專利名稱：全數(shù)字逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)，該熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)主
要應(yīng)用于各類金屬材料的高速、高質(zhì)量半自動(dòng)或全自動(dòng)焊接。
背景技術(shù)：
逆變技術(shù)在弧焊電源中的應(yīng)用已十分普遍,現(xiàn)今主流的熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)也多采用逆變方式。如圖1所示，按電1功能分類，可將逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)劃分為三個(gè)系統(tǒng)功率系統(tǒng)1()()、饋絲系統(tǒng)500和控制系統(tǒng)200。逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)即是在控制系統(tǒng)的有效監(jiān)視和有序控制下使功率系統(tǒng)與饋絲系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，將電網(wǎng)高壓I下:旋交流電轉(zhuǎn)換成低壓脈動(dòng)直流電并最終通過焊接M路完成電能到熱能的轉(zhuǎn)換。[0003] 功率系統(tǒng)100通常包括一次整流濾波、-一次逆變、主變壓器、二次整流濾波、輸出回路等五個(gè)部分；饋絲系統(tǒng)500通常包括送絲機(jī)電源和送絲機(jī)電機(jī)等兩個(gè)部分?？刂葡到y(tǒng)200通常包括輔助電源、網(wǎng)壓檢測、原邊電流反饋、焊接電流反饋、電弧電壓反饋、功率單元的溫度反饋、送絲速度反饋、電機(jī)電流反饋、焊矩開關(guān)狀態(tài)檢測、冷卻單元控制及驅(qū)動(dòng)、保護(hù)氣體通斷控制及驅(qū)動(dòng)、-'次逆變驅(qū)動(dòng)、饋絲系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、定吋器、吋序控制邏輯、波形發(fā)生、電壓環(huán)、電流環(huán)、信號(hào)調(diào)理、誤差計(jì)算、比例積分運(yùn)算、功率系統(tǒng)P翻、饋絲系統(tǒng):P麗、人機(jī)交互界面220(包括鍵盤、開關(guān)、調(diào)節(jié)旋鈕、電位器等及LED指示燈、指針式表頭、數(shù)字表頭、LED數(shù)碼管、LEI)表頭、LCD顯示器及其它類似部件)等二卜四個(gè)部分。 如圖2所示，普通逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)的控制系統(tǒng)200的核心功能單兀21()，包括電壓環(huán)、電流環(huán)、信號(hào)調(diào)理、誤差計(jì)算、定時(shí)器、時(shí)序控制邏輯、波形發(fā)生、比例積分運(yùn)算、功率系統(tǒng)P麗、饋絲系統(tǒng)P麗等十個(gè)部分。 為了提卨'性能,有的逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)的控制系統(tǒng)2()()的核心功能往往采用半數(shù)字式或有限可編程式。如圖3所示，半數(shù)字式逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)的控制系統(tǒng)200的核心功能申.元210，由微控制器或申.片機(jī)(MCU)230完成定時(shí)器、時(shí)序控制邏輯、電壓環(huán)、波形發(fā)生等單元的功能，由模擬電路、模數(shù)混合電路和專用P麗電路(圖
屮沒有顯示)完成信號(hào)調(diào)理、誤差計(jì)算、電流環(huán)、比例積分運(yùn)算、功率系統(tǒng)PW:M:、饋絲系統(tǒng)p麗
等單元的功能。兩種焊機(jī)程度不同的存在如下主要問題系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、-一致性較差、可
靠性較差、穩(wěn)定性較差、輸出特性單調(diào)、功能較少較難拓展，無法滿足高端或特殊用戶的使
用需求。

實(shí)用新型內(nèi)容木實(shí)用新型的目的是提供了一種能夠提高可靠性、一致性和穩(wěn)定性的且能大量減
少元器件用量從而降低生產(chǎn)成本的全數(shù)字逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是, 一種全數(shù)字逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)烀機(jī)，包括 功率系統(tǒng)，具有一次整流濾波、一次逆變、主變壓器、二次整流濾波、二次逆變、輸出M路，及 饋絲系統(tǒng)，貝仃送絲機(jī)電源及送絲機(jī)電機(jī)， 響應(yīng)f 一個(gè)控制信號(hào)，功率系統(tǒng)與饋絲系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn),將電網(wǎng)高壓正旋交流電轉(zhuǎn) 換成低壓脈動(dòng)直流電，通過焊接回路完成電能到熱能的轉(zhuǎn)換；禾口 控制系統(tǒng)，監(jiān)視和控制功率系統(tǒng)與饋絲系統(tǒng)，具有輔助電源、網(wǎng)壓檢測、原邊電流 反饋、焊接電流反饋、電弧電壓反饋、功率單元的溫度反饋、送絲速度反饋、電機(jī)電流反饋、 焊矩開關(guān)狀態(tài)檢測、冷卻申.元控制及驅(qū)動(dòng)、保護(hù)氣體通斷控制及驅(qū)動(dòng)、一次逆變驅(qū)動(dòng)、饋絲 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、人機(jī)交力:界面，以及包含電壓環(huán)、電流環(huán)、信號(hào)調(diào)理、誤差計(jì)算、定時(shí)器、時(shí)序控制
邏輯、波形發(fā)生、比例積分運(yùn)算、功率系統(tǒng)pwm、饋絲系統(tǒng)pw:m:的核心功能單元； 其特征在于，所述控制系統(tǒng)的核心功能單元是數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)或者數(shù)字信
號(hào)處理器(Ds:p)。 作為優(yōu)選，所述的數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)的型號(hào)為TMS320F28x，該TMS320F28x包 括 C28 X 32位CPU (DSC),用T數(shù)據(jù)的存取、運(yùn)算、管理和輸入./輸出的控制； 外設(shè)總線，CPU通過外部總線連接且管理外部設(shè)備； 中斷管理單元，對(duì)外設(shè)總線所掛接的外部設(shè)備產(chǎn)生的瞬變事件作出高速響應(yīng)處 理； 存儲(chǔ)器總線，其連接CPU及閃爍存儲(chǔ)器(FLASH)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MM)、只讀存儲(chǔ) 器(國)。 作為優(yōu)選，所述C28 X 32位CPU (DSC)包括 32x32乘法器，進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算； 讀-修改-寫算術(shù)邏輯單元(R-M-W ALU); 32位浮點(diǎn)申.元，通過CPU內(nèi)部總線或/和存儲(chǔ)器總線及外設(shè)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳 遞； 32位定時(shí)器； 實(shí)時(shí)JTAG單元，用于DSC的調(diào)試和仿真。 作為優(yōu)選，所述外設(shè)總線連接sc]:、 s:p:[、 :12c、 can、 ca:p、 qe:p、 p麗、adc等外部設(shè)備接口。 由于本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)比起現(xiàn)有逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)的 控制系統(tǒng)減少丫約30%的元器件，根據(jù)可靠性工程的相關(guān)理論,這極大地提高丫焊機(jī)的可
靠性。木實(shí)用新型最大限度地減少了模擬電路的使用，其一致性和穩(wěn)定性都取得很大的提
高，數(shù)字技術(shù)也人幅度改善了系統(tǒng)控制的精度。本實(shí)用新型釆用的數(shù)字信號(hào)控制器DSC或 數(shù)字信號(hào)處理器DSP具有高速運(yùn)算和控制能力(這是MCU所無法比擬的)，可實(shí)現(xiàn)各種輸出
特性的控制,可實(shí)現(xiàn)各類強(qiáng)大的功能,例如，多種焊接方式、多種操作方式以及通過變更軟 件實(shí)現(xiàn)完全不同的功能(其它形式的電源)。本實(shí)用新型有利f自動(dòng)化焊接的聯(lián)網(wǎng)作業(yè),便 于牛產(chǎn)調(diào)試及售后維護(hù)，能夠滿足高端或特殊用戶的使用需求。

——F面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)木實(shí)用新型作進(jìn)一步洋細(xì)說明。[0027] 圖1是逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)電氣功能分類框圖。 圖2是普通逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)控制系統(tǒng)核心功能框圖。 圖3是平數(shù)字逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)控制系統(tǒng)核心功能框圖。 圖4是本實(shí)用敘型電(功能分類框圖。 圖5是圖4中數(shù)？:倍號(hào)控制器(I)SC)的結(jié)構(gòu)框圖。 圖5中，P麗-脈沖寬度他j制器模塊，ADC-模./數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊，QEP-積分編碼脈沖
模塊，cap-捕捉申.元，g:p:[()-通用數(shù)字輸入輸出，s:p:[-同步串行接口， sc:卜串行通訊接口，
McBSP-多通道緩沖串行端口 ， I2C-內(nèi)部整合串行接口 ， CAN-控制局域網(wǎng)接口 。
具體實(shí)施方式
如圖4所不,本實(shí)用新型全數(shù)字逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)，包括 功率系統(tǒng)300，具有-一次整流濾波、-一次逆變、主變壓器、二次整流濾波、二次逆變、
輸出回路，及 饋絲系統(tǒng)600，具有送絲機(jī)電源及送絲機(jī)電機(jī)， 響應(yīng)于一個(gè)控制信號(hào)，功率系統(tǒng)300與饋絲系統(tǒng)6()0協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，將電網(wǎng)高壓正旋交 流電轉(zhuǎn)換成低壓脈動(dòng)直流電，通過焊接回路完成電能到熱能的轉(zhuǎn)換；禾口 控制系統(tǒng)400,具有輔助電源、網(wǎng)壓檢測、原邊電流反饋、焊接電流反饋、電弧電壓 反饋、功率單元的溫度反饋、送絲速度反饋、電機(jī)電流反饋、焊矩開關(guān)狀態(tài)檢測、冷卻單元控
制及驅(qū)動(dòng)、保護(hù)氣體通斷控制及驅(qū)動(dòng)、一次逆變驅(qū)動(dòng)、饋絲系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、人機(jī)交互界面420，以 及包含電壓環(huán)、電流環(huán)、信號(hào)調(diào)理、誤差訃算、定時(shí)器、時(shí)序控制邏輯、波形發(fā)牛、比例積分運(yùn) 算、功率系統(tǒng)PWM、饋絲系統(tǒng)PWM的核心功能單元410 ; 其特征在T，所述控制系統(tǒng)400的核心功能單元410是數(shù)字信5控制器(DSC)或 者數(shù)字信號(hào)處理器(:[)sp)。 如圖5所示，所述的數(shù)字信號(hào)控制器(DSC) 410的型號(hào)為TMS320F28x，該 TMS32()F28x包括 C28 X 32位CPU (DSC) 450，用于數(shù)據(jù)的存取、運(yùn)算、管理和輸入/輸出的控制； 數(shù)據(jù)總線43()，包括外設(shè)總線和存儲(chǔ)器總線， 外設(shè)總線，CPU通過外設(shè)總線連接日.管理外部設(shè)備； 中斷管理單元44()，對(duì)外設(shè)總線所掛接的外部設(shè)備產(chǎn)生的瞬變事件作出卨速響應(yīng) 處理； 存儲(chǔ)器總線，其連接cpu及閃爍存儲(chǔ)器(flash)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(mm:)、只讀存儲(chǔ) 器(匪)。 如圖5所示，所述C28 X 32位CPU (DSC) 4.50包括: 32x32乘法器451 ，進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算； 讀-修改-寫算術(shù)邏輯單兀(R-M-W ALU) 45'1 ; 32位浮點(diǎn)單元455 ，通過C28 X 32位CPU (DSC)內(nèi)部總線或./和存儲(chǔ)器總線及外設(shè) 總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞； 32位定時(shí)器452 ; 實(shí)時(shí)JTAG單元453，用于DSC的調(diào)試和仿真。[0051 ]如圖5所示，所述外設(shè)總線連接sci 、 sp:[ 、 :i2c、 can、 cap、 qep、 pwm、 adc等外部設(shè)
備接u。 數(shù)字信號(hào)控制器([)SC)功能技術(shù)參數(shù)說明 全數(shù)字逆變式熔化極脈沖氣休保護(hù)焊機(jī)所涉及到的數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)或數(shù)字信號(hào)處理器(I)SP)(沒有附圖)在基本功能方面類同于微控制器(MCU)或單片機(jī)，不同的是它們具有更多的功能和更高的性能，其特點(diǎn)概略如下 1)高速實(shí)時(shí)控制能力，申.周期指令( 一般在40MIPS以k )，快速輸入輸出端口 ;[0055] 2)高速數(shù)據(jù)運(yùn)算或強(qiáng)人的處理能力，具有較寬的數(shù)據(jù)總線(16位以上)，具有乘累加指令； 3)包含SCI 、 SPI 、 12C'、 C'AN、CAP、 QEP、PWM等豐富的外部設(shè)備接U ， P麗為可編程的硬件模塊，分辨率高、響應(yīng)快、處理方式靈活，內(nèi)嵌高性能模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),采樣速度快，分辨率高。 l)SC或l)SP芯片有多個(gè)生產(chǎn)廠家,代表廠家為美閨德州儀器(T I)、美閨模擬器件公司(ADI)和美國飛思卡爾(Freoscalo),各個(gè)廠家的芯片具有不M的特點(diǎn)，現(xiàn)以德州儀器的TMS320F28x為例對(duì)其進(jìn)行說明。[0058] TMS320F28x的主要特點(diǎn)如下[0059] 1) )2位CPU，性能可達(dá)15(MI:PS ;[00冊(cè)]2)混合的16位及32位指令集； 3)單周期32x32位的乘加操作(multiply-accumulate);[0062]4)芯片閃存可高達(dá)256KB ;[0063] 5)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存架構(gòu)； 6) M類最優(yōu)(Best-in-class)的編譯器效率；[0065] 7)巾斷服務(wù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)保存及恢復(fù)；[0066] 8)高分辨率脈寬調(diào)制(P麗)的精度為150ps ; 9)PWM控制器擁有可編程的死區(qū)(dead band)、相位或占空周期控制以及最高可達(dá)6個(gè)的洋區(qū)(trip zone),可用于產(chǎn)生任意所需波形；16路12位高速ADC ;采樣時(shí)間達(dá)80ns ;支持SCI 、 SPI 、 :I:2C以及CAN端口 。[0068] 以下就TMS320F28x功能詳細(xì)說明 (1)C28x32位CPU是TMS32()卜'28x芯片的核心部分，各類數(shù)據(jù)的存取、運(yùn)算、管理和輸入Z輸出的控制都是由它負(fù)責(zé)完成的。CPU采用改良的哈佛體系(不M丁'Von Nouma皿方式)和精簡指令集管理(即R:[SC，實(shí)現(xiàn)^周期指令執(zhí)行)，具有并行存取指令和數(shù)據(jù)的能力。數(shù)據(jù)的運(yùn)算依賴于32x32乘法器、R-M-W ALU(讀-修改-寫算術(shù)邏輯單元)及32位浮點(diǎn)單元，數(shù)據(jù)的傳遞通過CPU內(nèi)部總線(圖屮未標(biāo)出)或/和存儲(chǔ)器總線及外設(shè)總線實(shí)現(xiàn)。CPU中的實(shí)時(shí)JTAG單元主要用于DSC的調(diào)試和仿真。 (2)在TMS32():F28x芯片中，中斷管理單兀提供對(duì)外設(shè)總線所掛接的外部設(shè)備瞬變事件的高速響應(yīng)處理。 (3)存儲(chǔ)器總線連接CPU及二類存儲(chǔ)單元，F(xiàn)LASH是可編程大容量閃爍存儲(chǔ)器，主耍存放應(yīng)用程序和不變數(shù)據(jù)，MM是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，主耍存儲(chǔ)臨吋工作變量或參數(shù)，ROM為只讀存儲(chǔ)器，它存放芯片生產(chǎn)廠家預(yù)裝的程序庫。[0072] (4)在TMS320F28x芯片屮，CPU通過外部總線與PWM、 ADC、 QEP、 CAP、 GPIO、 SPI:、 SC'I、 McBSP、 I2C、 CAN等外部設(shè)備連接，以實(shí)現(xiàn)多種外部設(shè)備的0攻'S'理。這些外部設(shè)備的 主要功能如K: P麗-脈沖寬度調(diào)制器模塊，這是全數(shù)字焊機(jī)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵部件之-一。 ADC-模/數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊,在焊機(jī)中可通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將焊接電流、焊接電壓等模
擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量以便進(jìn)行數(shù)字處理。 qep-積分編碼脈沖模塊，可用于電機(jī)速度的實(shí)時(shí)測定。 cap-捕捉單元，可用于快速信號(hào)的監(jiān)控。 GPio-通ii]數(shù)f-輸入輸出，實(shí)際上就是普通的數(shù)字輸入輸出端n 。 spi-同ib;卜汀接u。 SCI-串行通訊接口 ，可應(yīng)用f工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的RS-232、 RS-422/RS-485通訊。 McBSP-多通道緩沖串行端口 。 i 2C-內(nèi)部整合串行接口 。 CAN-控制W域M接口 ，可用丁'自動(dòng)化焊接組網(wǎng)。
權(quán)利要求一種全數(shù)字逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)，包括功率系統(tǒng)，具有一次整流濾波、一次逆變、主變壓器、二次整流濾波、二次逆變、輸出回路，及饋絲系統(tǒng)，具有送絲機(jī)電源及送絲機(jī)電機(jī)，響應(yīng)于一個(gè)控制信號(hào)，功率系統(tǒng)與饋絲系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，將電網(wǎng)高壓正旋交流電轉(zhuǎn)換成低壓脈動(dòng)直流電，通過焊接回路完成電能到熱能的轉(zhuǎn)換；和控制系統(tǒng)，監(jiān)視和控制功率系統(tǒng)與饋絲系統(tǒng)，具有輔助電源、網(wǎng)壓檢測、原邊電流反饋、焊接電流反饋、電弧電壓反饋、功率單元的溫度反饋、送絲速度反饋、電機(jī)電流反饋、焊矩開關(guān)狀態(tài)檢測、冷卻單元控制及驅(qū)動(dòng)、保護(hù)氣體通斷控制及驅(qū)動(dòng)、一次逆變驅(qū)動(dòng)、饋絲系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、人機(jī)交互界面，以及包含電壓環(huán)、電流環(huán)、信號(hào)調(diào)理、誤差計(jì)算、定時(shí)器、時(shí)序控制邏輯、波形發(fā)生、比例積分運(yùn)算、功率系統(tǒng)PWM、饋絲系統(tǒng)PWM的核心功能單元；其特征在于，所述控制系統(tǒng)的核心功能單元是數(shù)字信號(hào)控制器或者數(shù)字信號(hào)處理器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的全數(shù)字逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)，其特征在于，所述 的數(shù)字信號(hào)控制器的型號(hào)為TMS320F28x,該T:M:S320F28x包括C28X32位CPU，用于數(shù)據(jù)的存取、運(yùn)算、管理和輸入/輸出的控制；外設(shè)總線，cra通過外部總線連接且管理外部設(shè)備；中斷管理單元，對(duì)外設(shè)總線所掛接的外部設(shè)各產(chǎn)牛的瞬變事件作出高速響應(yīng)處理； 存儲(chǔ)器總線,其連接cpu及閃存、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器。
3. 根據(jù)權(quán)利耍求2所述的全數(shù)字逆變式熔化極脈沖1體保護(hù)焊機(jī)，其特征在T，所述 C28 X 32位CPU包括32 X 32乘法器，進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算； 讀-修改-寫算術(shù)邏輯單元；32位浮點(diǎn)單元，通過C28X32位CPU內(nèi)部總線或/和存儲(chǔ)器總線及外設(shè)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 的傳遞；32位定時(shí)器；實(shí)時(shí).jTA(;單元，用于數(shù)字信號(hào)控制器的調(diào)試和仿真。
4. 根據(jù)權(quán)利耍求2所述的全數(shù)字逆變式熔化極脈沖1體保護(hù)焊機(jī)，其特征在T，所述外設(shè)總線連接sc:[ 、 spi 、 i:2c、 can、 cap、 qe:p、 :pwm、 ai)c外部設(shè)備接口 。
專利摘要一種可靠性、一致性和穩(wěn)定性優(yōu)良的全數(shù)字逆變式熔化極脈沖氣體保護(hù)焊機(jī)，包括功率系統(tǒng)，具有一次整流濾波、一次逆變、主變壓器、二次整流濾波、二次逆變、輸出回路，及饋絲系統(tǒng)，具有送絲機(jī)電源及送絲機(jī)電機(jī)，響應(yīng)于一個(gè)控制信號(hào)，功率系統(tǒng)與饋絲系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，將電網(wǎng)高壓正旋交流電轉(zhuǎn)換成低壓脈動(dòng)直流電，通過焊接回路完成電能到熱能的轉(zhuǎn)換；控制系統(tǒng)監(jiān)視和控制功率系統(tǒng)與饋絲系統(tǒng)，其包含核心功能單元和人機(jī)交互界面；特點(diǎn)是所述控制系統(tǒng)的核心功能單元是數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)或者數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。應(yīng)用于金屬材料全自動(dòng)焊接。
文檔編號(hào)B23K9/173GK201436128SQ20092000679
公開日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者徐愛平, 潘磊, 蕭波 申請(qǐng)人:深圳市佳士科技發(fā)展有限公司