基于单片机控制的水下脉动送丝焊接电源的研究

摘要

近年来，将微型单片机控制技术与逆变焊接电源相结合，开发新一代高性能焊机，是焊接领域重要的发展方向之一。本论文根据水下焊接技术的发展要求，使用单片机与逆变电源技术，针对水下焊接的特点，以获得优质的焊接接头和良好的焊接工艺性能为目标，研制了一套水下焊接电源系统，进行了以下三个方面的研究： 1、采用功能强大的80C196KC 16位单片机和IGBT逆变主电路，研制一套包括脉冲焊和平特性焊两种功能的水下焊接电源系统。该电源可以灵活选用两种焊接功能中的一种。对于脉冲焊，能够根据实际需要调整焊机输出电压脉冲的峰值电压和基值电压的作用时间。 2、采用步进电机设计制作了具有“一送一停”送丝特性的脉动送丝系统。该送丝系统的步进电机与送丝滚轮直接连接，去掉一般送丝系统的减速机构，使该送丝系统更加紧凑和容易维护。采用PLD(可编程逻辑器件)和步进电机驱动器共同构成步进电机控制电路，可以实现各种要求的脉动送丝方式。 3、建立脉冲焊与脉动送丝同步调控的焊接方式，并使用该焊接方式对药芯焊丝在空气和浅水中进行焊接实验。实验结果表明，脉冲焊与脉动送丝同步调控这种焊接方式不管在空气中还是在浅水下，在一定的频率范围内均可以有效控制药芯焊丝的短路过渡频率，获得飞溅小，短路过渡平稳均匀的焊接过程，同时能够提供足够的燃弧能量，使焊缝成形美观。 论文为设计水下焊接专用的弧焊电源作了探索性的研究，为从焊接设备入手提高水下焊缝质量作了积极而有益的尝试。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1单片机简介

1.2单片机控制的弧焊电源

1.2.1单片机控制弧焊电源的结构

1.2.2单片机控制弧焊电源的基本特点

1.2.3单片机控制弧焊电源的控制种类

1.2.4单片机控制弧焊电源的控制算法

1.3本课题研究背景、意义和主要研究内容

1.3.1研究背景

1.3.2主要研究内容

第二章水下焊接电源硬件设计

2.1焊接电源硬件系统总体设计

2.2焊接电源逆变主电路

2.3 PWM控制、驱动电路设计

2.3.1 PWM控制电路

2.3.2驱动电路

2.4单片机控制系统

2.4.1单片机最小系统

2.4.2键盘输入及数码显示电路

2.4.3硬件看门狗电路

2.4.4焊接方式选择电路

2.4.5反馈信号采集隔离电路

2.4.6焊接电压脉冲实现电路

2.5直流稳压电源

2.6 IGBT保护电路

2.6.1外部过电压的保护

2.6.2内部过电压的保护

2.6.3过电流保护

2.7焊机系统的抗干扰设计

2.7.1逆变主电路的抗干扰设计

2.7.2控制系统抗干扰设计

2.7.3软件抗干扰措施

本章小结

第三章脉动送丝系统设计与调试

3.1脉动送丝法概述

3.2脉动送丝系统设计

3.2.1送丝驱动电机选用

3.2.2脉冲信号发生电路

3.2.3脉冲分配电路

3.2.4由步进电机驱动器MA335B构成的控制电路

3.2.5 16V8芯片的软件设计

3.3脉动送丝系统调试及性能参数测定

3.3.1光电开关测速电路

3.3.2步进电机送丝速度的测定

本章小节

第四章脉冲焊与脉动送丝同步调控

4.1脉冲焊与脉动送丝同步调控原理及目的

4.1.1同步调控原理

4.1.2同步调控的目的

4.2焊机电压脉冲特性的获得

4.3脉冲送丝与脉冲焊同步调控的实现方法

本章小节

第五章单片机控制系统软件设计

5.1软件实现的功能及结构

5.2主程序设计

5.3反馈信号采集子程序

5.4中值滤波子程序

5.5键盘输入子程序

5.6数据显示子程序

5.7硬件看门狗子程序

5.8软件调试

本章小节

第六章焊机调试与同步调控焊接实验

6.1焊机调试

6.1.1单片机系统的调试

6.1.2 PWM控制电路调试

6.1.3 IGBT驱动电路调试

6.2同步调控焊接实验

6.2.1脉冲焊与脉动送丝同步调控在空气中焊接概况

6.2.2脉动送丝与脉冲焊同步调控水下焊接概况

6.2.3步进电机运转频率对焊缝成形的影响分析

6.2.4送丝脉动频率对焊缝成形的影响分析

本章小结

第七章软件使焊机实现平特性控制

7.1硬件系统总体设计

7.2单片机控制系统

7.3软件设计

7.3.1恒压输出特性程序整体设计

7.3.2 PI控制算法程序设计

7.3.3控制数据转换程序设计

本章小结

结论

1论文所做工作

2进一步设想和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢