專利名稱：一種新型電腦控制的晶閘管整流弧焊電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型電腦控制的晶閘管整流弧焊電源，它屬于一種新型的數(shù)字控制式焊接設(shè)備。
現(xiàn)有技術(shù)中的弧焊電源是模擬控制晶閘管整流電源，采用帶平衡器的雙反星形可硅電路，并采取分離元件或集成塊。由于采用分離元件，產(chǎn)生性能分散，線性度差，溫度系數(shù)大，并容易老化，使電源經(jīng)常出現(xiàn)晶閘管中電流不平衡，冷熱態(tài)焊接規(guī)范有差異，焊接規(guī)范受網(wǎng)壓波動(dòng)波動(dòng)影響，電流計(jì)刻度不準(zhǔn)，尤其是控制板調(diào)試復(fù)雜，常需在線調(diào)試，難以更換，給用戶的維修保養(yǎng)帶來極大的不便。
本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，并保證同類焊機(jī)具有同樣的性能，擴(kuò)大微機(jī)控制的焊機(jī)的功能，使其具有更強(qiáng)的焊接適應(yīng)性。
本發(fā)明采用數(shù)字控制、離散模擬量，并使離散過程不受溫度、網(wǎng)壓等因素的影響的高精度基準(zhǔn)電源為參考，外特性及動(dòng)特性的控制由一定的算法來完成。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖;
圖2是本發(fā)明采用單片計(jì)算機(jī)時(shí)的結(jié)構(gòu)圖;
圖3是本發(fā)明采用單片計(jì)算機(jī)時(shí)的規(guī)范鑰匙的結(jié)構(gòu)圖;
圖4是本發(fā)明的焊接電源主電路的原理圖;
圖5是本發(fā)明的送絲驅(qū)動(dòng)電路原理圖;
圖6是本發(fā)明最佳實(shí)施例的16位電腦控制器結(jié)構(gòu)圖;
本發(fā)明的整流部分采用帶平衡電抗器的雙反星形可控硅電路1，本發(fā)明的弧焊電源的特性在于，其控制部分由同步信號(hào)發(fā)生器8、采樣放大電路3、A/D轉(zhuǎn)換器4、導(dǎo)通角控制5及計(jì)算機(jī)6組成;其中同步信號(hào)發(fā)生器8產(chǎn)生同步脈沖信號(hào)，分別傳給導(dǎo)通角控器6實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)和計(jì)算機(jī)5進(jìn)行同步采樣;由分流器2及分流電阻2′輸出的焊接電流、焊接電壓信號(hào)經(jīng)采樣放大器3放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換器4，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器4轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)5，與預(yù)先置入的給定焊接規(guī)范進(jìn)行比較，根據(jù)一定的算法確定出焊接電源與送絲驅(qū)動(dòng)電源電路中主晶閘管的控制角及對(duì)應(yīng)該控制角的時(shí)間常數(shù);導(dǎo)通角控器6在收到同步脈沖信號(hào)后立刻對(duì)計(jì)算機(jī)5預(yù)先寫入的對(duì)應(yīng)該控制角的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行減1計(jì)算并發(fā)出一控制脈沖信號(hào)，經(jīng)觸發(fā)電路7放大為觸發(fā)脈沖，觸發(fā)晶閘管控制焊接電流、焊接電壓。導(dǎo)通角控器6的核心是一可編程時(shí)間間隔定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片。焊接規(guī)范的預(yù)先置入的方式是，用戶在計(jì)算機(jī)6中存儲(chǔ)的焊接規(guī)范信息表中選擇，在焊前確定的。
本發(fā)明中的計(jì)算機(jī)在采用單片計(jì)算機(jī)時(shí)，其特征是其控制部分由單片計(jì)算機(jī)9、16位可編程定時(shí)器10、程序存儲(chǔ)器11、數(shù)字觸發(fā)器12、同步電路13、驅(qū)動(dòng)電路14、信號(hào)放大電路15、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路16、顯示電路17、功能鍵18、預(yù)置焊接規(guī)范的規(guī)范鑰匙19和單片計(jì)算機(jī)并行I/O接口20組成;安裝在單片計(jì)算機(jī)并行I/O接口20上的規(guī)范鑰匙19將焊接規(guī)范預(yù)先置入單片計(jì)算機(jī)9，與通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路16輸入的焊接電流、焊接電壓比較，經(jīng)單片計(jì)算機(jī)9確定出晶閘管的控制角，由16位可編程定時(shí)器10產(chǎn)生對(duì)應(yīng)該控制角的觸發(fā)脈沖，控制焊機(jī)的靜、動(dòng)特性;顯示電路17主要由并行I/O接口20和BCD譯碼器組成，實(shí)時(shí)顯示預(yù)置參數(shù)及焊接規(guī)范。
規(guī)范鑰匙19是由印刷插頭21和單片計(jì)算機(jī)9上的并行I/O接口20的芯片20a相連的插座20b組成，計(jì)算機(jī)9通過控制軟件對(duì)輸入的焊接規(guī)范進(jìn)行鎖定。
本發(fā)明在采用單片計(jì)算機(jī)時(shí)，單片計(jì)算機(jī)9采用MCS-51系列或MCS-96系列的8098單片計(jì)算機(jī)，程序存儲(chǔ)器10由74LS373及EPROM2764/27128組成，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路12由ADCO809構(gòu)成，規(guī)范鑰匙中I/O接口芯片采用8255芯片，16位可編程定時(shí)器13采用8253芯片。
如圖1所示，同步信號(hào)發(fā)生器8中的光電藕合器將同步變壓器輸出的同步正弦波轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，再由TTL邏輯門和RC電路在方波下沿產(chǎn)生一負(fù)脈沖，即同步脈沖信號(hào)。該同步脈沖信號(hào)有兩個(gè)作用，一是傳給導(dǎo)通角控器6，實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)，二是傳給計(jì)算機(jī)5進(jìn)行同步采樣;采樣放大電路3的主要元件是集成運(yùn)算放大器，其作用是將分流器2和分壓電阻2′上取得的焊接電流、焊接電壓線性放大至0-5伏，輸出給A/D轉(zhuǎn)換器4;A/D轉(zhuǎn)換器4將采樣來的焊接電流、焊接電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，輸出給計(jì)算機(jī)5;計(jì)算機(jī)5首先等待同步脈沖到來，到來時(shí)立刻進(jìn)行同步采樣，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器4輸入的焊接電流、焊接電壓的數(shù)字量根據(jù)預(yù)置的規(guī)范進(jìn)行規(guī)定的控制運(yùn)算，確定出應(yīng)寫入導(dǎo)通角控器6的對(duì)應(yīng)晶閘管的控制角的時(shí)間常數(shù)并進(jìn)行寫入;導(dǎo)通角控器6在收到同步信號(hào)發(fā)生器8輸入的同步脈沖信號(hào)后，立即以一定的時(shí)間間隔(時(shí)鐘)對(duì)由計(jì)算機(jī)5預(yù)先寫入的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行減1計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)完畢發(fā)出一個(gè)控制脈沖，經(jīng)觸發(fā)電路7放大后作為觸發(fā)脈沖觸發(fā)晶閘管，控制焊接電流、焊接電壓。導(dǎo)通角控器6將在下一個(gè)同步脈沖到來時(shí)啟用新的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行控制。
如圖2所示，單片計(jì)算機(jī)9將由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路16輸入的對(duì)應(yīng)焊接電流、焊接電壓的數(shù)字量，與預(yù)先置入的給定焊接規(guī)范進(jìn)行比較，根據(jù)一定的算法確定出焊接電源的送絲驅(qū)動(dòng)電路14中的主晶閘管的控制角，經(jīng)數(shù)字觸發(fā)器12和同步電路13轉(zhuǎn)換成同步觸發(fā)脈沖，在經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管，從而控制了焊接電流、焊接電壓。焊接規(guī)范的顯示、用于特性選擇的功能鍵18的掃描以及規(guī)范鑰匙19的識(shí)別均通過所擴(kuò)展的并行I/O接口來完成。如圖3所示，預(yù)先將焊接規(guī)范置入單片計(jì)算機(jī)9的規(guī)范鑰匙19的預(yù)置過程是當(dāng)不插入規(guī)范鑰匙19或其內(nèi)部開關(guān)全部斷開時(shí)，PA＝FFH;當(dāng)規(guī)范鑰匙19內(nèi)部開關(guān)全部接通時(shí)，PA＝O;單片計(jì)算機(jī)9根據(jù)PA來確定1.當(dāng)PA＝FFH時(shí)，顯示電路17顯示預(yù)置錯(cuò)誤;
2.當(dāng)0＜PA＜FFH時(shí)，則根據(jù)PA信息查表確定焊接規(guī)范;
選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換方式預(yù)置焊接規(guī)范時(shí)，可通過面板上的電流調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)電位器來預(yù)置焊接規(guī)范。
圖4為本發(fā)明的焊接電源主電路原理圖，也是計(jì)算機(jī)或單片計(jì)算機(jī)與焊接電源主電路的接線原理圖，計(jì)算機(jī)或單片計(jì)算機(jī)25上的接口上的a、b、c、d點(diǎn)分別為模擬地及焊接電流、電壓的采樣信號(hào)端;計(jì)算機(jī)或單片計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的兩組觸發(fā)脈沖經(jīng)b、e兩點(diǎn)首先觸發(fā)兩個(gè)小功率光控晶閘管24a、24b，再由光控晶閘管去觸發(fā)承受正向陽(yáng)極電壓的主晶閘管。
如圖5所示，送絲驅(qū)動(dòng)電路采用直流伺服電動(dòng)機(jī)27，其中點(diǎn)f為計(jì)算機(jī)或單片計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，首先觸發(fā)小功率光控晶閘管24，然后觸發(fā)主晶閘管25，調(diào)節(jié)電樞電壓，從而調(diào)節(jié)送絲速度;g點(diǎn)為計(jì)算機(jī)或單片計(jì)算機(jī)的一位I/O口線，用以控制送絲方向，當(dāng)g點(diǎn)為低電平時(shí)，繼電器26吸合回抽焊絲，反之g點(diǎn)為高電平時(shí)進(jìn)行正向送絲。
圖6為本發(fā)明最佳實(shí)施例的16位電腦控制器的結(jié)構(gòu)，其中單片計(jì)算機(jī)28采用MCS-51系列或MCS-96系列的8096或8098單片計(jì)算機(jī)，程序存儲(chǔ)器29采用74LS373，程序存儲(chǔ)器30采用4KB×8的2732芯片，用于存儲(chǔ)控制程序及數(shù)據(jù)表格?？刂破鞯耐獠靠偩€寬度為8位;并列I/O接口芯片采用8255芯片，用于擴(kuò)展顯示電路及預(yù)置電路中的功能鍵;兩片8253芯片組成同步移相觸發(fā)電路，即16位可編程定時(shí)器。該控制器的工作過程為8096通過其A/D通道上的o、p點(diǎn)采樣焊接電流、電壓，與由q點(diǎn)置入的給定量比較，通過一定算法求出晶閘管的控制角，將與控制角相對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)寫入8253芯片，由8253I在規(guī)定時(shí)刻發(fā)出觸發(fā)脈沖觸發(fā)晶閘管，使其導(dǎo)通，從而控制焊接電源的輸出特性。
由兩片8253芯片組成的同步移相觸發(fā)電路具有可編程性，它可根據(jù)焊接主電路的形式及同步參考脈沖T進(jìn)行編程，可適應(yīng)不同的觸發(fā)脈沖要求。對(duì)于帶平衡電抗器的雙反星形電路，若T為次級(jí)線電壓過零時(shí)刻的脈沖，使8253Ⅱ的計(jì)數(shù)器工作在硬件觸發(fā)方式選通。8253Ⅰ在G和G獲得正反兩個(gè)三相半波自然換相點(diǎn)時(shí)刻的同步脈沖。若8253Ⅰ的時(shí)間常數(shù)與晶閘管的控制角相對(duì)應(yīng)時(shí)，電焊機(jī)主電路32即可從M、M點(diǎn)得到兩路觸發(fā)脈沖。16位可編程計(jì)數(shù)器芯片8253具有六種工作方式，不僅同步脈沖形式可編程確定，輸出脈沖寬度亦可通過適當(dāng)編程而調(diào)整。
應(yīng)用于本發(fā)明的弧焊電源與焊機(jī)組成的系統(tǒng)的控制軟件可分為四大部分1.焊前準(zhǔn)備;2.引弧控制;3.焊接階段控制;4.收弧控制;
系統(tǒng)通電后，自動(dòng)進(jìn)入焊接前準(zhǔn)備階段的控制，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，即規(guī)定各接口芯片的工作方式，使焊接電源和送絲電路中晶閘管的導(dǎo)通角為零;然后對(duì)插入的規(guī)范鑰匙進(jìn)行識(shí)別，判斷焊接規(guī)范的預(yù)置方式，通過A/D轉(zhuǎn)換或查表確定焊接規(guī)范并顯示。本系統(tǒng)設(shè)置了六個(gè)功能鍵，即“增”、“減”、“進(jìn)”、“退”、“焊”、“停”，在焊接規(guī)范預(yù)置完成后，計(jì)算機(jī)便依次掃描這些功能鍵，當(dāng)預(yù)置規(guī)范由查表獲得，通過“增”和“減”可在一定范圍內(nèi)調(diào)整焊接電流;“進(jìn)”和“退”用于焊前調(diào)整焊絲;焊接啟焊鍵一按下，系統(tǒng)就進(jìn)入引弧過程;引弧方式為慢送絲回抽引弧，該過程結(jié)束是以焊接電壓采樣是否大于20V來確定。引弧過程結(jié)束即進(jìn)入焊接控制過程，程序通過電流負(fù)反饋PID運(yùn)算控制電源特性和電壓正反饋PI運(yùn)算調(diào)節(jié)送絲速度，并計(jì)算和顯示實(shí)際焊接電流、電壓的平均值，若焊接電壓大于45V，則立即切斷電源，也可按下“?！辨I使系統(tǒng)進(jìn)入收弧階段。
本發(fā)明的弧焊電源的線路簡(jiǎn)單，元件少，工作可靠，通用性強(qiáng);焊接規(guī)范的輸入可用簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話，通過鍵盤輸入，并可進(jìn)行數(shù)字顯示，操作十分方便;本發(fā)明的弧焊電源能提供恒流、恒壓、恒功率和斜特性，并且還可按用戶需求提供任意形狀外特性的功能;對(duì)焊接電流從40A到250A之間，各種規(guī)格焊條的焊接指標(biāo)均能滿足要求，尤其是弱規(guī)范時(shí)，甚至在焊接電流在20-30A時(shí)，用Φ2mm的焊條仍能正常起弧、穩(wěn)定燃燒，工藝性良好，同時(shí)也可適用于埋弧自動(dòng)焊和氣體保護(hù)焊的要求。
權(quán)利要求
1.一種新型電腦控制晶閘管整流弧焊電源，其整流部分采用帶平衡電抗器的雙反星形可控硅電路1，本發(fā)明的弧焊電源的特性在于，其控制部分由同步信號(hào)發(fā)生器8、采樣放大電器3、A/D轉(zhuǎn)換器4、導(dǎo)通角控器5及計(jì)算機(jī)6組成；其中同步信號(hào)發(fā)生器8產(chǎn)生同步脈沖信號(hào)，分別傳給導(dǎo)通角控器6實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)和計(jì)算機(jī)5進(jìn)行同步采樣；由分流器2及分流電阻2′輸出的焊接電流、焊接電壓信號(hào)經(jīng)采樣放大器3放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換器4，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器4轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)5，與由規(guī)范鑰匙4′預(yù)先置入的給定焊接規(guī)范進(jìn)行比較，根據(jù)一定的算法確定出焊接電源與送絲驅(qū)動(dòng)電源電路中主晶閘管的控制角及對(duì)應(yīng)該控制角的時(shí)間常數(shù)；導(dǎo)通角控器6在收到同步脈沖信號(hào)后立刻對(duì)計(jì)算機(jī)5預(yù)先寫入的對(duì)應(yīng)該控制角的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行減1計(jì)算并發(fā)出一控制脈沖信號(hào)，經(jīng)觸發(fā)電路7放大為觸發(fā)脈沖，觸發(fā)晶閘管控制焊接電流、焊接電壓。導(dǎo)通角控器6的核心是一可編程時(shí)間間隔定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片。
2.由權(quán)利要求1所述的弧焊電源，計(jì)算機(jī)采用單片計(jì)算機(jī)時(shí)，其特征是其控制部分由單片計(jì)算機(jī)9、16位可編程定時(shí)器10、程序存儲(chǔ)器11、數(shù)字觸發(fā)器12、同步電路13、驅(qū)動(dòng)電路14、信號(hào)放大電路15、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路16、顯示電路17、功能鍵18、預(yù)置焊接規(guī)范的規(guī)范鑰匙19和單片計(jì)算機(jī)并行I/O接口20組成;安裝在單片計(jì)算機(jī)并行I/O接口20上的規(guī)范鑰匙19將焊接規(guī)范預(yù)先置入單片計(jì)算機(jī)9，與通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路16輸入的焊接電流、焊接電壓比較，經(jīng)單片計(jì)算機(jī)9確定出晶閘管的控制角，由16位可編程定時(shí)器10產(chǎn)生對(duì)應(yīng)該控制角的觸發(fā)脈沖，控制焊機(jī)的靜、動(dòng)特性;顯示電路17主要由并行I/O接口20和BCD譯碼器組成，實(shí)時(shí)顯示預(yù)置參數(shù)及焊接規(guī)范。
3.由權(quán)利要求2所述的規(guī)范鑰匙19是由印刷插頭21和單片計(jì)算機(jī)9上的并行I/O接口20的芯片20a相連的插座20b組成，計(jì)算機(jī)9通過控制軟件對(duì)輸入的焊接規(guī)范進(jìn)行鎖定。
4.由權(quán)利要求2所述的弧焊電源，其特征是(1)單片計(jì)算機(jī)9采用MCS-51系列或MCS-96系列的8098單片計(jì)算機(jī);(2)程序存儲(chǔ)器10由74LS373及EPROM2764/27128組成;(3)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路12由ADCO809構(gòu)成;(4)規(guī)范鑰匙中I/O接口芯片采用8255芯片;(5)16位可編程定時(shí)器13采用8253芯片。
全文摘要
本發(fā)明是屬于數(shù)字控制式電腦控制的晶閘管整流弧焊電源，其整流部分采用帶平衡電抗器的雙反星形可控硅電路，其控制部分由同步信號(hào)發(fā)生器、采樣放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、導(dǎo)通角控器及計(jì)算機(jī)組成；計(jì)算機(jī)將對(duì)應(yīng)焊接電流及電壓的數(shù)字量與預(yù)先置入的給定焊接規(guī)范進(jìn)行比較，根據(jù)一定算法確定出焊接電源送絲電路中主晶閘管的控制角，經(jīng)控制電路轉(zhuǎn)換為同步觸發(fā)脈沖觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管，從而控制了焊接電流及電壓。
文檔編號(hào)B23K9/095GK1091686SQ9310199
公開日1994年9月7日 申請(qǐng)日期1993年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月1日
發(fā)明者李鶴岐, 馬躍洲, 肖果明 申請(qǐng)人:甘肅工業(yè)大學(xué)