PMIG焊机控制系统的改进与USB接口设计

摘要

脉冲MIG焊是一种焊接质量较高的熔化焊方法，它的突出优点表现为：熔滴处于受控状态下进行，因而均匀可靠，飞溅很少，焊缝成型美观；特别是这种焊接方法可以采用很宽的电流调节范围，包括短路过渡到喷射过渡的所有电流区域，既能焊接厚板，也能焊接薄板，焊接薄板时与短路过渡比较有熔透性好、变形小、焊接效率高等特点；采用脉冲电流后，可采用较小的平均电流进行焊接，平均电流比GMAW焊时的连续电流喷射过渡的临界电流低，因此母材的热输入量低，焊接变形小，适用于全位置焊接；熔滴过渡过程可控性比较强。因此它在生产上得到了重视，特别是自动焊焊接时对焊接质量和精度要求比较高的场合更是如此。 本文针对硬开关方式随着逆变频率的增加引起的开关损耗大、电磁干扰严重等问题，采用了FB-ZVZCS全桥逆变软开关技术，在电源输出的全范围内实现超前臂的零电压开通和滞后臂的零电流关断。 相比于传统的采用电压模式的恒流控制系统，本文以UC3846为控制器件，采用了峰值电流模式双闭环控制，使得输出电流波形纹波较小，动态性能良好。 对于脉冲MIG焊，除了需要稳定的电流输出以外，送丝速度的稳定性是衡量焊接质量的重要因素，本文采用基于速度负反馈的送丝调速系统，在送丝阻力变化、电网电压波动或电机性能存在一定差异的情况下，该系统均可以稳定输出，为进一步提高脉冲MIG焊接工艺质量打下了基础。 另外，显示功能完善与否也是一台焊机好坏的重要标志，而随着数字化焊机的发展，其必须要适应计算机以及网络化管理的要求，这就要求焊接电源要具备与上位机可靠通信的功能。本文针对脉冲MIG焊的特点设计了人性化的显示面板，方便用户设置与读取基、峰值参数。还在显示面板上设计了方便与主机通信的LJSB接口，为与PC机通信提供了基础，也为更好的对焊机进行实时控制提供了有力的保障。 实验证明，本文以英飞凌公司的XC164CS单片机为控制核心，设计开发的一套脉冲MIG焊过程控制系统，以及以TI公司的MSP430单片机为核心设计的显示面板，实现了焊接参数调节显示、与主机通信，等速送丝以及具有恒流特性的电源控制。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1脉冲MIG焊接技术的研究现状

1.2脉冲MIG焊机控制系统的研究现状与意义

1.3焊机USB通信接口的研究意义

1.4研究内容

第2章 MIG焊机硬件系统设计

2.1系统总体方案

2.1.1主电路部分

2.1.2单片机控制系统总体方案

2.2脉冲MIG焊机控制系统总体硬件设计

2.2.1 数字处理芯片的选择

2.2.2 XC164CS-16F控制系统硬件构成

2.3硬件系统抗干扰设计

2.3.1 电磁干扰与抑制电磁干扰的原则

2.3.2硬件的抗干扰设计

2.4本章小结

第3章恒流及送丝系统设计

3.1双闭环恒流控制系统设计

3.1.1控制模式选择

3.1.2 UC3846芯片介绍以及外围电路设计

3.2送丝调速系统设计

3.2.1送丝机调速控制方案的选择

3.2.2送丝调速系统的设计

3.2.3 F/V转换

3.2.4 PWM设计

3.3本章小结

第4章显示面板设计

4.1 显示面板控制芯片选择

4.2显示面板硬件电路设计

4.2.1按键电路设计

4.2.2数字编码器接口设计

4.2.3与主控板485通信

4.3 USB接口方案设计

4.3.1接口芯片选择

4.3.2硬件设计方案

4.3.3软件设计方案

4.4显示板其他程序设计

4.4.1键盘子程序

4.4.2 485通信子程序

4.5本章小结

第5章 MIG焊机控制系统软件设计

5.1总体设计

5.2 XC164CS单片机开发环境简介

5.2.1 XC164CS开发方法

5.2.2软件简介

5.3控制板主程序结构设计

5.3.1主程序模块

5.3.2引弧、收弧子程序

5.3.3 485通信子程序

5.3.4 A/D子程序

5.3.5 D/A子程序

5.3.6 正常焊接子程序

5.3.7弧长PI控制算法设计

5.4软件抗干扰设计

5.5本章小结

第6章实验结果及分析

6.1送丝系统性能测试

6.2双闭环恒流系统性能测试

6.2.1恒流外特性测试

6.2.2电源动特性测试

6.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢