全数字化数控逆变焊机制造技术

一种焊接技术领域的全数字化数控逆变焊机，本发明专利技术中，电流信号处理模块和电压信号处理模块分别采集焊接的电流和电压，并将电流和电压信号统一为０至５Ｖ的直流信号输给ＡＲＭ微处理器；ＡＲＭ微处理器根据测量得到电流和电压产生ＰＷＭ脉冲信号，ＰＷＭ信号传输给ＩＧＢＴ驱动模块；ＩＧＢＴ驱动模块将ＰＷＭ脉冲信号转换为能够直接驱动ＩＧＢＴ管工作的信号，从而控制逆变器的输出；人机界面液晶显示模块与ＡＲＭ微处理器连接，显示焊接工况和历史记录等信息；按键输入模块将按键信息转换为高低电平信号，同时产生按键中断；保安动作识别模块判断报警内容并输出控制信号保护焊接设备和焊接人员安全。本发明专利技术通过ＡＲＭ微处理器实现焊机全数字化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种焊接
的装置，具体是一种全数字化数控逆变焊机。
技术介绍
近十年来，现代电力电子技术、计算机微电子信息和自动化控制技术的发 展，极大地推动了焊接设备控制技术和自动化水平的提高，然而弧焊设备的研 究和制造水平与正在蓬勃发展的国民经济仍不相适应。在产品的品种、树立、 质量、性能和自动化程度等方面还远远不能满足各部门的使用要求，特别是高 速、高效、高性能的数字化控制的焊接设备方面，跟国外还有很大的差距。传统逆变焊机的电源电路结构如图1所示，图中c虚线框中的电子控制系统和D虚线框中给定反馈系统作为逆变弧焊电源的主控制系统，通过将电弧电 压、电流值与给定的电压，电流值进行比较放大，利用PWM控制器产生和调节 驱动脉冲，控制电子功率开关的通断，从而达到控制电弧的电压、电流输出。模拟控制技术经过20多年的应用和发展，已经非常成熟，但其存在很多固 有的缺点控制电路的元器件多，电路复杂，所占的体积大；灵活性差，硬件 电路设计好后，控制策略就无法改变；由于所采用器件特性的差异，致使电源 一致性差，调试周期长；由于模拟器件的温度稳定性和老化问题，使得模拟器 件的控制精度降低，可靠性下降；模拟器件工作点的漂移，导致系统参数的漂 移；很难实现逆变电源的并联。虽然目前国内已经出现不少数字化焊机，大都是在焊机电源主电路中采用 数字化电子功率开关器件，如M0SFET或IGBT，也有在控制电路中采用MCU (单 片微处理器)或DSP (数字信号处理器)为核心，鉴于单片微处理器和DSP的局 限性，只能实现焊机的部分数字化，即模拟和数字并存
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，提供了一种全数字化数控逆变焊机，使 其通过提高焊机电源的控制精度、可扩展性及可靠性，实现焊机功率因数的大 幅度提高，开发出生产高效、智能、先进的全数字化数控逆变焊机。本专利技术是通过如下技术方案实现，本专利技术包括电流信号处理模块、电压信号处理模块、ARM微处理器、IGBT驱动模块、人机界面液晶显示模块，按键 输入模块和保安动作识别模块，其中电流信号处理模块和电压信号处理模块分别采集焊接的电流和电压，并将电流和电压信号统一为0至1V的直流信号，输给ARM微处理器；ARM微处理器将电流信号处理模块和电压信号处理模块输入的模拟信号转 换为数字信号，根据测量得到电流和电压产生PWM (脉宽调制)脉冲信号，PWM 信号传输给IGBT驱动模块；IGBT驱动模块将PWM脉冲信号转换为能够直接驱动IGBT管工作的信号，从 而控制逆变器的输出；人机界面液晶显示模块通过ARM微处理器的外部数据地址线与ARM微处理 器连接，ARM微处理器将焊接工况和历史记录等信息输出到液晶显示器中显示；按键输入模块将按键信息转换为高低电平信号，同时产生按键中断，通知 ARM微处理器读取按键信息并做出响应动作，实现外部数据的输入，与人机界面 液晶显示模块互动工作，实现人机互动；保安动作识别模块利用中断实时检测报警信号，判断报警内容并按照保安 动作规定向ARM微处理器的10端口， ARM微处理器输出控制信号保护焊接设备 和焊接人员安全，并将报警内容传输给人机界面液晶显示模块显示。所述A賜微处理器，其中的A/D转换器将模拟电流、模拟电压信号输入以数 字量的形式读出，并得到实时的电流电压值。所述ARM微处理器，其实现焊接电源外特性控制功能，将PWM脉冲信号输入 到IGBT驱动模块，完成对弧焊电流、电压的精确控制。所述ARM微处理器，通过计时器和逻辑标志，实现焊接工艺时序精确控制， 根据焊接工艺的时序要求，实现送气、引弧、维弧、短路过渡等工作。所述ARM微处理器，其利用通信设备，接收来自PC或其他设备的通信指令, 分析通信内容后做出相应的回应，并提供焊机状态査询、焊接工艺参数的设置 等功能。所述ARM微处理器，其实时检测保安动作识别模块产生的报警信号，控制 IGBT驱动模块做出保安动作，同时将报警信息输出到人机界面液晶显示模块。所述ARM微处理器，其负责人机界面和键盘输入的互动，实现菜单切换， 设定值输入，将焊接工况和历史记录等信息输出到人机界面液晶显示模块中显示。本专利技术全数字化数控逆变焊机是对传统焊机的电子控制系统和给定反馈系 统进行全面数字化。通过采用ARM微处理器，利用信号处理电路将传感器采集 的电流、电压信号转换为固定范围的电压信号，输入给ARM微处理器的10位A/D 转换器。有A/D转换器将模拟信号变为数字信号；电流、电压的给定值也以数 字形式，由按键输入到ARM微处理器；ARM微处理器基于PID数字控制算法和模 糊控制规则进行运算，产生PWM脉冲序列；PWM信号驱动电路，控制弧焊电源逆 变电路功率开关器件的通断，实现弧焊电源输出电压和电流的精确控制。ARM微 处理器通过对电流电压的判断来区分引弧、维弧、短路过渡等不同阶段，采取 不同的控制策略，实现焊接电弧的稳定和熔滴过渡的平稳。ARM微处理器通过液 晶显示驱动电路将焊接相关信息显示到人机界面液晶显示模块上。与现有技术相比，本专利技术包括如下有益效果本专利技术采用ARM微处理器为核心，具有32位的高性能，事件管理能力强， 运行速度快，数据处理能力强，自带高速模数转换和PWM控制器的特点，构成 嵌入式控制系统，在低成本的前提下，提高控制的精度和实时性，控制速度提 高了 10倍。本专利技术利用ARM微处理器的JTAG接口，实现焊机控制软件的在线调试，在 线升级。使得焊机改进升级容易，只需修改软件程序，无需变动硬件电路，縮 短了开发周期30%左右；本专利技术通过软硬件结合实现对焊接电源的外特性、调节特性和动特性的控 制，使控制系统更加灵活，可在一台焊机上实现氩弧焊，埋弧焊，气体保护焊 等焊接工艺。本专利技术利用ARM微处理器对信息处理识别的能力，可进行故障的自我诊断， 便于焊机的日常维护；本专利技术利用ARM微处理器强大的通信能力，可以与机器人接口形成自动化 焊接系统，并可实现多台焊机大规模并联运行系统；本专利技术利用大容量外部存储芯片，实现大量参数的专家系统的存储，操作 者只需要按动操作界面上的按钮便可方便地调用焊接所需的参数进行焊接。本专利技术利用ARM微处理器在连网方面的优势，可以使弧焊电源的具有网络 连接功能，实现焊接过程的网路化管理与监控。这对焊接质量的控制和提高， 焊接制造过程的敏捷性具有重要意义，并使焊机的远程故障诊断与维护成为可 能。附图说明图1是传统逆变悍机的电源电路结构图2是基于ARM控制的全数字化数控逆变焊机结构示意框图3基于ARM的全数字焊接电源功能图； 图4是弧焊电流电压处理模块结构框图5是本专利技术的实施例中LPC2210ARM微处理器功能连接示意图； 图6是IGBT驱动模块结构框图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方 案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的 保护范围不限于下述的实施例。如图2所示，本实施例包括包括电流信号处理模块、电压信号处理模 块、IGBT驱动模块、人机界面液晶显示模块、按键输入模块、保安动作识别模 块和ARM微处理器，其中所述ARM微处理器，采用飞利浦公司的LPC2210 32位ARM7TDMI-S微处理 器。以下简称LPC2210。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全数字化数控逆变焊机，其特征在于，包括：电流信号处理模块、电压信号处理模块、ＡＲＭ微处理器、ＩＧＢＴ驱动模块、人机界面液晶显示模块，按键输入模块和保安动作识别模块，其中：　电流信号处理模块和电压信号处理模块分别采集焊接的电流和电压，并将电流和电压信号统一为直流信号，输给ＡＲＭ微处理器；　ＡＲＭ微处理器将电流信号处理模块和电压信号处理模块输入的模拟信号转换为数字信号，根据测量得到电流和电压产生ＰＷＭ脉冲信号，ＰＷＭ信号传输给ＩＧＢＴ驱动模块；　ＩＧＢＴ驱动模块将ＰＷＭ脉冲信号转换为能够直接驱动ＩＧＢＴ管工作的信号，从而控制逆变器的输出；　人机界面液晶显示模块通过ＡＲＭ微处理器的外部数据地址线与ＡＲＭ微处理器连接，ＡＲＭ微处理器将焊接工况和历史记录等信息输出到液晶显示器中显示；　按键输入模块将按键信息转换为高低电平信号，同时产生按键中断，通知ＡＲＭ微处理器读取按键信息并做出响应动作，实现外部数据的输入，与人机界面液晶显示模块互动工作，实现人机互动；　保安动作识别模块利用中断实时检测报警信号，判断报警内容并按照保安动作规定向ＡＲＭ微处理器的ＩＯ端口，ＡＲＭ微处理器输出控制信号保护焊接设备和焊接人员安全，并将报警内容传输给人机界面液晶显示模块显示。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶玲平，
申请(专利权)人：叶玲平，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]