基于MSP430逆变CO焊控制系统研究

摘要

随着我国国民经济的发展，钢的用量不断增加，其中很大一部分为焊接结构钢。随着产品中钢焊接结构应用的日益增多，焊接制造技术将影响产品的成本、质量，进而影响生产效益，必须予以重视。CO2焊接方法从上世纪50年代初问世以来，以其高效、节能和低成本等特点受到人们的极大关注。只有CO2气体保护焊的用量在全国范围大幅度增加，才能全面提高我国的焊接效率、降低生产成本，才能为实现焊接生产过程的机械化与自动化奠定必要的基础。大力推广CO2气体保护焊，对CO2焊机提出了更高的要求。尽管我国每年生产的焊机多达20多万套，但大部分是普通型的，对新型高性能的焊机的开发速度相对较慢，每年仍需从国外进口较多先进设备。在今后一段时间内，我国主要应重点开发功能更多、性能更好、效率更高的焊机，特别是气体保护焊机。 CO2焊的主要问题是飞溅、成形问题，随着焊接结构钢用量的增加，焊接生产对焊接效率问题也给予了越来越多的关注。本文分析了不同的波形控制对焊接飞溅、成形以及焊接速度的影响，确立了波形控制方案。在此基础之上，完成了MSP430单片机硬件系统的设计、调试，完成了IGBT逆变焊接电源的安装调试。在硬件平台上，依靠软件来实现波形控制及焊机的管理。 数字化焊接电源的软件正变得越来越复杂，继续采用传统的前后台系统编制软件已很难保证软件开发的效率、可靠性和安全性，必须用新的编程思想来取代原有的软件开发方式。嵌入式实时操作系统(RTOS)为用户软件的开发搭建了一个软件平台，在这个平台上开发用户软件变得简单、可靠，同时实时性好，可以适应数字化焊接电源的需要，保证数字化焊接电源的性能。本文在硬件平台基础上，移植成功μC/OS-ⅡRTOS，在RTOS平台上，完成波形控制CO2焊软件开发。 实验结果表明，在MSP430的硬件平台上，RTOS实现任务调度大约需要80us，可以满足焊接过程的需要。实际的焊接结果表明，焊接过程稳定，各种功能正常工作。焊接结果表明，依靠软硬件可以实现给定的波形控制。短路过程中实现双斜率，以降低飞溅，燃弧阶段可以对燃弧波形进行调节，以满足不同的焊接需要。实现了设计的要求。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2 CO2波形控制研究现状

1.2.1传统的控制方法

1.2.2脉冲诱导过渡

1.2.3基于能量控制的波形控制

1.2.4 STT表面张力过渡控制

1.2.5高速焊波形控制

1.2.6 DAC(Dynamic arc contro1)短路过渡控制法

1.3 CO2焊接电源研究现状

1.3.1 CO2焊主电路的发展

1.3.2 CO2焊控制电路的发展

1.4研究意义

1.5研究内容

第2章硬件设计

2.1总体目标

2.2总体方案设计

2.3主电路设计

2.4波形控制方案

2.4.1 CO2焊飞溅成因

2.4.2焊缝成形问题

2.4.3不同的焊接波形与焊接速度的关系

2.4.4波形控制方案

2.5单片机控制系统设计

2.5.1 MSP430F449微控制器

2.5.2外围接口电路设计

2.5.3波形控制电路设计

2.6本章小结

第3章软件设计

3.1引言

3.2前后台系统

3.3嵌入式实时操作系统

3.4 DSP或MCU控制数字化焊机软件系统特点

3.5 μC/OS-Ⅱ实时操作系统

3.6 μC/OS-Ⅱ在MSP430上的移植

3.6.1任务切换条件

3.6.2与处理器有关的文件代码

3.6.3任务切换的实现

3.6.4时钟节拍

3.7在μC/OS-Ⅱ环境下用户程序设计

3.7.1 RTOS环境下用户任务特点

3.7.2用户任务的建立

3.8本章小结

第4章试验及结果分析

4.1引言

4.2 RTOS实时性及调度验证

4.3波形控制方案的验证

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢