專利名稱：多功能數(shù)字化焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多功能數(shù)字化逆變焊機(jī)，具體涉及一種基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP和可編程邏輯控制器CPLD或FPGA的多功能數(shù)字化軟開關(guān)逆變焊機(jī)。
背景技術(shù)：
由于傳統(tǒng)焊機(jī)體積大，效率低，動(dòng)靜態(tài)特性不是很理想，導(dǎo)致焊機(jī)性能差；現(xiàn)有焊機(jī)在設(shè)置上還是邏輯電路控制的方式，未有多功能數(shù)字化焊機(jī)的設(shè)計(jì)。但多功能數(shù)字化焊機(jī)是集手工焊，直流氬弧焊，脈沖氬弧焊，氣保焊，脈沖氣保焊等多種焊接工藝與一體的新型焊機(jī)，其功能豐富，性能穩(wěn)定可靠。多功能數(shù)字化逆變焊機(jī)主要是由DSP，單片機(jī)等嵌入式微處理器進(jìn)行控制，數(shù)字化逆變焊機(jī)因?yàn)椴捎们度胧轿⑻幚砥鳂?gòu)造弧焊逆變電源的控制器，利用計(jì)算機(jī)的智能模糊控制算法采用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制，并取代了由眾多分立元器件組成的模擬控制器，很好的實(shí)現(xiàn)了焊接電源的數(shù)字化控制，并且可以實(shí)時(shí)的調(diào)整與設(shè)置焊接的工藝參數(shù)與工作狀態(tài)，很大程度上提高了焊機(jī)的工作效率，并且其控制方法更加靈活，響應(yīng)速度更快。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種功能穩(wěn)定可靠，焊接性能優(yōu)良的多功能數(shù)字化逆變焊機(jī)的設(shè)置方法及裝置，該數(shù)字化焊機(jī)以數(shù)字信號(hào)處理器DSP與可編程邏輯控制器CPLD或FPGA 為核心，將DSP的高速實(shí)時(shí)處理能力融入到焊機(jī)系統(tǒng)中，并結(jié)合CPLD或FPGA以及軟開關(guān)移相逆變技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電源整體系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制，采用精細(xì)化能量控制，控制變換器的外特性配合電弧負(fù)載，解決小電流、低弧長(zhǎng)焊接的弧長(zhǎng)穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案如下多功能數(shù)字化逆變焊機(jī)的設(shè)置方法，其工作電路包括由 IGBT組成的全橋式逆變主電路，控制電路，基于CPLD或FPGA的對(duì)稱載波的軟開關(guān)PWM驅(qū)動(dòng)電路。所述逆變主電路包括整流濾波模塊b，IGBT全橋逆變模塊c，主變壓器d，以及二次整流濾波模塊e。所述控制電路主要包括DSP控制處理器；控制板供電電源電路；手工降空載電路；焊機(jī)輸出的反饋電流，電壓信號(hào)調(diào)理檢測(cè)與采樣電路；焊機(jī)送絲速度與給定電壓的采集與設(shè)定電路；與外部鍵盤的接口與參數(shù)顯示電路；與PC機(jī)的(RS485)通信電路；
所述手工降空載電路首先將交流12V電源經(jīng)過(guò)Bl整流橋整流后的直流17V電壓作為工作電壓Ud，Ud經(jīng)過(guò)濾波以及穩(wěn)壓后再送入到光耦U6，以產(chǎn)生控制信號(hào)dv_IN輸入到DSP 的捕捉功能引腳，當(dāng)DSP啟動(dòng)工作檢測(cè)到此引腳信號(hào)的電平后，根據(jù)實(shí)際工作方式判斷選擇是實(shí)際反饋的焊接電壓UF-還是正常時(shí)的工作電壓Ud ；由DSP的輸出控制信號(hào)dV_SEL 控制三極管V3與繼電器Kl組成，繼電器Kl串聯(lián)與三極管V3的集電極，未焊接即空載情況下，DSP檢測(cè)到dv_IN為低電平時(shí)，DSP輸出dV_SEL為高電平，控制繼電器吸和，此時(shí)DSP未輸出PWM信號(hào)，焊機(jī)的空載輸出電壓為Ud，當(dāng)焊條和工件觸碰后，Ud為接近OV ；當(dāng)DSP檢測(cè)到dv_IN為高電平，此時(shí)DSP輸出dV_SEL為低電平，控制繼電器斷開，此時(shí)DSP輸出PWM信號(hào)，這時(shí)焊機(jī)輸出電壓為實(shí)際輸出電壓。所述電流電壓信號(hào)調(diào)理與采樣電路包括用于檢測(cè)輸出電壓的霍爾電壓傳感器與檢測(cè)電流的霍爾電流傳感器；采取相應(yīng)的電流電壓調(diào)理電路來(lái)進(jìn)行限幅；對(duì)于反饋電弧電壓信號(hào)，在經(jīng)過(guò)電壓傳感器SEm進(jìn)行隔離檢測(cè)后，經(jīng)電阻電容濾波之后，經(jīng)運(yùn)算放大器 Ul進(jìn)行跟隨放大后，將采樣電壓UFO限幅在0-3. 3V范圍內(nèi)再送入到DSP的模擬輸入端口 ADCINO ；對(duì)于霍爾電流傳感器檢測(cè)的反饋電流信號(hào)，先經(jīng)過(guò)阻容濾波電路之后，再由運(yùn)放進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，先通過(guò)由運(yùn)放U4組成的加法電路，再經(jīng)過(guò)放大和跟隨將采樣電流IFO限制在 0-3. 3V范圍內(nèi)，然后送入到DSP的模擬輸入引腳ADCmi ；
采樣電路還包括送絲機(jī)面板上的給定電壓與給定電流即送絲速度的采集，給定的電流電壓值在經(jīng)過(guò)運(yùn)放調(diào)節(jié)放大后也同樣送到DSP的模擬輸入端口 ADCIN3與ADCIN4 ；
對(duì)于采集后的送絲機(jī)上的電流電壓，通過(guò)DSP的事件管理器模塊產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)R56，C42，R58，C43的電阻電容濾波之后，由U12進(jìn)行同相放大，便得到相應(yīng)的送絲速度給定與電壓給定信號(hào)。所述CPLD或FPGA移相軟開關(guān)控制電路是由DSP Ul與CPLD或FPGA組成反饋電流IF0，反饋電壓UFO與給定電流IG，給定電壓UG分四路送入到DSP的片內(nèi)AD，經(jīng)過(guò)AD 采集后的數(shù)據(jù)，在DSP內(nèi)實(shí)現(xiàn)電壓電流閉環(huán)控制，采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)，并對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行精確的波形控制，計(jì)算出開關(guān)時(shí)間后由DSP的事件管理寄存器輸出有效脈寬的PWM信號(hào)，再將 PWM信號(hào)送給CPLD或FPGA以確定移相角的大小，CPLD或FPGA做出移相處理后得到四路 PWM波，作為輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)IGBT的軟開關(guān)電路。DSP與CPLD或FPGA的數(shù)據(jù)接口是通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)DSP的IS管腳將其擴(kuò)展到外部IO 口空間，其地址總線與CPLD或FPGA的IO 口相連。DSP作為主控制器實(shí)現(xiàn)電流電壓的采集計(jì)算與PID模糊算法外，實(shí)對(duì)焊接電源的外特性控制和焊機(jī)工藝時(shí)序的精確控制、包括提前送氣，引弧，滯后關(guān)氣、對(duì)氣閥的控制，電機(jī)的制動(dòng)，槍開關(guān)信號(hào)通過(guò)實(shí)時(shí)產(chǎn)生對(duì)送絲機(jī)構(gòu)的外部控制信號(hào)來(lái)完成，由外部輸入按鍵對(duì)于焊機(jī)不同工作模式的選擇以及焊接電流電壓的數(shù)字顯示控制；
過(guò)熱，過(guò)壓，過(guò)流等信號(hào)的中斷保護(hù)控制由DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)。采樣電流電壓四路模擬信號(hào)在送到DSP之前，又通過(guò)二極管DDI，DD2，DD3，DD4進(jìn)行限幅，以免模擬輸入電壓過(guò)高或過(guò)低進(jìn)入DSP端口而損壞芯片。本發(fā)明多功能數(shù)字化焊機(jī)，包括由IGBT組成的全橋式逆變主電路，控制電路，基于CPLD或FPGA的對(duì)稱載波的軟開關(guān)PWM驅(qū)動(dòng)電路。所述逆變主電路包括整流濾波模塊b， IGBT全橋逆變模塊c，主變壓器d，以及二次整流濾波模塊e ；
所述控制電路包括DSP控制處理器；控制板供電電源電路，手工降空載電路；焊機(jī)輸出的反饋電流，電壓信號(hào)調(diào)理檢測(cè)與采樣電路；焊機(jī)送絲速度與給定電壓的采集與設(shè)定電路；與外部鍵盤的接口與參數(shù)顯示電路；與PC機(jī)連接(RS485)通信電路；
所述手工降空載電路包括整流橋電路、濾波、穩(wěn)壓和光耦輸入到DSP的捕捉功能引腳， DSP輸出控制焊機(jī)的空載輸出電壓或滿載輸出電壓的繼電器的信號(hào)電路；
所述電流電壓信號(hào)調(diào)理與采樣電路包括用于檢測(cè)焊機(jī)輸出反饋電弧電壓的霍爾電壓傳感器與檢測(cè)焊機(jī)輸出電流的霍爾電流傳感器；采取相應(yīng)的電流電壓調(diào)理電路來(lái)進(jìn)行限幅；經(jīng)過(guò)電壓傳感器SEm進(jìn)行隔離檢測(cè)后，經(jīng)電阻電容濾波之后，經(jīng)運(yùn)算放大器Ul進(jìn)行跟隨放大器，將采樣電壓UFO限幅在0-3. 3V范圍內(nèi)再接到DSP的模擬輸入端口 ADCINO ；對(duì)于霍爾電流傳感器檢測(cè)的反饋電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)阻容濾波電路和運(yùn)放進(jìn)行信號(hào)調(diào)理及由運(yùn)放U4 組成的加法電路，再經(jīng)過(guò)放大和跟隨將采樣電流IFO限制在0-3. 3V范圍內(nèi)再接到DSP的模擬輸入引腳ADCim ；
采樣電路包括送絲機(jī)面板上的給定電壓與給定電流即送絲速度的采集電路，給定的電流電壓值在經(jīng)過(guò)運(yùn)放調(diào)節(jié)放大后也同樣接DSP的模擬輸入端口 ADCIN3與ADCIN4 ；根據(jù)采集送絲機(jī)上的電流電壓，通過(guò)DSP的事件管理器模塊產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)電阻電容濾波之后并經(jīng)同相放大，輸出相應(yīng)的送絲速度給定與電壓給定信號(hào)。

所述CPLD或FPGA移相軟開關(guān)控制電路是由DSPl與CPLD或FPGA組成反饋電流IF0，反饋電壓UFO與給定電流IG，給定電壓UG分四路送入到DSP的片內(nèi)AD，經(jīng)過(guò)AD采集后的數(shù)據(jù)，在DSP內(nèi)實(shí)現(xiàn)電壓電流閉環(huán)控制，DSP的事件管理寄存器輸出有效脈寬的PWM 信號(hào)，再將PWM信號(hào)接CPLD或FPGA，CPLD或FPGA輸出的四路PWM波，作為輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)IGBT的軟開關(guān)電路；DSP與CPLD或FPGA的數(shù)據(jù)接口接外部存儲(chǔ)器接口。本發(fā)明的有益效果是采用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器DSP與可編程邏輯控制器CPLD 或FPGA作為數(shù)字化焊機(jī)的核心，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的采集焊接電源的反饋電壓與電流量，并通過(guò)數(shù)字PID算法實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制與移相控制，通過(guò)移相控制實(shí)現(xiàn)IGBT超前臂與滯后臂的 ZVZCS的軟開關(guān)技術(shù)，最終將多種焊接方式集與一臺(tái)焊機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了脈沖氣保焊，脈沖氬弧焊，手工焊等多種焊接工藝方式，并且利用DSP的JTAG 口對(duì)焊機(jī)的時(shí)序以及控制進(jìn)行在線調(diào)試，軟件升級(jí)與更新速度快，控制方式更加靈活多樣。本發(fā)明數(shù)字化焊機(jī)能降低飛濺，成型美觀，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量焊接，人機(jī)通信接口以及焊接工藝參數(shù)與工藝狀態(tài)的實(shí)時(shí)選擇與顯示等，實(shí)現(xiàn)了手工，直流氬弧，脈沖氬弧，氣保，脈沖氣保等五種焊接方式，提高了焊機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，保證了焊機(jī)的焊接質(zhì)量以及電弧的穩(wěn)定性。


圖1是多功能數(shù)字化焊機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是基于DSP的多功能數(shù)字化焊機(jī)的功能框圖。圖3是本發(fā)明基于DSP的主控制連接電路圖。圖4是控制電路的手工降空載部分電路圖。圖5是反饋電流電壓以及送絲速度設(shè)定部分的信號(hào)調(diào)理與采樣電路圖。圖6是CPLD或FPGA移相PWM信號(hào)產(chǎn)生的部分電路圖。圖7是RS485通信電路圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明多功能數(shù)字化焊機(jī)是基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP與可編程邏輯控制器CPLD 或FPGA的軟開關(guān)逆變式數(shù)字化焊機(jī)。其工作電路包括由IGBT組成的全橋式逆變主電路， DSP控制電路，基于CPLD或FPGA的對(duì)稱載波的軟開關(guān)PWM驅(qū)動(dòng)電路。 所述主電路主要由圖1所示的整流濾波模塊b，IGBT全橋逆變模塊c，主變壓器d， 以及二次整流濾波模塊e等組成。 所述控制電路主要包括DSP控制處理器；控制板供電電源電路；含有整流部分的手工降空載電路；焊機(jī)輸出的反饋電流，電壓信號(hào)調(diào)理檢測(cè)與采樣電路；焊機(jī)送絲速度與給定電壓的采集與設(shè)定電路；與外部鍵盤的接口與參數(shù)顯示電路；與PC機(jī)的RS485通信電路等。
所述手工降空載電路首先將交流12V電源經(jīng)過(guò)Bl整流橋整流后的直流17V電壓作為工作電壓Ud，ud經(jīng)過(guò)C23，E5濾波以及二極管Zl穩(wěn)壓后再送入到光耦U6，以產(chǎn)生控制信號(hào)dv_IN輸入到DSP的捕捉功能引腳，當(dāng)DSP啟動(dòng)工作檢測(cè)到此引腳信號(hào)的電平后，根據(jù)實(shí)際工作方式判斷選擇是實(shí)際反饋的焊接電壓UF-還是正常時(shí)的工作電壓Ud，這一功能的實(shí)現(xiàn)是由DSP的輸出控制信號(hào)dV_SEL控制三極管V3與繼電器Kl組成，繼電器Kl串聯(lián)與三極管V3的集電極，未焊接即空載情況下，DSP檢測(cè)到dv_IN為低電平時(shí)，DSP輸出dV_SEL 為高電平，控制繼電器吸和，此時(shí)DSP未輸出PWM信號(hào)，焊機(jī)的空載輸出電壓為Ud，當(dāng)焊條和工件觸碰后，Ud為接近OV ；當(dāng)DSP檢測(cè)到dv_IN為高電平，此時(shí)DSP輸出dV_SEL為低電平，控制繼電器斷開，此時(shí)DSP輸出PWM信號(hào)，這時(shí)焊機(jī)輸出電壓為實(shí)際輸出電壓。所述電流電壓信號(hào)調(diào)理與采樣電路包括用于檢測(cè)輸出電壓的霍爾電壓傳感器與檢測(cè)電流的霍爾電流傳感器，以確保采樣輸入信號(hào)與采樣輸出信號(hào)的完全隔離；由于經(jīng)過(guò)電壓電流傳感器后的信號(hào)超出DSP的模擬信號(hào)電壓范圍(0-3. 3V)，要采取相應(yīng)的電流電壓調(diào)理電路來(lái)進(jìn)行限幅；對(duì)于反饋電弧電壓信號(hào)，在經(jīng)過(guò)電壓傳感器SEm進(jìn)行隔離檢測(cè)后， 由R7與C31電阻電容濾波之后，經(jīng)運(yùn)算放大器Ul進(jìn)行跟隨，再通過(guò)運(yùn)放Ul的兩級(jí)放大后， 將電壓UFO限幅在0-3. 3V范圍內(nèi)再送入到DSP的模擬輸入端口 ADCINO ；對(duì)于反饋電流信號(hào)，同樣是先經(jīng)過(guò)R3，C29，R4，C30組成的阻容濾波電路之后，再由運(yùn)放進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，具體是先通過(guò)由運(yùn)放U4組成的加法電路，再經(jīng)過(guò)U4放大和跟隨將IFO限制在0-3. 3V范圍內(nèi)， 然后送入到DSP的模擬輸入引腳ADCmi ；采樣電路還包括送絲機(jī)面板上的給定電壓與給定電流即送絲速度的采集，給定的電流電壓值在經(jīng)過(guò)運(yùn)放U12調(diào)節(jié)放大后也同樣送到DSP的模擬輸入端口 ADCIN3與ADCIN4。四路模擬信號(hào)在送到DSP之前，又通過(guò)二極管DD1，DD2， DD3，DD4進(jìn)行限幅，以免模擬輸入電壓過(guò)高或過(guò)低進(jìn)入DSP端口而損壞芯片。對(duì)于采集后的送絲機(jī)上的電流電壓，通過(guò)DSP的事件管理器模塊產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)R56，C42，R58， C43的電阻電容濾波之后，由U12進(jìn)行同相放大，便得到相應(yīng)的送絲速度給定與電壓給定信號(hào)。所述通信電路由包含485通信信芯片的SN75176的通信電路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)遙控器和上位機(jī)之間的串行通信。DSP自帶異步通信接口，通過(guò)外接芯片U8(SN75176)轉(zhuǎn)換成RS485 總線，電路中為實(shí)現(xiàn)總線與DSP的隔離，在DSP通信接口處與芯片U8之間采用光耦進(jìn)行隔離，光耦U9，U10, Ull分別與DSP的異步串行口引腳通過(guò)電阻R38，R39，R30相連，經(jīng)過(guò)光耦輸出的三路通信信號(hào)與U8連接后，輸出信號(hào)兩端分別串聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓管Z2，Z3組成吸收回路以防止總線上的干擾。所述CPLD或FPGA移相軟開關(guān)控制電路是由DSP Ul與CPLD或FPGA U3組成反饋電流IF0，反饋電壓UFO與給定電流IG，給定電壓UG分四路送入到DSP的片內(nèi)AD，經(jīng)過(guò) AD采集后的數(shù)據(jù)，在DSP內(nèi)實(shí)現(xiàn)電壓電流閉環(huán)控制，采用模糊控制方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID調(diào)節(jié)， 并對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行精確的波形控制，計(jì)算出開關(guān)時(shí)間后由DSP的事件管理寄存器輸出有效脈寬的PWM信號(hào)，再將PWM信號(hào)送給CPLD或FPGA以確定移相角的大小，CPLD或FPGA做出移相處理后得到四路PWM波，作為輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)IGBT的軟開關(guān)電路。DSP與CPLD或FPGA的數(shù)據(jù)接口是通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)DSP的IS管腳將其擴(kuò)展到外部IO 口空間，其地址總線與CPLD或FPGA的IO 口相連。
具體實(shí)施時(shí)，DSP作為主控制器除實(shí)現(xiàn)電流電壓的采集計(jì)算與PID模糊算法外， 還要實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電源的外特性控制，如焊機(jī)工藝時(shí)序的精確控制，包括提前送氣，引弧，滯后關(guān)氣等；還會(huì)實(shí)時(shí)產(chǎn)生對(duì)送絲機(jī)構(gòu)的外部控制信號(hào)，包括對(duì)氣閥的控制，電機(jī)的制動(dòng)，槍開關(guān)信號(hào)等；外部輸入按鍵對(duì)于焊機(jī)不同工作模式的選擇以及焊接電流電壓的數(shù)字顯示控制；對(duì)過(guò)熱，過(guò)壓，過(guò)流等信號(hào)的中斷保護(hù)控制等，都由DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.多功能數(shù)字化逆變焊機(jī)的設(shè)置方法，其特征是數(shù)字化逆變焊機(jī)的工作電路包括由 IGBT組成的全橋式逆變主電路，控制電路，基于CPLD或FPGA的對(duì)稱載波的軟開關(guān)PWM驅(qū)動(dòng)電路；所述逆變主電 路包括整流濾波模塊、IGBT全橋逆變模塊、主變壓器d以及二次整流濾波模塊；所述控制電路包括DSP控制處理器；控制板供電電源電路；手工降空載電路；焊機(jī)輸出的反饋電流，電壓信號(hào)調(diào)理檢測(cè)與采樣電路；焊機(jī)送絲速度與給定電壓的采集與設(shè)定電路；與外部鍵盤的接口與參數(shù)顯示電路；與上位PC機(jī)的通信電路；所述手工降空載電路首先將交流12V電源經(jīng)過(guò)Bl整流橋整流后的直流17V電壓作為工作電壓Ud，Ud經(jīng)過(guò)濾波以及穩(wěn)壓后再送入到光耦U6，以產(chǎn)生控制信號(hào)dv_IN輸入到DSP 的捕捉功能引腳，當(dāng)DSP啟動(dòng)工作檢測(cè)到此引腳信號(hào)的電平后，根據(jù)實(shí)際工作方式判斷選擇是實(shí)際反饋的焊接電壓UF-還是正常時(shí)的工作電壓Ud ；由DSP的輸出控制信號(hào)dV_SEL 控制三極管V3與繼電器Kl組成，繼電器Kl串聯(lián)與三極管V3的集電極，未焊接即空載情況下，DSP檢測(cè)到dv_IN為低電平時(shí)，DSP輸出dV_SEL為高電平，控制繼電器吸和，此時(shí)DSP未輸出PWM信號(hào)，焊機(jī)的空載輸出電壓為Ud，當(dāng)焊條和工件觸碰后，Ud為接近OV ；當(dāng)DSP檢測(cè)到dv_IN為高電平，此時(shí)DSP輸出dV_SEL為低電平，控制繼電器斷開，此時(shí)DSP輸出PWM信號(hào)，這時(shí)焊機(jī)輸出電壓為實(shí)際輸出電壓；所述電流電壓信號(hào)調(diào)理與采樣電路包括用于檢測(cè)輸出電壓的霍爾電壓傳感器與檢測(cè)電流的霍爾電流傳感器；采取相應(yīng)的電流電壓調(diào)理電路來(lái)進(jìn)行限幅；對(duì)于反饋電弧電壓信號(hào)，在經(jīng)過(guò)電壓傳感器SEm進(jìn)行隔離檢測(cè)后，經(jīng)電阻電容濾波之后，經(jīng)運(yùn)算放大器Ul進(jìn)行跟隨放大后，將采樣電壓UFO限幅在0-3. 3V范圍內(nèi)再送入到DSP的模擬輸入端口 ADCINO ； 對(duì)于霍爾電流傳感器檢測(cè)的反饋電流信號(hào)，先經(jīng)過(guò)阻容濾波電路之后，再由運(yùn)放進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，先通過(guò)由運(yùn)放U4組成的加法電路，再經(jīng)過(guò)放大和跟隨將采樣電流IFO限制在0-3. 3V 范圍內(nèi)，然后送入到DSP的模擬輸入引腳ADCmi ；采樣電路還包括送絲機(jī)面板上的給定電壓與給定電流即送絲速度的采集，給定的電流電壓值在經(jīng)過(guò)運(yùn)放調(diào)節(jié)放大后也同樣送到DSP的模擬輸入端口 ADCIN3與ADCIN4 ；對(duì)于采集后的送絲機(jī)上的電流電壓，通過(guò)DSP的事件管理器模塊產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)R56，C42，R58，C43的電阻電容濾波之后，由U12進(jìn)行同相放大，便得到相應(yīng)的送絲速度給定與電壓給定信號(hào)；所述CPLD或FPGA移相軟開關(guān)控制電路是由DSP Ul與CPLD或FPGA組成反饋電流 IF0,反饋電壓UFO與給定電流IG，給定電壓UG分四路送入到DSP的片內(nèi)AD，經(jīng)過(guò)AD采集后的數(shù)據(jù)，在DSP內(nèi)實(shí)現(xiàn)電壓電流閉環(huán)控制，采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)，并對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行精確的波形控制，計(jì)算出開關(guān)時(shí)間后由DSP的事件管理寄存器輸出有效脈寬的PWM信號(hào)，再將PWM 信號(hào)送給CPLD或FPGA以確定移相角的大小，CPLD或FPGA做出移相處理后得到四路PWM 波，作為輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)IGBT的軟開關(guān)電路；DSP作為主控制器實(shí)現(xiàn)電流電壓的采集計(jì)算與PID模糊算法外，實(shí)對(duì)焊接電源的外特性控制和焊機(jī)工藝時(shí)序的精確控制、包括提前送氣，引弧，滯后關(guān)氣、對(duì)氣閥的控制，電機(jī)的制動(dòng)，槍開關(guān)信號(hào)通過(guò)實(shí)時(shí)產(chǎn)生對(duì)送絲機(jī)構(gòu)的外部控制信號(hào)來(lái)完成，由外部輸入按鍵對(duì)于焊機(jī)不同工作模式的選擇以及焊接電流電壓的數(shù)字顯示控制；過(guò)熱，過(guò)壓，過(guò)流等信號(hào)的中斷保護(hù)控制由DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.多功能數(shù)字化逆變焊機(jī)的設(shè)置方法，其特征是采樣電流電壓四路模擬信號(hào)在送到 DSP之前，又通過(guò)二極管進(jìn)行限幅。
3.多功能數(shù)字化焊機(jī)，其特征是包括由IGBT組成的全橋式逆變主電路，控制電路，基于CPLD或FPGA的對(duì)稱載波的軟開關(guān)PWM驅(qū)動(dòng)電路；所述逆變主電路包括整流濾波模塊， IGBT全橋逆變模塊，主變壓器以及二次整流濾波模塊；所述控制電路包括DSP控制處理器；控制板供電電源電路，手工降空載電路；焊機(jī)輸出的反饋電流，電壓信號(hào)調(diào)理檢測(cè)與采樣電路；焊機(jī)送絲速度與給定電壓的采集與設(shè)定電路；與外部鍵盤的接口與參數(shù)顯示電路；與PC機(jī)連接的通信電路；所述手工降空載電路包括整流橋電路、濾波、穩(wěn)壓和光耦輸入到DSP的捕捉功能引腳， DSP輸出控制焊機(jī)的空載輸出電壓或滿載輸出電壓的繼電器的信號(hào)電路；所述電流電壓信號(hào)調(diào)理與采樣電路包括用于檢測(cè)焊機(jī)輸出反饋電弧電壓的霍爾電壓傳感器與檢測(cè)焊機(jī)輸出電流的霍爾電流傳感器；采取相應(yīng)的電流電壓調(diào)理電路來(lái)進(jìn)行限幅；經(jīng)過(guò)電壓傳感器SEm進(jìn)行隔離檢測(cè)后，經(jīng)電阻電容濾波之后，經(jīng)運(yùn)算放大器UI進(jìn)行跟隨放大器，將采樣電壓UFO限幅在0-3. 3V范圍內(nèi)再接到DSP的模擬輸入端口 ADCINO ；對(duì)于霍爾電流傳感器檢測(cè)的反饋電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)阻容濾波電路和運(yùn)放進(jìn)行信號(hào)調(diào)理及由運(yùn)放U4 組成的加法電路，再經(jīng)過(guò)放大和跟隨將采樣電流IFO限制在0-3. 3V范圍內(nèi)再接到DSP的模擬輸入引腳ADCim ；采樣電路包括送絲機(jī)面板上的給定電壓與給定電流即送絲速度的采集電路，給定的電流電壓值在經(jīng)過(guò)運(yùn)放調(diào)節(jié)放大后也同樣接DSP的模擬輸入端口 ADCIN3與ADCIN4 ；根據(jù)采集送絲機(jī)上的電流電壓，通過(guò)DSP的事件管理器模塊產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)電阻電容濾波之后并經(jīng)同相放大，輸出相應(yīng)的送絲速度給定與電壓給定信號(hào)；所述CPLD或FPGA移相軟開關(guān)控制電路是由DSPl與CPLD或FPGA組成反饋電流IF0， 反饋電壓UFO與給定電流IG，給定電壓UG分四路送入到DSP的片內(nèi)AD，經(jīng)過(guò)AD采集后的數(shù)據(jù)，在DSP內(nèi)實(shí)現(xiàn)電壓電流閉環(huán)控制，DSP的事件管理寄存器輸出有效脈寬的PWM信號(hào)， 再將PWM信號(hào)接CPLD或FPGA，CPLD或FPGA輸出的四路PWM波，作為輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)IGBT的軟開關(guān)電路；DSP與CPLD或FPGA的數(shù)據(jù)接口接外部存儲(chǔ)器接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)字化焊機(jī)，其特征在于DSP處理器控制按鍵輸入的信息與人機(jī)界面的顯示，設(shè)置焊接參數(shù)，焊接狀態(tài)切換，焊接信息的實(shí)時(shí)顯示等都將在人機(jī)界面顯示模塊中顯示。
全文摘要
多功能數(shù)字化焊機(jī)，包括由IGBT組成的全橋式逆變主電路，控制電路，基于CPLD或FPGA的對(duì)稱載波的軟開關(guān)PWM驅(qū)動(dòng)電路。所述逆變主電路包括整流濾波模塊，IGBT全橋逆變模塊，主變壓器以及二次整流濾波模塊；所述控制電路包括DSP控制處理器和手工降空載電路；焊機(jī)輸出的反饋電流，電壓信號(hào)調(diào)理檢測(cè)與采樣電路；焊機(jī)送絲速度與給定電壓的采集與設(shè)定電路；與外部鍵盤的接口與參數(shù)顯示電路；與PC機(jī)連接的通信電路；所述電流電壓信號(hào)調(diào)理與采樣電路包括用于檢測(cè)焊機(jī)輸出反饋電弧電壓的霍爾電壓傳感器與檢測(cè)焊機(jī)輸出電流的霍爾電流傳感器；采樣電路包括送絲機(jī)面板上的給定電壓與給定電流即送絲速度的采集電路。
文檔編號(hào)B23K9/09GK102350569SQ201110298748
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者王富林 申請(qǐng)人:南京熊貓電子股份有限公司, 南京熊貓電子裝備有限公司, 熊貓電子集團(tuán)有限公司