專利名稱：短路過渡c0的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字控制系統(tǒng)，尤其涉及一種短路過渡CO2焊的通信結構的數(shù)字控制系統(tǒng)。用于焊接技術領域。
背景技術：
CO2氣體保護焊是高效節(jié)能的焊接方法，該方法大多采用短路過渡，飛濺是短路過渡CO2焊的一個主要問題，國內外有關于這方面有較多的研究。短路過渡的CO2焊接的過程中飛濺是瞬間產生的，對它的抑制也需要在極短的時間內發(fā)生作用；同時，CO2短路過渡過程是一個動態(tài)的相對穩(wěn)定的過程，對于這樣一個動態(tài)過程的控制，其電源外特性也應有適應性的變化。要滿足上述兩個條件，需要有能動態(tài)調節(jié)電源外特性形狀的控制系統(tǒng)，同時具有瞬時抑制飛濺的功能。最新的波控理論為精細的短路過渡焊接電流波形控制，是從微觀的角度有效地抑制飛濺的產生提供了強有力的支持，要實現(xiàn)這一過程，同樣要求快速性的控制系統(tǒng)。對于純硬件電路控制系統(tǒng)，線路復雜，結構不緊湊，各部分之間很易相互干擾，并且只能實現(xiàn)簡單的單一的電源外特性的控制，很難實現(xiàn)快速的實時性的電源外特性調節(jié)；而目前有關CO2短路過渡電流波形控制一般采用單一CPU的單片機處理器或數(shù)字信號處理器控制，雖可以較好地進行單一任務或較少任務的焊接工藝過程的控制，但由于CPU的任務執(zhí)行是依靠逐條執(zhí)行指令來完成，而這些指令的執(zhí)行是分時進行的，對于如CO2短路過渡這樣一個復雜的動態(tài)工藝過程、且具有快速波控和實時外特性調節(jié)功能的多任務結構控制的控制系統(tǒng)，單一的CPU微機控制系統(tǒng)，很難實現(xiàn)多任務結構時間上的并置發(fā)生問題，同時很難實現(xiàn)實時性很強的復雜電源外特性算法的計算和快速的波控要求。
經對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，美國2002年發(fā)明專利，專利號6335511，專利名稱“Control method and apparatus for an arc welding system”(電弧焊系統(tǒng)的控制方法和裝置)，實現(xiàn)脈沖焊雙閉環(huán)的復雜控制系統(tǒng)，采用一個數(shù)字信號處理器只實現(xiàn)數(shù)字濾波和控制算法的實現(xiàn)，而其它重要功能(如脈沖信號發(fā)生器、電機的控制驅動等)很難在此數(shù)字信號處理器上同步實現(xiàn)，需采用其它的控制電路。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種短路過渡CO2焊的通信結構的數(shù)字控制系統(tǒng)，使其充分利用雙處理器的資源，有效地解決多任務系統(tǒng)的任務并置發(fā)生的時序問題和CO2短路過渡快速波控的問題，并利用處理器的通信能力，可方便地進行雙處理器之間的通信，合理地進行任務的分配，使此系統(tǒng)控制具有很強的實時性。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明控制系統(tǒng)包括數(shù)字信號處理器、單片機處理器、信號檢出電路、PWM驅動電路、時序控制電路、工藝選擇電路、人機交互系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集電路、故障電路，時序控制電路由時序控制信號隔離電路和時序控制開關組成；工藝選擇電路包括工藝選擇信號隔離電路和工藝選擇開關；人機交互系統(tǒng)由人機對話接口、過程參數(shù)設置鍵盤、液晶顯示模塊、過程開關和焊槍開關組成；數(shù)據(jù)采集電路包括模擬隔離電路和傳感電路；故障電路包括故障信號隔離電路、故障檢測電路、故障報警指示燈。其連接關系是數(shù)字信號處理器通過通信串口與單片機處理器連接，通過串口異步通信協(xié)議完成此二快速處理器之間的快速數(shù)據(jù)傳遞；數(shù)字信號處理器和傳感電路之間接有模擬隔離電路，在數(shù)字信號處理器和故障檢測電路之間及數(shù)字信號處理器和故障報警指示燈之間接有故障信號隔離電路，數(shù)字信號處理器通過PWM驅動電路輸出焊接電源控制信號，在單片機處理器和時序控制開關之間接有時序控制信號隔離電路；在單片機處理器和工藝選擇開關之間接有工藝選擇信號隔離電路；在過程參數(shù)設置鍵盤、液晶顯示模塊、過程開關、焊槍開關與單片機處理器之間接有人機對話接口；信號檢出電路與數(shù)字信號處理器和單片機處理器直接相連。
采用數(shù)字信號處理器是一個關鍵的技術，通過通信串口，數(shù)字信號處理器與單片機處理器連接，通過串口異步通信協(xié)議完成此二快速處理器之間的快速數(shù)據(jù)傳遞。對CO2動態(tài)短路過渡過程的控制是一個多任務的控制結構，而對各個任務的控制在時間上是并置發(fā)生，利用數(shù)字信號處理器和單片機處理器雙處理器合理地分配任務，有效地解決多任務結構的時間沖突問題，二者之間通過串口異步通信完成快速的數(shù)據(jù)傳遞。這樣利用數(shù)字信號處理器作為現(xiàn)場信息采集、處理，計算的信息處理器，利用單片機處理器作為現(xiàn)場控制、驅動、設置等的控制處理器，來完成CO2短路過渡復雜動態(tài)過程的多任務實時控制。
本發(fā)明另一個關鍵技術是單片機處理器和數(shù)字信號處理器均對信號檢出電路(電流有/無、短路/燃弧)進行檢測，以保證二處理器在焊接過程中的嚴格同步1)在單片機處理器的控制方面，主要在于焊接過程的啟動和停止及斷弧現(xiàn)象的檢測，當單片機處理器通過信號檢出電路檢出電流有時，在引弧時則啟動焊接過程；當檢出電流無時，正常情況則結束焊接過程，非正常情況則為斷弧現(xiàn)象。2)在數(shù)字信號處理器的控制方面，除了包括信號檢出電路在單片機處理器的控制方面的作用外，還進行短路和燃弧的檢測，當數(shù)字信號處理器通過信號檢出電路檢出短路時，進行短路期的控制；否則，進行燃弧期的控制。
本發(fā)明系統(tǒng)中，單片機處理器、時序控制信號隔離電路、時序控制開關組成焊接過程時序控制部分。通過下列三部分實現(xiàn)工藝參數(shù)設置、過程參數(shù)設置和現(xiàn)場參數(shù)顯示部分單片機處理器、工藝選擇信號隔離電路、工藝選擇開關實現(xiàn)工藝參數(shù)設置；由單片機處理器、人機對話接口、過程開關、焊槍開關、過程參數(shù)設置鍵盤組成過程參數(shù)設置部分；及由單片機處理器、人機對話接口、液晶顯示模塊組成現(xiàn)場參數(shù)顯示部分。由數(shù)字信號處理器、PWM驅動電路、傳感電路、模擬隔離電路組成參數(shù)采集和電源外特性及焊接電流波形控制部分。由數(shù)字信號處理器、故障檢測電路、故障信號隔離電路、故障報警指示燈組成故障診斷控制部分。在異步串行通信協(xié)議下單片機處理器和數(shù)字信號處理器的雙處理器通信。
本發(fā)明具有豐富的運算功能和快速計算能力，快速實時地進行動態(tài)短路過渡過程參數(shù)檢測和復雜電源外特性算法的實現(xiàn)，作為現(xiàn)場信息采集、處理，計算的信息處理器；利用單片機處理器強大的驅動控制能力實時地進行焊接工藝和焊接過程參數(shù)設置、CO2短路過渡過程時序控制、現(xiàn)場參數(shù)的動態(tài)顯示，作為控制、驅動、設置等的控制處理器；并進一步通過單片機處理器和數(shù)字信號處理器的通信能力，實現(xiàn)雙處理器之間的快速通信，構成基于雙處理器通信結構的CO2焊機的完整控制系統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明控制系統(tǒng)的硬件結構框圖
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明控制系統(tǒng)包括數(shù)字信號處理器1、單片機處理器2、信號檢出電路3、PWM驅動電路4、時序控制電路5、工藝選擇電路6、人機交互系統(tǒng)7、數(shù)據(jù)采集電路8、故障電路9，所述的時序控制電路5由時序控制信號隔離電路10和時序控制開關11組成；所述的工藝選擇電路6包括工藝選擇信號隔離電路12和工藝選擇開關13；所述的人機交互系統(tǒng)7由人機對話接口14、過程參數(shù)設置鍵盤15、液晶顯示模塊16、過程開關17和焊槍開關18組成；所述的數(shù)據(jù)采集電路8包括模擬隔離電路19和傳感電路20；所述的故障電路9包括故障信號隔離電路21、故障檢測電路22、故障報警指示燈23。其連接關系為數(shù)字信號處理器1通過通信串口與單片機處理器2連接，通過串口異步通信協(xié)議完成此二快速處理器之間的快速數(shù)據(jù)傳遞；數(shù)字信號處理器1和傳感電路20之間接有模擬隔離電路19，在數(shù)字信號處理器1和故障檢測電路22之間及數(shù)字信號處理器1和故障報警指示燈23之間接有故障信號隔離電路21，數(shù)字信號處理器1通過PWM驅動電路4輸出焊接電源控制信號，在單片機處理器2和時序控制開關11之間接有時序控制信號隔離電路10；在單片機處理器2和工藝選擇開關13之間接有工藝選擇信號隔離電路12；在過程參數(shù)設置鍵盤15、液晶顯示模塊16、過程開關17、焊槍開關18與單片機處理器2之間接有人機對話接口14。另外，信號檢出電路3與數(shù)字信號處理器1和單片機處理器2直接相連。
數(shù)字信號處理器1將數(shù)字信號處理器芯片(可采用美國TI公司的數(shù)字信號處理器芯片TMS320F240)通過通信串口與單片機處理器2連接，通過串口異步通信協(xié)議完成此二處理器之間的快速數(shù)據(jù)傳遞單片機處理器2在進行焊接過程時序控制時顯示的參數(shù)由數(shù)字信號處理器1傳遞給單片機處理器2；數(shù)字信號處理器1的電源外特性確定和波形控制算法確定需根據(jù)單片機處理器2傳遞過來的焊接工藝及過程參數(shù)，而在CO2短路過渡動態(tài)控制中焊接階段判斷則根據(jù)單片機處理器2傳遞得到具體的焊接階段信息，進行相應階段的電源外特性及波形控制算法的計算和控制輸出。
信號檢出電路3是本發(fā)明系統(tǒng)中的另一個主要發(fā)明，數(shù)字信號處理器1、單片機處理器2分別通過信號檢出電路3檢測焊接電流特征參數(shù)(電流有/無)和短路特征參數(shù)(短路/燃弧)。信號檢出電路3均與單片機處理器2和數(shù)字信號處理器1直接連接，進一步實現(xiàn)二處理器之間在焊接過程中的嚴格同步當單片機處理器2通過信號檢出電路3檢出電流有時，在引弧時則啟動焊接過程；當檢出電流無時，正常情況則結束焊接過程，非正常情況則為斷弧現(xiàn)象。數(shù)字信號處理器1的控制除了上述單片機處理器2的控制作用外，還進行短路和燃弧的檢測。當數(shù)字信號處理器1通過信號檢出電路3檢出短路時，進行短路期的控制；否則，進行燃弧期的控制。
本發(fā)明中的單片機處理器采用美國Atmel公司的單片機芯片AT89C51，TMS320F240與AT89C51構成雙處理器通信結構，實現(xiàn)短路過渡CO2焊接工藝多任務在二處理器上的任務分配，任務包括工藝參數(shù)設置、過程參數(shù)設置、焊接過程時序控制、現(xiàn)場參數(shù)顯示、電源外特性確定和波形控制算法確定、CO2短路過渡動態(tài)控制、故障診斷控制七個主要任務，其中單片機處理器分配前四個任務，數(shù)字信號處理器分配后三個任務。
本發(fā)明中，由單片機處理器2為核心的完成工藝參數(shù)設置、過程參數(shù)設置、焊接過程時序控制、現(xiàn)場參數(shù)顯示四個任務焊接過程時序控制是單片機處理器2經時序控制信號隔離電路10輸出控制信號來控制時序控制開關11，分別去控制電磁氣閥的開/關、送絲機開/關、慢送絲速度/正常送絲速度切換、焊接電源開/關；工藝參數(shù)設置是單片機處理器1經過工藝選擇信號隔離電路12、工藝選擇開關13對CO2/MAG焊接方法、實芯/藥芯焊絲材料、1.2mm/1.0mm焊絲直徑、一元化調節(jié)/個別調節(jié)參數(shù)調節(jié)方式、脈沖焊/直流焊焊接電流形式這5個工藝參數(shù)進行選擇；過程參數(shù)設置是單片機處理器2經過人機對話接口14進行現(xiàn)場的過程開關17和焊槍開關18進行檢測，然后由單片機處理器2經過人機對話接口14通過過程參數(shù)設置鍵盤15進行過程參數(shù)設置；現(xiàn)場參數(shù)顯示是單片機處理器2經過人機對話接口14通過液晶顯示模塊8進行顯示。
本發(fā)明中，由數(shù)字信號處理器1為核心的完成電源外特性確定和波形控制算法確定、CO2短路過渡動態(tài)控制、故障診斷控制三個任務電源外特性確定和波形控制算法確定是數(shù)字信號處理器1根據(jù)單片機處理器2傳遞過來的工藝參數(shù)和過程參數(shù)信息進行；CO2短路過渡動態(tài)控制一方面由數(shù)字信號處理器1經PWM驅動電路4輸出PWM控制信號去驅動焊接電源，另一方面由數(shù)字信號處理器1經傳感電路20和模擬隔離電路19實時檢測焊接電壓和焊接電流，在數(shù)字信號處理器1中進行處理，并進行電源外特性控制算法的計算，根據(jù)計算的結果，不斷地調整輸出的PWM控制信號，以達到要求的電源外特性的輸出，并結合由信號檢出電路3的電流有/無和短路/燃弧檢出信號進行焊接電流波形實時動態(tài)的控制；故障診斷控制是數(shù)字信號處理器1通過故障檢測電路22經故障信號隔離電路21對故障進行檢測，若數(shù)字信號處理器1檢測到發(fā)生故障，則在數(shù)字信號處理器1中進行故障診斷和故障處理，并經過故障隔離電路21向故障報警指示燈23發(fā)出相應的報警信號，其故障包括網壓的過壓和欠壓、功率元件的過熱、焊接電流的過流和功率開關元件的過流。
本發(fā)明的最突出優(yōu)點在于實時性較強的CO2短路動態(tài)過渡復雜精細過程的控制，很好地解決了靜態(tài)電源外特性、動態(tài)焊接電流波形控制的時間并置發(fā)生的問題，同時根據(jù)雙處理器合理的任務搭配，很好地完成CO2短路過渡過程中各特征階段精細的外特性調節(jié)控制，具有很強的實時性和可控性；同時充分利用數(shù)字信號處理器各種豐富的運算能力和快速運算的指令結構，對大量焊接現(xiàn)場信息的快速采集處理提供了強有利的支持，并進行任意電源外特性的計算和優(yōu)化控制規(guī)律的選擇；更進一步地，在數(shù)字信號處理器上方便的進行數(shù)字信號處理、專家數(shù)據(jù)庫的建立，使CO2短路過渡過程的控制提升到了數(shù)字化、信息化的高度上，在很大程度上使由它控制的CO2焊機具有先進、新穎、和高檔次。鑒于該技術在焊接設備及方法技術領域中很少開發(fā)應用，因此該開發(fā)成果在焊接領域具有一定的先進性和前沿性。
權利要求
1.一種短路過渡CO2焊的通信結構的數(shù)字控制系統(tǒng)，包括單片機處理器(2)、PWM驅動電路(4)、時序控制電路(5)、工藝選擇電路(6)、人機交互系統(tǒng)(7)、數(shù)據(jù)采集電路(8)、故障電路(9)，其特征在于，還包括數(shù)字信號處理器(1)、信號檢出電路(3)，其連接關系為數(shù)字信號處理器(1)通過通信串口與單片機處理器(2)連接，通過串口異步通信協(xié)議完成此二快速處理器之間的快速數(shù)據(jù)傳遞；數(shù)字信號處理器(1)和單片機處理器(2)同時與信號檢出電路(3)直接相連，進一步完成數(shù)字信號處理器(1)與單片機處理器(2)之間的嚴格同步；數(shù)字信號處理器(1)通過PWM驅動電路(4)輸出焊接電源控制信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的短路過渡CO2焊的通信結構的數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征是，時序控制電路(5)由時序控制信號隔離電路(10)和時序控制開關(11)組成，在單片機處理器(2)和時序控制開關(11)之間接有時序控制信號隔離電路(10)。
3.根據(jù)權利要求1所述的短路過渡CO2焊的通信結構的數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征是，工藝選擇電路(6)包括工藝選擇信號隔離電路(12)和工藝選擇開關(13)，在單片機處理器(2)和工藝選擇開關(13)之間接有工藝選擇信號隔離電路(12)。
4.根據(jù)權利要求1所述的短路過渡CO2焊的通信結構的數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征是，人機交互系統(tǒng)(7)由人機對話接口(14)、過程參數(shù)設置鍵盤(15)、液晶顯示模塊(16)、過程開關(17)和焊槍開關(18)組成，在過程參數(shù)設置鍵盤(15)、液晶顯示模塊(16)、過程開關(17)、焊槍開關(18)與單片機處理器(2)之間接有人機對話接口(14)。
5.根據(jù)權利要求1所述的短路過渡CO2焊的通信結構的數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征是，數(shù)據(jù)采集電路(8)包括模擬隔離電路(19)和傳感電路(20)，數(shù)字信號處理器(1)和傳感電路(20)之間接有模擬隔離電路(19)。
6.根據(jù)權利要求1所述的短路過渡CO2焊的通信結構的數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征是，故障電路(9)包括故障信號隔離電路(21)、故障檢測電路(22)、故障報警指示燈(23)，在數(shù)字信號處理器(1)和故障檢測電路(22)之間及數(shù)字信號處理器(1)和故障報警指示燈(23)之間接有故障信號隔離電路(21)。
全文摘要
一種短路過渡CO
文檔編號B23K9/09GK1613593SQ20041008454
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月25日 優(yōu)先權日2004年11月25日
發(fā)明者何建萍, 孫廣, 張春波, 李鑄國, 華學明 申請人:上海交通大學