專利名稱：一種雙絲mag焊接控制方法及其焊接電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于雙絲MAG焊接的控制方法及其焊接電源，屬于焊接設(shè)備及自動化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙絲MAG焊作為一種可行的高效焊接方法，目前還尚處于發(fā)展階段，大家對這種方法的理解還不完全相同，對一些具體問題的看法還沒有達(dá)成共識。從其工藝的形式來看，現(xiàn)在主要有兩種，一種是同步雙弧(Twin arc)，另一種是獨(dú)立雙弧(Tandem)，這兩種形式的工藝特點(diǎn)有所不同。對于Twin arc系統(tǒng)這種形式，采用兩個完全相同的脈沖焊接電源(也可只使用一個電源)，兩套送絲機(jī)構(gòu)，一個能夠容納兩根焊絲的導(dǎo)電嘴(兩根絲不是相互絕緣的)，共用一個熔池。焊接時，兩個電源輸出脈沖頻率相同，兩個焊絲通過的電流也相同，即兩根絲以相同的速度熔化到熔池中。Twin arc的優(yōu)點(diǎn)就是，利用電弧自身調(diào)節(jié)，兩個電源之間無需協(xié)調(diào)通信控制，系統(tǒng)相對簡單，如圖1所示。但它的缺點(diǎn)也很明顯，比如電弧的可控性差，兩根焊絲間的相互影響力較大，很難精確控制兩根焊絲的熔化及熔滴過渡。而Tandem系統(tǒng)這種形式如圖2所示，也是采用兩臺完全相同的脈沖焊接電源，兩套送絲機(jī)構(gòu)，所不同的是采用兩個互相絕緣的導(dǎo)電嘴，兩電源間通過通信進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使兩臺電源的焊接過程更加迅速和完善。這兩臺電源，脈沖能量恒定，保證在任何電流時，一個脈沖過渡一個熔滴。與Twin arc系統(tǒng)最大的不同就是，Tandem系統(tǒng)可以使兩臺電源分別設(shè)置不同的焊接參數(shù)，相互間可以通過協(xié)調(diào)控制，這樣就可以減小雙絲焊接大電流時電弧之間的相互干擾程度。因此，Tandem焊接方法得到業(yè)界普遍的推崇。然而不論哪種工藝形式，現(xiàn)有產(chǎn)品在電弧穩(wěn)定性和焊縫成形以及相位可控性等方面均不是特別令人滿意，并且飛濺大。究其原因，這是由于采用的逆變電源的控制方法不當(dāng)造成的。
現(xiàn)在的多數(shù)焊接逆變電源的控制方法多采用雙閉環(huán)控制方法，外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，如專利ZL99103518.6中所述。其控制的狀態(tài)量為電流I，對于存在不同焊接狀態(tài)階段的不同焊接方法來說，雖然各個階段控制的電流波形要求不同，但是其反饋量卻均為單一量電流，因此不存在信號切換問題。這種普遍運(yùn)用于逆變焊機(jī)中的控制方法簡稱為雙恒流或多恒流控制方法，如專利03127961.9所述。在脈沖焊接過程中，為保證過渡過程為一脈一滴，其脈沖階段的時間和脈沖電流的大小均保持不變，而是改變脈沖基值時間，因此其頻率是始終變化的。然而對于采用Tandem工藝的雙絲MAG焊接來說，由于焊機(jī)和送絲機(jī)均由兩臺構(gòu)成，為了降低兩臺焊接設(shè)備相互干擾，提高焊接穩(wěn)定性，所以就需要在兩臺焊接設(shè)備間建立起相互協(xié)調(diào)的工作機(jī)制，即應(yīng)該通過協(xié)調(diào)控制的方法，使其穩(wěn)定地工作于預(yù)定的狀態(tài)。因此，當(dāng)兩臺焊機(jī)工作在相對固定的頻率時，普遍運(yùn)用于單絲焊接設(shè)備的雙恒流和多恒流控制方法就表現(xiàn)出其不適應(yīng)性來。而且，即便是采用一些其它辦法能夠控制兩臺焊機(jī)相位關(guān)系固定，也多是限于同相和反相這兩個極端情況，而不能達(dá)到相位任意可調(diào)以適應(yīng)不同的焊接狀況，因此其應(yīng)用受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
基于普遍運(yùn)用于單絲焊接的控制方法和現(xiàn)有的雙絲MAG焊接控制方法的不足，本發(fā)明的目的是采用Tandem工藝，提出一種可以良好控制兩臺焊機(jī)協(xié)調(diào)工作，保證電弧穩(wěn)定性及良好焊縫成型，降低兩電弧的相互干擾的相位可控的雙絲MAG逆變焊接控制方法和相應(yīng)焊接電源。
本發(fā)明所提出的雙絲焊接系統(tǒng)控制方法，其特征在于它是一種將焊接電流反饋和電壓反饋按照預(yù)定的要求分時與相應(yīng)給定信號比較，并通過控制電路控制主電路進(jìn)行焊接，在焊接過程中保證焊接頻率不變，兩臺焊機(jī)保持一定的相位關(guān)系從而保證焊接穩(wěn)定性的方法；該種方法是在具有相互通信的兩臺雙絲焊接電源中分別實(shí)現(xiàn)的。其系統(tǒng)包括主電路部分8和控制電路部分9，其中控制電路部分9又包括核心控制部分A，控制執(zhí)行部分B，外圍設(shè)備控制及執(zhí)行部分C，前面板的輸入及鍵盤/顯示部分D。其中控制電路部分9的輸入包括來源于主電路部分8的焊接電流采樣B1、電壓采樣B2和另一臺焊機(jī)的協(xié)調(diào)控制信號C1，其輸出控制主電路的逆變電路8.3和送絲機(jī)；具體講，它依次主要包括以下步驟1)首先根據(jù)實(shí)際要求，確定焊接參數(shù)包括送絲速度V、峰值電壓Up、峰值時間Tp、頻率F、基值電流Ib、相位關(guān)系DLY；其功能通過前面板的輸入及鍵盤/顯示部分D來實(shí)現(xiàn)；
2)在焊接執(zhí)行時，根據(jù)輸入的頻率F和峰值時間Tp確定出脈沖階段和基值階段對應(yīng)的定時器數(shù)值，并啟動軟件定時器中斷進(jìn)行自動控制轉(zhuǎn)換，使其在脈沖基值階段，輸出的給定信號和采取的反饋信號為電流給定信號和電流反饋信號，即保證電流的恒定；在脈沖峰值階段，輸出的給定信號和采取的反饋信號為電壓給定信號和電壓反饋信號，使焊機(jī)在不同的焊接階段輸出不同的控制信號和給定信號。由此構(gòu)成不同的閉環(huán)控制，從而保證在每臺焊機(jī)頻率恒定的條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定焊接，這是通過控制電路部分9來實(shí)現(xiàn)的。給定A2和切換信號A3按照預(yù)設(shè)參數(shù)，在基值和峰值間同時轉(zhuǎn)換，完成電壓和電流控制；3)在焊接過程中，主焊機(jī)在由基值轉(zhuǎn)換為峰值的同時，將通過串行通信電路C1向從焊機(jī)發(fā)出一串行通訊信號，從焊機(jī)通過本身的串行通信電路C1在收到此信號后，將其設(shè)定為基值階段，并按照給定的相位關(guān)系DLY值，確定此基值時間，完成任意指定相位差控制；此步驟是通過串行通信中斷實(shí)現(xiàn)的。
4)在過程3)中，若由于干擾等因素未能使從焊機(jī)收到主焊機(jī)發(fā)出的中斷信號，則從焊機(jī)將按照自己原先預(yù)設(shè)的參數(shù)進(jìn)行焊接，直到收到主焊機(jī)的串行通訊信號為止。
本發(fā)明的設(shè)計思想為對于控制方法的選擇，也即本發(fā)明的核心部分，采用電壓-電流控制方法。所謂電壓-電流控制方法，即在焊接過程中分別保證峰值電壓(Up)和基值電流(Ib)恒定。其原理為在脈沖峰值階段，反饋信號采取電壓，保證電壓為一個定值，若電弧受到干擾則弧長恢復(fù)主要依靠峰值電流的變化引起平均電流變化來進(jìn)行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和電源的最大輸出電流有關(guān)。這種方式在峰值階段實(shí)際上是一種平的電源外特性。當(dāng)弧長變化時，這種外特性產(chǎn)生的電流偏差ΔI2，將大于用下降電源外特性的電流偏差ΔI1，熔化速度也就變化的快，亦即平的電源外特性的弧長恢復(fù)的快，電源電弧系統(tǒng)的自身調(diào)節(jié)作用較強(qiáng)。這種控制方式在一定脈寬時間Tp范圍內(nèi)可以通過較寬峰值電流Ip范圍的調(diào)整達(dá)到一脈一滴穩(wěn)定的過渡過程。在脈沖基值階段，反饋信號采取電流，即保證電流的恒定，從而使電弧在此階段保證電流穩(wěn)定，保證電弧穩(wěn)定燃燒而不熄滅。由此模式?jīng)Q定了整個脈沖過程頻率恒定，因而能夠穩(wěn)定的工作在預(yù)定的相位差下，實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)焊接過程。
根據(jù)本發(fā)明所述的方法設(shè)計的焊接電源，主要包括主電路部分8和以單片機(jī)為控制中心的控制電路部分9，其特征在于所述的控制電路部分9采用切換電路B并且單片機(jī)系統(tǒng)通過串行通信電路C1與另一臺焊機(jī)的電源相連。所述的切換電路B主要包括輸入端分別與主電路部分相連的電流采集電路B1和電壓采集電路B2，及順次連接的切換開關(guān)B3、比較環(huán)節(jié)B4、積分比例調(diào)節(jié)器B5、脈寬調(diào)制電路B6、IGBT驅(qū)動電路B8。其中切換開關(guān)B3包括兩個輸入端、一個輸出端和一控制端兩個輸入端分別與電流、電壓采集電路B1、B2相連，控制端與單片機(jī)系統(tǒng)輸出的切換信號A3相連，通過來自單片機(jī)的切換信號A3來控制定時切換，使其在焊接脈沖峰值階段切換到采集電壓，在焊接脈沖基值階段切換到采集電流，輸出斷接比較環(huán)節(jié)B4。比較環(huán)節(jié)B4的另一輸入端與單片機(jī)系統(tǒng)輸出的給定信號A2相連，其功能為用來完成來自B1的反饋電流和來自B2的反饋電壓與來自給定A2的值的比較，其差值輸入到積分比例調(diào)節(jié)(PI)B5。脈寬調(diào)制電路B6的另一輸入為保護(hù)電路B7，IGBT驅(qū)動電路B8的輸出為逆變電路8.3。
所述的控制電路部分9主要包括核心控制部分A，控制執(zhí)行部分B，外圍設(shè)備控制及執(zhí)行部分C，前面板的輸入及鍵盤/顯示部分D；所述的核心控制部分A由單片機(jī)系統(tǒng)A1組成，輸入部分包括輸入到A/D轉(zhuǎn)換A4的電流采樣B1和電壓采樣B2和輸入到于短路判斷A5的電壓采樣B2。其中A/D轉(zhuǎn)換A4用來在焊接時經(jīng)過80C196KC單片機(jī)系統(tǒng)和顯示部分D的處理，實(shí)時顯示實(shí)際焊接電流和電壓值；短路判斷信號A5保證在焊接過程中短路情況發(fā)生時，單片機(jī)系統(tǒng)能獲得信息；所述的外圍設(shè)備控制及執(zhí)行部分C包括執(zhí)行核心控制部分A與另一臺焊機(jī)進(jìn)行雙向通信的串行通信C1、光電隔離部分C2、輸出端通過光電隔離部分C2輸入到單片機(jī)系統(tǒng)A1的焊槍開關(guān)C3、輸入端通過光電隔離部分C2與單片機(jī)系統(tǒng)A1相連的送絲給定C4和氣閥C5，輸入端與送絲給定C4、輸出端與外部送絲機(jī)相連的送絲機(jī)調(diào)速電路C6；所述的前面板的輸入及顯示部分D包括輸入端與單片機(jī)系統(tǒng)A1相連的鍵盤顯示驅(qū)動電路D1、輸入端與鍵盤顯示驅(qū)動電路D1相連的焊接參數(shù)顯示D3、輸出端通過鍵盤顯示驅(qū)動電路D1與單片機(jī)系統(tǒng)A1相連的焊接參數(shù)預(yù)置D4、輸出端與單片機(jī)系統(tǒng)相連的編碼旋鈕給定D2。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用的控制方法及焊機(jī)電源具有以下優(yōu)點(diǎn)1、焊接過程穩(wěn)定，飛濺小，電弧穩(wěn)定性強(qiáng)。由于本發(fā)明方法采用U/I控制模式，能夠更好的控制兩個電弧的干擾程度，選擇更優(yōu)的工藝參數(shù)匹配，所以能夠提高電弧穩(wěn)定性和降低飛濺。
2、焊接規(guī)范寬，相位可以任意匹配。根據(jù)本發(fā)明的控制思想建立的焊機(jī)，采用兩臺焊機(jī)相互通信，通過軟件控制實(shí)現(xiàn)兩臺焊機(jī)的相位關(guān)系匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)兩臺焊機(jī)從完全同相到完全反相間的相位調(diào)節(jié)控制。
3、通過采樣信號在電壓和電流間不斷切換，焊機(jī)工作在相對固定的頻率下，保證了焊接的穩(wěn)定性。并且因?yàn)樵黾恿艘磺袚Q電路，增加了焊機(jī)控制的靈活性，當(dāng)只需要電壓或電流一種采樣反饋信號時，通過使切換信號A3置高或置低，同樣適用，從而大大增加了焊機(jī)控制的靈活性。


圖1 Twin arc焊接系統(tǒng)簡2 Tandem焊接系統(tǒng)簡圖對于圖1和圖2，其中1-焊接電源，2-焊嘴，3-送絲機(jī)，4-工件，5-電弧，6-焊絲，7-兩臺焊機(jī)的連接通道。
圖3焊機(jī)結(jié)構(gòu)組成4控制執(zhí)行部分B的具體電路圖5主程序軟件方案6焊接程序框7AD中斷框8軟件定時器中斷框9兩臺焊機(jī)穿行通信中斷程序框圖具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將結(jié)合附圖對本實(shí)例進(jìn)行說明。
本實(shí)例采用圖2所示的模式。
本發(fā)明的一個具體實(shí)例單臺焊機(jī)結(jié)構(gòu)組成圖如圖3所示，總體上主包括兩部分焊接電源主電路部分8和以80C196KC為核心的控制電路部分9。主電路輸入電壓為三相380V；輸入整流8.1采用富士整流橋整流，型號為FUJ6RI100G-160；逆變電路8.3采用全橋逆變結(jié)構(gòu)，由四只型號為BSM150GB120DN2的IGBT組成；中頻變壓器8.4采用超微晶磁芯，變壓比為15∶2；濾波8.6采用磁芯飽和電感，電感量約40μH；控制部分采用基于80C196KC單片機(jī)的控制系統(tǒng)，主要完成時序控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)兩臺焊機(jī)的相位關(guān)系在0至180度之間變化；鍵盤/顯示部分采用8279鍵盤/顯示芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤的管理和數(shù)碼管的動態(tài)掃描顯示。下面將結(jié)合附圖對其進(jìn)行詳細(xì)說明。
其工作順序?yàn)槿噍斎?80V交流電首先經(jīng)過8.1輸入整流部分進(jìn)行整流和8.2濾波后，變?yōu)?40V的直流。此后此直流電經(jīng)過8.3逆變電路(此由控制電路部分控制)逆變和8.4中頻變壓器的降壓隔離后變?yōu)?0KHZ的交流電，然后經(jīng)過8.5輸出整流器和8.6的濾波后變?yōu)楹附铀玫拇箅娏鞯碗妷褐绷?，供給8.7焊接功率輸出。由于以上電路的工作頻率為20KHZ，同時輸出電感也很小(40μH左右)，調(diào)整逆變開關(guān)頻率或脈寬可以達(dá)到微秒級的控制，所以該類型電源反應(yīng)速度快，動態(tài)性能好。
各部分的組成及功能分別為核心控制部分A主要由80C196KC單片機(jī)組成，其輸入部分包括輸入到A/D轉(zhuǎn)換A4的電流采樣B1信號和電壓采樣B2信號以獲得焊接實(shí)時焊接電壓電流值；輸入到短路判斷A5的電壓采樣B2信號，獲得短路信號，達(dá)到監(jiān)控焊接狀態(tài)的目的。另一個輸入部分是從部分C獲得的，包括從串行通信電路(C1)中獲得的另一臺焊機(jī)的協(xié)調(diào)控制信息輸入和通過光電隔離(C2)后獲得的焊槍開關(guān)信號(C3)。第三個輸入部分來于部分D的鍵盤顯示輸入驅(qū)動電路(D1)和編碼旋鈕給定(D2)部分，獲得焊接初始參數(shù)。部分A作為核心控制部分，主要完成對焊接參數(shù)輸入和外部信號的響應(yīng)，并經(jīng)過軟件處理和轉(zhuǎn)化后對B、C、D三部分進(jìn)行控制，使整個焊接系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，完成預(yù)定的焊接目的。
本發(fā)明的硬件部分主要在控制執(zhí)行部分B，其特征在于加入了切換開關(guān)B3來控制反饋信號的轉(zhuǎn)換。其輸入部分為來源于焊接功率輸出部分8.7的電流采樣B1和電壓采樣B2，并經(jīng)來源于部分A中切換信號A3的控制，分時接通電流采樣B1和電壓采樣B2，然后與相應(yīng)時段的給定A2經(jīng)比較環(huán)節(jié)B4比較后，輸入到積分比例調(diào)節(jié)(PI)B5，經(jīng)信號處理后輸出到脈寬調(diào)制電路B6，同時輸入到B6的還有來源于保護(hù)電路B7的保護(hù)信號，此兩個信號經(jīng)B6的PWM脈寬調(diào)制后，輸入到IGBT驅(qū)動電路B8，經(jīng)處理后輸入到逆變電路8.3，完成此控制功能。B3、B4、B5的具體電路如圖4所示其中U1A為切換開關(guān)B3，本實(shí)例采用H4053，其引腳1、2分別接電壓采樣B2和電流采樣B1，引腳10通過電阻R1接切換信號A3，引腳15為輸出引腳，其輸出信號和給定信號A2比較后輸入到放大器U2(CA3140)的負(fù)相輸入端(2腳)，通過反饋電阻R6和電容C1構(gòu)成積分比例調(diào)節(jié)(PI)，并經(jīng)過電阻R7輸出到脈寬調(diào)制電路B6。其中D1、R8、R9構(gòu)成限壓電路，避免R7輸出到脈寬調(diào)制電路B6的電壓過高。
部分C為外圍設(shè)備控制及執(zhí)行部分。其中串行通信C1執(zhí)行著本臺焊機(jī)核心控制部分A與另一臺焊機(jī)的雙向通信，包括兩臺焊機(jī)的協(xié)調(diào)控制和信號反饋，使其能工作于預(yù)定的形式，保持兩臺焊機(jī)按要求同步工作或相差一定的相位角。光電隔離部分C2則執(zhí)行著來源于焊槍開關(guān)C3對部分A的輸入，以及部分A對送絲給定C4和氣閥C5的輸出控制。其中C4又通過送絲機(jī)調(diào)速電路C6達(dá)到控制外部送絲機(jī)的目的，使其與焊機(jī)協(xié)調(diào)工作。
部分D為前面板的輸入及鍵盤/顯示部分。焊接參數(shù)預(yù)置D4通過鍵盤顯示驅(qū)動電路D1并配合編碼旋鈕給定D2，對核心控制部分A輸入，實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的設(shè)定，并通過焊接參數(shù)顯示D3進(jìn)行顯示。當(dāng)焊接時，核心控制部分A通過鍵盤顯示驅(qū)動電路D1，輸出給焊接參數(shù)顯示D3，顯示焊接電流和電壓，使其能實(shí)時觀測焊接參數(shù)。
由于本發(fā)明整個焊接過程均在單片機(jī)系統(tǒng)程序控制下進(jìn)行，故下面將結(jié)合本發(fā)明的控制方法，并參照程序流程圖對本實(shí)例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖5是單片機(jī)控制雙絲MAG GMAW逆變焊接電源主程序軟件方案圖。軟件主程序包括初始化子程序、參數(shù)預(yù)置、顯示和計算子程序、引弧子程序、延時子程序和焊接子程序。其主程序具體執(zhí)行順序?yàn)樯想姀?fù)位后，程序從初始地址(80C196KC為2080H)開始運(yùn)行，系統(tǒng)先執(zhí)行初始化子程序，完成各參數(shù)的初始值設(shè)定。然后關(guān)斷中斷請求，執(zhí)行鍵盤掃描程序，檢測是否有控制鍵按下，并進(jìn)行相應(yīng)處理。結(jié)合隨后執(zhí)行的高速輸入檢查子程序中編碼旋鈕給定，獲取送絲速度V、峰值電壓Up、峰值時間Tp、頻率F、基值電流Ib、相位關(guān)系DLY等焊接參數(shù)用于焊接過程控制，然后經(jīng)顯示子程序把相關(guān)的參數(shù)設(shè)定顯示。計算程序根據(jù)單片機(jī)所采用的系統(tǒng)時鐘確定出基值時間Tb＝1/F-Tp，并根據(jù)每個計數(shù)周期的時間確定基值時間和峰值時間對應(yīng)的計數(shù)器周期數(shù)Nb和Np，供控制轉(zhuǎn)換用。對于其它給定參數(shù)，則根據(jù)具體焊機(jī)參數(shù)，轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的機(jī)器程序值。對于高速輸入子程序中若經(jīng)判斷有焊接開關(guān)信號，則檢查焊槍開關(guān)寄存器有否開啟命令，有則轉(zhuǎn)入引弧、焊接程序，直到檢測到焊接結(jié)束信號，退出焊接狀態(tài)。如沒有焊接開始信號則延時一定時間(如20ms)后再次循環(huán)執(zhí)行前面程序。
其主程序具體執(zhí)行順序?yàn)樯想姀?fù)位后，程序從初始地址(80C196KC為2080H)開始運(yùn)行，首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括各個參數(shù)變量和寄存器的定義等。在參數(shù)預(yù)置和計算部分，程序?qū)⑹紫冗M(jìn)行各個參數(shù)的掃描及顯示，并把使用者輸入的焊接參數(shù)存入相應(yīng)寄存器和變量。隨后程序?qū)⒏鶕?jù)此參數(shù)輸入進(jìn)行計算，轉(zhuǎn)化為硬件相關(guān)的對應(yīng)值以進(jìn)行后續(xù)的焊接控制。對用于軟件中斷控制中對切換信號A3和給定A2的控制所需計數(shù)器值，則首先由頻率F和時間Up計算出基值時間Tb=1F-Tb,]]>然后根據(jù)每個計數(shù)器周期的時間，確定出Tp和Tb對應(yīng)的計數(shù)器值Np和Nb。當(dāng)有焊接信號發(fā)生時，程序?qū)⑦M(jìn)行引弧程序，此時若有停止焊接信號將跳出程序，否則進(jìn)入焊接程序控制。
如圖6所示為焊接程序框圖，主要處理焊接過程中所需實(shí)時進(jìn)行的處理和判斷。其過程為首先對焊接狀況進(jìn)行一些“預(yù)處理”，然后“設(shè)定電流”，接下來對“引著弧否”進(jìn)行判斷，若沒引著弧則執(zhí)行判斷“停止焊接否”，若為停止焊接，則退出，否則將跳回重新進(jìn)行電流設(shè)定及引著弧與否的判斷的循環(huán)。若經(jīng)過判斷為引著弧，則執(zhí)“開串行通信”，進(jìn)行雙機(jī)通信控制。然后“設(shè)定A/D和軟件定時器中斷”。接下來“設(shè)基值電流”，“設(shè)焊接參數(shù)標(biāo)志位”，啟動“設(shè)定軟件定時器中斷時間”。然后將間隔一定時間對“有焊接停止信號否”進(jìn)行循環(huán)判斷，等待停止信號發(fā)生時停止焊接并跳出程序，否則將循環(huán)等待判斷和響應(yīng)中斷。
本發(fā)明的控制方法主要體現(xiàn)在焊接程序過程中，在此過程中將通過相應(yīng)中斷進(jìn)行控制AD中斷實(shí)現(xiàn)焊接過程的焊接電流和焊接電壓的實(shí)時檢測，并顯示；軟件定時中斷完成焊接切換信號A3和給定A2的控制；串行通信中斷完成兩臺焊機(jī)相位關(guān)系控制；附圖7為AD中斷框圖。主要功能是焊接時實(shí)現(xiàn)焊接電壓和電流的顯示功能。其執(zhí)行過程為首先執(zhí)行預(yù)處理操作，完成一些必要設(shè)置，然后判斷是電流還是電壓，并根據(jù)結(jié)果分別執(zhí)行電流或電壓的采樣及顯示，然后重新設(shè)置下次采樣時間和采樣變量(通過定時器和相應(yīng)寄存器控制位的設(shè)置實(shí)現(xiàn)此操作)。
圖8為軟件定時器中斷框圖。本子程序主要為實(shí)現(xiàn)焊接脈沖的基值和峰值的大小及轉(zhuǎn)換控制，決定圖3中給定信號A2和切換信號A3，實(shí)時控制電壓/電流的轉(zhuǎn)化實(shí)施。程序首先進(jìn)行“預(yù)處理”，包括保護(hù)現(xiàn)場及定時器值和基值、峰值標(biāo)志位設(shè)置。然后判斷“有焊槍輸入嗎”，沒有時則執(zhí)行判斷“到時否”，有焊槍輸入則執(zhí)行“設(shè)定標(biāo)志位”，然后執(zhí)行判斷“到時否”，若到時則跳出程序，否則對其執(zhí)行“是基值電流嗎”判斷，是則“處理給定和切換信號為電流”，否則“處理給定和切換信號為電壓”，然后“還原現(xiàn)場”，跳出此程序。
圖9為兩臺焊機(jī)串行通信中斷程序框圖。其功能為根據(jù)實(shí)際要求，控制兩臺焊機(jī)的相位關(guān)系，以保證兩臺焊機(jī)協(xié)調(diào)工作。在焊接時，主焊機(jī)在每個焊接周期的特定時刻均發(fā)出協(xié)調(diào)信號中斷請求，而從焊機(jī)接到此串行中斷請求后響應(yīng)中斷，按照預(yù)設(shè)的相位要求控制從焊機(jī)的工作狀態(tài)。采用外部中斷的好處為，不但軟件控制簡單，而且當(dāng)由于傳輸過程中的干擾或其它原因造成主焊機(jī)發(fā)出的協(xié)調(diào)信號未能被從焊機(jī)接收的情況發(fā)生時，從焊機(jī)能夠按照自己預(yù)定的焊接程序執(zhí)行相應(yīng)的焊接控制，避免了從焊機(jī)由于接收錯誤而導(dǎo)致的丟失焊接周期的現(xiàn)象。具體串行中斷的中斷過程為當(dāng)發(fā)生中斷相應(yīng)后，將焊接過程設(shè)定為基值階段，然后設(shè)定基值階段的時間并等待到時，到時后則執(zhí)行焊接操作直到返回跳出。
本雙絲焊接設(shè)備對于薄鋼板焊接，采用Φ1.2mm焊絲時，能實(shí)現(xiàn)3m/min(板厚δ＝2mm)和2m/min(板厚δ＝3mm)的高速穩(wěn)定焊接，對于厚板，能實(shí)現(xiàn)10Kg/h的熔敷率，飛濺低，成型好，電弧穩(wěn)定，較單絲最高焊接速度緊僅為1.5m/min來看，大大提高了效率。達(dá)到設(shè)計及使用的要求。
以上所述為本設(shè)備及其控制方法的一個實(shí)例，我們還可對其進(jìn)行一些變換。比如主電路部分可以采用半橋逆變電路代替全橋形式，控制部分用DSP或其他單片機(jī)代替80C196KC實(shí)現(xiàn)其功能，顯示部分可以采用SD7218代替8279等。只要其控制思想與本發(fā)明所敘述的一致，均應(yīng)視為本發(fā)明所包括的范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙絲MAG焊接控制方法，其特征在于它是一種將焊接電流反饋和電壓反饋按照預(yù)定的要求分時與給定信號比較，并通過控制電路控制主電路進(jìn)行焊接，在焊接過程中保證焊接頻率不變，兩臺焊機(jī)保持一定的相位關(guān)系從而保證焊接穩(wěn)定性的方法；該種方法是在具有相互通信的兩臺雙絲焊接電源中分別實(shí)現(xiàn)的；其系統(tǒng)包括主電路部分(8)和控制電路部分(9)；其中控制電路部分(9)又包括核心控制部分(A)，控制執(zhí)行部分(B)，外圍設(shè)備控制及執(zhí)行部分(C)，前面板的輸入及顯示部分(D)；其中控制電路部分(9)的輸入包括來源于主電路部分(8)的焊接電流采樣(B1)、電壓采樣(B2)和另一臺焊機(jī)的協(xié)調(diào)控制信號(C1)，其輸出控制主電路的逆變電路(8.3)和送絲機(jī)；具體講，它依次主要包括以下步驟1)首先根據(jù)實(shí)際要求，確定焊接參數(shù)包括送絲速度V、峰值電壓Up、峰值時間Tp、頻率F、基值電流Ib、相位關(guān)系DLY；其功能通過前面板的輸入及顯示部分(D)來實(shí)現(xiàn)；2)在焊接執(zhí)行時，根據(jù)輸入的頻率F和峰值時間Tp確定出脈沖階段和基值階段對應(yīng)的定時器數(shù)值，并啟動軟件定時器中斷進(jìn)行自動控制轉(zhuǎn)換，使其在脈沖基值階段，輸出的給定信號和采取的反饋信號為電流給定信號和電流反饋信號，即保證電流的恒定；在脈沖峰值階段，輸出的給定信號和采取的反饋信號為電壓給定信號和電壓反饋信號，使焊機(jī)在不同的焊接階段輸出不同的控制信號和給定信號，由此構(gòu)成不同的閉環(huán)控制，從而保證在每臺焊機(jī)頻率恒定的條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定焊接，這是通過控制電路部分(9)來實(shí)現(xiàn)的；給定(A2)和切換信號(A3)按照預(yù)設(shè)參數(shù)，在基值和峰值間同時轉(zhuǎn)換，完成電壓和電流控制；3)在焊接過程中，主焊機(jī)在由基值轉(zhuǎn)換為峰值的同時，將通過串行通信電路(C1)向從焊機(jī)發(fā)出一串行通訊信號，從焊機(jī)通過本身的串行通信電路(C1)在收到此信號后，將其設(shè)定為基值階段，并按照給定的相位關(guān)系DLY值，確定此基值時間，完成任意指定相位差控制；此步驟是通過串行通信中斷實(shí)現(xiàn)的；4)在過程3)中，若由于干擾等因素未能使從焊機(jī)收到主焊機(jī)發(fā)出的中斷信號，則從焊機(jī)將按照自己原先預(yù)設(shè)的參數(shù)進(jìn)行焊接，直到收到主焊機(jī)的串行通訊信號為止。
2.根據(jù)本發(fā)明所述的方法設(shè)計的焊接電源，主要包括主電路部分(8)和以單片機(jī)為控制中心的控制電路部分(9)，其特征在于所述的控制電路部分(9)采用切換電路(B)并且單片機(jī)系統(tǒng)通過串行通信電路(C1)與另一臺焊機(jī)的電源相連；所述的切換電路(B)主要包括輸入端分別與主電路部分相連的電流采集電路(B1)和電壓采集電路(B2)，及順次連接的切換開關(guān)(B3)、比較環(huán)節(jié)(B4)、積分比例調(diào)節(jié)器(B5)、脈寬調(diào)制電路(B6)、IGBT驅(qū)動電路(B8)；其中切換開關(guān)(B3)包括兩個輸入端、一個輸出端和一控制端兩個輸入端分別與電流、電壓采集電路(B1)、(B2)相連，控制端與單片機(jī)系統(tǒng)輸出的切換信號(A3)相連，通過來自單片機(jī)的切換信號(A3)來控制定時切換，使其在焊接脈沖峰值階段切換到采集電壓，在焊接脈沖基值階段切換到采集電流，輸出斷接比較環(huán)節(jié)(B4)；比較環(huán)節(jié)(B4)的另一輸入端與單片機(jī)系統(tǒng)輸出的給定信號(A2)相連，其功能為用來完成來自(B1)的反饋電流和來自(B2)的反饋電壓與來自給定(A2)的值的比較，其差值輸入到積分比例調(diào)節(jié)(B5)；脈寬調(diào)制電路(B6)的另一輸入為保護(hù)電路(B7)，IGBT驅(qū)動電路(B8)的輸出為逆變電路(8.3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電源，其特征在于控制電路部分(9)主要包括核心控制部分(A)，控制執(zhí)行部分(B)，外圍設(shè)備控制及執(zhí)行部分(C)，前面板的輸入及鍵盤/顯示部分(D)；所述的核心控制部分(A)由單片機(jī)系統(tǒng)(A1)組成，輸入部分包括輸入到A/D轉(zhuǎn)換(A4)的電流采樣(B1)和電壓采樣(B2)和輸入到于短路判斷(A5)的電壓采樣(B2)；其中A/D轉(zhuǎn)換(A4)用來在焊接時經(jīng)過80C196KC單片機(jī)系統(tǒng)和顯示部分(D)的處理，實(shí)時顯示實(shí)際焊接電流和電壓值；短路判斷信號(A5)保證在焊接過程中短路情況發(fā)生時，單片機(jī)系統(tǒng)能獲得信息；所述的外圍設(shè)備控制及執(zhí)行部分(C)包括執(zhí)行核心控制部分(A)與另一臺焊機(jī)進(jìn)行雙向通信的串行通信(C1)、光電隔離部分(C2)、輸出端通過光電隔離部分(C2)輸入到單片機(jī)系統(tǒng)(A1)的焊槍開關(guān)(C3)、輸入端通過光電隔離部分(C2)與單片機(jī)系統(tǒng)(A1)相連的送絲給定(C4)和氣閥(C5)，輸入端與送絲給定(C4)、輸出端與外部送絲機(jī)相連的送絲機(jī)調(diào)速電路(C6)；所述的前面板的輸入及顯示部分(D)包括輸入端與單片機(jī)系統(tǒng)(A1)相連的鍵盤顯示驅(qū)動電路(D1)、輸入端與鍵盤顯示驅(qū)動電路(D1)相連的焊接參數(shù)顯示(D3)、輸出端通過鍵盤顯示驅(qū)動電路(D1)與單片機(jī)系統(tǒng)(A1)相連的焊接參數(shù)預(yù)置(D4)、輸出端與單片機(jī)系統(tǒng)相連的編碼旋鈕給定(D2)。
全文摘要
一種雙絲MAG焊接控制方法，是一種將焊接電流反饋和電壓反饋按照預(yù)定的要求分時與給定信號比較，并通過控制電路控制主電路進(jìn)行焊接，在焊接過程中使焊接頻率不變，兩臺焊機(jī)保持一定的相位關(guān)系從而保證焊接穩(wěn)定性的方法；根據(jù)這種控制方法所設(shè)計的控制電源，特征在于在控制電路部分(9)采用切換電路(B)，主要包括輸入端分別與主電路部分相連的電流采集電路(B1)和電壓采集電路(B2)，及順次連接的切換開關(guān)(B3)、比較器(B4)、積分比例調(diào)節(jié)器(B5)，積分比例調(diào)節(jié)器通過放大電路(4.2)將信號輸出到焊接功率輸出部分(8.7)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了兩臺電機(jī)的相位可控，提高了電弧穩(wěn)定性、降低了飛濺。
文檔編號B23K9/095GK1695866SQ20051007723
公開日2005年11月16日 申請日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者盧振洋, 黃鵬飛, 殷樹言, 古金茂, 史國濤 申請人:北京工業(yè)大學(xué)