī)電源和直流送絲機(jī)頭，便于生產(chǎn)線配套、老系統(tǒng)數(shù)字化升級(jí)改造。9、由于所有器件全部集成在控制器內(nèi)，體積小巧，造價(jià)低廉，便于替換維護(hù)，沒有外面儀表也可工作，便于設(shè)備制造廠集成應(yīng)用。10、焊接控制器內(nèi)部有幾十個(gè)參數(shù)，可靈活設(shè)置控制特性和邏輯方式，如弧壓控制弓丨弧或弧壓、電流控制引弧，送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)特性調(diào)整等。


圖1是埋弧焊接控制器的系統(tǒng)硬件框圖；圖2是焊接電壓隔離變換調(diào)理電路圖；圖3是焊接電流隔離變換調(diào)理電路圖；圖4是電樞電壓采樣電路圖；
圖5是電樞電流采樣電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。見圖1，一種埋弧焊接控制器，包括單片機(jī)、焊接電壓電流隔離變換調(diào)理電路、整流單元、多組隔離電源、母線電壓檢測單元、母線電壓調(diào)節(jié)單元、全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元、電樞電壓電流采樣電路、電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元、功率接口。所述的單片機(jī)通過功率接口分別與母線電壓調(diào)節(jié)單元、母線電壓檢測單元、全橋 PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元、電樞電壓電流采樣電路、電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元、及焊接電壓電流隔離變換調(diào)理電路相連接，通過檢測焊接電壓電流信號(hào)、勵(lì)磁電流信號(hào)、電樞電壓電流信號(hào)、母線電壓信號(hào)及PWM脈寬驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速大小、轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制。來自焊機(jī)的IlOV交流電經(jīng)整流單元整流變成直流電，直流電分為三路一路給直流電機(jī)供電，一路變換成多組低壓隔離電源，為各低壓單元器件供電；還有一路為勵(lì)磁電源；整流后的電信號(hào)經(jīng)電壓檢測單元、全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元、電樞電壓電流采樣電路輸入電機(jī)，由全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、正反轉(zhuǎn)的控制；直流電機(jī)與電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元相連接。通過焊接電壓及焊接電流隔離變換調(diào)理電路，得到焊接電壓信號(hào)及焊接電流信號(hào)，該信號(hào)輸入給單片機(jī)，由單片機(jī)通過功率接口將控制信號(hào)傳遞給全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元，由全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，該閉環(huán)控制構(gòu)成焊接電壓、電流控制環(huán)。全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元的輸出端設(shè)有電樞電壓電流采樣電路，電樞電壓電流采樣電路檢測全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出的PWM脈寬驅(qū)動(dòng)電流電壓信號(hào)，該信號(hào)通過功率接口輸入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)置的DSP數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行處理，將控制信號(hào)輸出至全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元，全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)給直流電機(jī)，該閉環(huán)控制構(gòu)成電樞電壓電流控制環(huán)。電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元與電機(jī)相連接，提供穩(wěn)定的勵(lì)磁電流，保證送絲機(jī)力矩穩(wěn)定；電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元通過勵(lì)磁電流檢測電阻發(fā)出電流信號(hào)，該電流信號(hào)通過功率接口傳輸至單片機(jī)，由單片機(jī)發(fā)控制信號(hào)經(jīng)功率接口傳遞給電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元，構(gòu)成電機(jī)勵(lì)磁控制環(huán)。母線電壓檢測單元對(duì)經(jīng)整流后的母線電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并將采樣得到的模擬信號(hào)輸入單片機(jī)；由單片機(jī)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，然后通過單片機(jī)內(nèi)置的 DSP數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理得到電壓調(diào)節(jié)信號(hào)，該電壓調(diào)節(jié)信號(hào)輸入母線電壓調(diào)節(jié)單元，通過分壓電阻實(shí)現(xiàn)母線電壓的精確控制及能耗制動(dòng)；母線電壓調(diào)節(jié)單元的作用是在焊機(jī)工作工程中，產(chǎn)生瞬時(shí)的高電壓時(shí)將高電壓泄放掉，起到保護(hù)作用。該控制器還包括通訊接口，所述的通訊接口集成Modbus通訊功能，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)焊接控制器聯(lián)網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)通訊。所述的單片機(jī)設(shè)有隔離、抗干擾的焊機(jī)隔離接口。圖2為焊接電壓隔離變換調(diào)理電路圖，該電路主要由隔離放大模塊P1、電容C33、 電位器R50組成，由電阻R45、R57、R52構(gòu)成輸入端分壓電路、由電阻R53、二極管D19構(gòu)成輸出端過壓保護(hù)電路；電容C33接于隔離放大模塊Pl的兩輸出端之間，與電位器R50并聯(lián)。圖3為焊接電流隔離變換調(diào)理電路圖，該電路主要由隔離放大模塊P2、電容C37、 電位器R60組成，由電阻R59、R65、R61構(gòu)成輸入端分壓電路、由電阻R64、二極管擬9構(gòu)成輸出端過壓保護(hù)電路；電容C37接于隔離放大模塊P2的兩輸出端之間，與電位器R60并聯(lián)。該電路可實(shí)現(xiàn)電源、輸入、輸出三隔離，供電MVDC，輸入75mV，輸出10V，頻響5KHz。整個(gè)電路匹配到電壓0-100V輸入/0-5V輸出，電流0_150mV輸入/0-5V輸出，電流取樣分流器150mV/1500A。圖4為電樞電壓采樣電路圖，該電路主要由運(yùn)算放大器TOB、電阻R9、電容C12、鉗位二極管D2組成，放大器U5B輸入的正極端接有電阻R9、電容C12，電阻R9與電容C12并聯(lián)，運(yùn)算放大器U5B的負(fù)極輸入端與輸出端連接；運(yùn)算放大器U5B信號(hào)輸入端設(shè)有由電阻電阻R103、電阻R3、電阻R102、電阻R2構(gòu)成的分壓電路，信號(hào)輸出端設(shè)有保護(hù)電阻R6及電容 C7 ；電容C12和電容C7起濾波作用。圖5為電樞電流采樣電路圖，由電流檢測芯片U13、運(yùn)算放大器U2B、電阻R12、電容C16、電位器R13、電阻R21組成，電流檢測芯片U13接于運(yùn)算放大器的輸入端，在電流檢測芯片U13與運(yùn)算放大器U2B的輸入端之間接有電阻R15、R19，放大器U2B的輸出端接有保護(hù)電阻R16。在運(yùn)算放大器U2B的正極輸入端接有電阻R12，電阻R12分別與電容C16、電位器R13相連接，構(gòu)成基準(zhǔn)電壓的輸入，電容C16起濾波作用；在運(yùn)算放大器U2B的負(fù)極輸入端與輸出端之間接有電阻R21。本發(fā)明的電樞電壓、電流采樣電路可提高檢測精度。電樞電流檢測電路由電流檢測芯片ACS712提供隔離檢測，由運(yùn)算放大器U2B進(jìn)行放大匹配，1/2VCC代表OA電流。電樞檢測電路標(biāo)定為-5A 0 +5A，電壓標(biāo)定-100V 0 +100V。
權(quán)利要求
1.一種埋弧焊接控制器，其特征在于，包括單片機(jī)、焊接電壓電流隔離變換調(diào)理電路、 整流單元、多組隔離電源、母線電壓檢測單元、母線電壓調(diào)節(jié)單元、全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元、 電樞電壓電流采樣電路、電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元、功率接口 ；所述的單片機(jī)通過功率接口分別與母線電壓調(diào)節(jié)單元、母線電壓檢測單元、全橋PWM 脈寬驅(qū)動(dòng)單元、電樞電壓電流采樣電路、電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元、及焊接電壓電流隔離變換調(diào)理電路相連接，通過檢測焊接電壓電流信號(hào)、勵(lì)磁電流信號(hào)、電樞電壓電流信號(hào)、母線電壓信號(hào)，同時(shí)控制PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速大小、轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制；來自焊機(jī)的IlOV交流電經(jīng)整流單元整流變成直流電，直流電分為三路一路給直流電機(jī)供電，一路變換成多組低壓隔離電源，為各低壓單元器件供電；還有一路為勵(lì)磁電源；整流后的電信號(hào)經(jīng)電壓檢測單元、全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元、電樞電壓電流采樣電路輸入電機(jī)， 由全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、正反轉(zhuǎn)的控制；直流電機(jī)與電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元相連接；通過焊接電壓及焊接電流隔離變換調(diào)理電路，得到焊接電壓信號(hào)及焊接電流信號(hào)，該信號(hào)輸入給單片機(jī)，由單片機(jī)通過功率接口將控制信號(hào)傳遞給全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元，由全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，該閉環(huán)控制構(gòu)成焊接電壓、電流控制環(huán)；全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元的輸出端設(shè)有電樞電壓電流采樣電路，電樞電壓電流采樣電路檢測全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出的PWM脈寬驅(qū)動(dòng)電流電壓信號(hào)，該信號(hào)通過功率接口輸入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)置的DSP數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行處理，將控制信號(hào)輸出至全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元，全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)給直流電機(jī)，該閉環(huán)控制構(gòu)成電樞電壓電流控制環(huán)；電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元與電機(jī)相連接，提供穩(wěn)定的勵(lì)磁電流，保證送絲機(jī)力矩穩(wěn)定；電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元通過勵(lì)磁電流檢測電阻發(fā)出電流信號(hào)，該電流信號(hào)通過功率接口傳輸至單片機(jī)，由單片機(jī)發(fā)控制信號(hào)經(jīng)功率接口傳遞給電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元，構(gòu)成電機(jī)勵(lì)磁控制環(huán)；母線電壓檢測單元對(duì)經(jīng)整流后的母線電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并將采樣得到的模擬信號(hào)輸入單片機(jī)；由單片機(jī)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，然后通過單片機(jī)內(nèi)置的DSP 數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理得到電壓調(diào)節(jié)信號(hào)，該電壓調(diào)節(jié)信號(hào)輸入母線電壓調(diào)節(jié)單元，通過分壓電阻實(shí)現(xiàn)母線電壓的精確控制及能耗制動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種埋弧焊接控制電路，其特征在于，該控制電路還包括通訊接口，所述的通訊接口集成Modbus通訊功能，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)焊接控制器聯(lián)網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種埋弧焊接控制電路，其特征在于，所述的單片機(jī)設(shè)有隔離、抗干擾的焊機(jī)隔離接口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種埋弧焊接控制器，包括單片機(jī)、焊接電壓電流隔離變換調(diào)理電路、整流單元、多組隔離電源、母線電壓檢測單元、母線電壓調(diào)節(jié)單元、全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元、電樞電壓電流采樣電路、電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元。單片機(jī)通過功率接口分別與母線電壓調(diào)節(jié)單元、母線電壓檢測單元、全橋PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元、電樞電壓電流采樣電路、電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元、及焊接電壓電流隔離變換調(diào)理電路相連接，通過檢測焊接電壓電流信號(hào)、勵(lì)磁電流信號(hào)、電樞電壓電流信號(hào)，同時(shí)控制PWM脈寬驅(qū)動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速大小、轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制；本發(fā)明采用全橋驅(qū)動(dòng)技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)，沖擊小、送絲機(jī)力矩輸出穩(wěn)定，并可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊功能。
文檔編號(hào)B23K9/095GK102416518SQ201110418499
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者薛守剛 申請(qǐng)人:中冶遼寧德龍鋼管有限公司