專利名稱：雙arm控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)的制作方法
專利說明本實用新型涉及焊接電源技術領域，特別涉及一種雙ARM控制的氣保埋弧焊數字 化電源系統(tǒng)。
背景技術：
在造船、重型機械、輸氣和輸油管道、石油化工塔體等領域大量采用厚大鋼結構。 隨著電站鍋爐和石化容器向大型化、高參數化的發(fā)展，鍋爐筒體和壓力容器殼體的壁厚不 斷增加，需要大量高效化的自動焊接設備。埋弧焊與其他傳統(tǒng)弧焊方法相比，由于具有一系 列獨特的優(yōu)點，如熔敷率高、焊縫質量好和外表成形美觀等，使其在厚大部件的焊接上始終 占有較高的應用比例。近10年來，高效MIG/MAG焊獲得了快速的發(fā)展，它激發(fā)了國內外焊 接科技人員對埋弧焊工藝方法、埋弧焊設備及其控制系統(tǒng)進行了大量的試驗研究和新技術 的開發(fā)，并取得了卓有實效的成果。例如瑞典ESAB公司和我國蘭州理工大學相繼研制成功 微處理機控制的埋弧焊機，對于進一步提高和穩(wěn)定焊接質量發(fā)揮了重要的作用。近年來美 國Lincoln公司向世界市場推出了數字化控制的埋弧焊系統(tǒng)，使這種埋弧焊機不僅具有常 規(guī)的技術特性，而且還大大擴展了埋弧焊方法的工藝適應性，從而將傳統(tǒng)的埋弧焊技術推 進到一個嶄新的發(fā)展階段。然而，傳統(tǒng)的埋弧焊機由于工作時需要在焊接區(qū)的上面覆蓋一層顆粒狀的焊劑， 電弧在焊劑層下燃燒，焊接電流一般較大。使得其存在適應焊接的位置有限、操作性能不 佳、控制精度不高等缺陷。為了克服傳統(tǒng)埋弧焊機的上述缺陷，實現中厚板的高效化焊接，若將埋弧焊的粗 絲高熔敷率和氣保焊設備簡單焊后不需清渣的特點相結合，提出將氣保焊接與埋弧焊接工 藝相結合的電源系統(tǒng)，則可以充分發(fā)揮氣保焊適應焊接位置廣和埋弧焊適于厚大板焊接的 綜合優(yōu)勢，擴大埋弧焊的應用范圍。

實用新型內容本實用新型的目的在于克服上述現有技術的不足，針對焊接電源的數字化發(fā)展趨 勢，提供一種適用于氣保埋弧多種焊接工藝下使用的雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源 系統(tǒng)。本實用新型的技術方案為一種雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)，包括 機箱和內置電路，所述內置電路包括主電路單元和主控制單元，主電路單元為有限雙極性 軟開關全橋逆變主電路；(1)主電路單元包括依次連接的以下各模塊一次整流濾波模塊，用于將來自工頻交流電源的交流電轉換為直流電；開關逆變模塊，通過控制其內部IGBT的開關周期，將整流濾波模塊輸出的直流電 轉換，提供25 30KHz的高頻高壓電；功率變壓模塊，用于將開關逆變模塊提供的高頻高壓電轉換成符合焊接工藝要求的大電流低電壓高頻交流電 二次整流模塊，用于將大電流低電壓高頻交流電轉換為平滑的直流電，并輸出送 至電弧負載；一次整流濾波模塊的輸入端與三相工頻交流電源連接，二次整流模塊的輸出端外 接電弧負載；(2)主控制單元包括以下模塊溫度檢測模塊，用于檢測開關逆變模塊的溫度，保證主電路單元正常工作；開關管驅動模塊，用于接收控制器的控制信號，驅動開關逆變模塊中IGBT的導通 或關閉；過流檢測模塊，用于實時檢測功率變壓模塊輸入端的電流值，保證主電路單元正 常工作；電流電壓采樣檢測反饋模塊，用于檢測主電路單元向電弧負載輸出的電流電壓 值，并反饋給控制器，實現閉環(huán)控制；過壓欠壓保護檢測模塊，用于檢測主電路輸入端的電壓值，使電壓值保持在電網 電壓的波動范圍內，保證主電路單元正常工作；控制器，用于處理各模塊的檢測信號或反饋信號，控制電源系統(tǒng)使用過程中主電 路單元的工作流程；其中，溫度檢測模塊的輸入端與開關逆變模塊連接，溫度檢測模塊的輸出端與控 制器連接；開關管驅動模塊的輸入端與控制器連接，開關管驅動模塊的輸出端與開關逆變 模塊連接，過流檢測模塊的輸入端與功率變壓模塊的電流輸入端連接，過流檢測模塊的輸 出端與控制器連接；電流電壓采樣檢測反饋模塊的輸入端與二次整流模塊的輸出端連接， 電流電壓采樣檢測反饋模塊的輸出端與控制器連接；過壓欠壓保護檢測模塊的輸入端與一 次整流濾波模塊的輸入端連接，過壓欠壓保護檢測模塊的輸出端與控制器連接。所述控制器還外接有方便操作控制的人機交互單元。上述電源系統(tǒng)結構中，所述人機交互單元采用ARM+CPLD的控制方式，以ARM芯片 LM3S818作為控制核心，以CPLD芯片EPM240T100作為擴展I/O接口用的輔助模塊。所述控制器為ARM9S3C2440控制器，內設有氣保埋弧焊軟件控制子模塊和以太網 通訊子模塊，氣保埋弧焊軟件控制子模塊通過以太網通訊子模塊分別與過壓欠壓保護檢測 模塊、溫度檢測模塊、開關管驅動模塊、過流檢測模塊、電流電壓采樣檢測反饋模塊和人機 交互單元連接；控制器的A/D端口與電流電流電壓采樣檢測反饋模塊連接，PWM端口與開關管驅 動模塊連接，GPIO端口分別與溫度檢測模塊、過壓欠壓保護檢測模塊和過流檢測模塊連接， I/O端口通過MAX3232芯片與人機交互單元連接，開關信號端口分別與電源按鈕和焊接開 關連接，D/A端口外接送絲小車驅動機構。所述溫度檢測模塊包括依次連接的溫度傳感器、信號比較電路、光耦隔離電路，溫 度傳感器設于開關逆變模塊的散熱器上，光耦隔離電路的輸出端與控制器連接。所述過壓欠壓保護檢測模塊包括相連接的第一運放子模塊和第一光耦隔離子模 塊，第一運放子模塊的輸入端與一次整流濾波模塊的輸入端連接，第一光耦隔離子模塊的 輸出端與控制器連接；當電網電壓的波動范圍超過設定的閾值時，過壓欠壓保護檢測模塊輸出信號，關斷PWM的信號輸出。所述開關逆變模塊為有限雙極性軟開關全橋逆變式結構，包括LC諧振電路和兩 個并聯設置的IGBT管組，各IGBT管組分別包括兩個IGBT，各IGBT管組的輸出端與LC諧振 電路連接，LC諧振電路的輸出端與功率變壓模塊連接。所述 開關管驅動模塊內設有用于對驅動電路的驅動信號進行隔離放大的光耦 TLP250。所述電流電壓采樣檢測反饋模塊包括相連接的電流采樣檢測反饋電路和電壓采 樣檢測反饋電路。其中電流采用檢測反饋電路包括依次連接的霍爾傳感器、分壓子模塊、第 一濾波子模塊和第一限壓子模塊，霍爾傳感器設于二次整流模塊的輸出端，第一限壓子模 塊的輸出端與控制器的一個A/D端口連接；由霍爾傳感器檢測二次整流模塊的輸出電流， 得到電流采樣信號，經過分壓子模塊、第一濾波子模塊和第一限壓子模塊依次進行分壓、濾 波和限壓，然后送至控制器。電壓采樣檢測反饋電路包括依次連接的電阻、第二濾波子模 塊、第二運放子模塊、第二光耦隔離子模塊和第二限壓子模塊，電阻與電弧負載并聯設置， 第二限壓子模塊的輸出端與控制器的另一個A/D端口連接；通過與電弧負載并聯的電阻取 得二次整流模塊的輸出電壓，得到電壓采樣信號，經過第二濾波子模塊、第二運放子模塊、 第二光藕隔離子模塊和第二限壓子模塊依次進行濾波、運放、光耦隔離和限壓，然后送至控 制器。此外，經過調理后的電流或電壓采樣信號同時會送至人機交互單元，由其進行A/D轉 換后用于氣保埋弧焊過程動態(tài)顯示的實際焊接電流值和電壓值。本實用新型通過上述電源系統(tǒng)實現一種雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源控 制方法，包括以下步驟(1)在人機交互單元的控制面板上選擇焊接方式并設定相關的焊接參數，啟動電 源系統(tǒng)；(2)控制器的軟件控制子模塊選擇與焊接方式相應的控制程序，對焊接過程進行 監(jiān)控；(3)三相工頻交流電源輸出三相工頻交流電，一次整流濾波模塊對三相工頻交流 電進行轉換，向開關逆變模塊輸出平滑直流電；(4)電流電壓采樣檢測反饋模塊將實時檢測到的電弧負載的電流信號和電壓信號 與設定的參數進行比較，然后送至控制器，控制器進行PI運算，產生的PWM信號經過濾波、 隔離和放大后送至開關管驅動模塊，開關管驅動模塊控制開關逆變模塊中各IGBT在零電 壓下開通或關斷，實現軟開關；(5)平滑直流電經過開關逆變模塊后轉換為25 30KHz的高頻高壓電，功率變壓 模塊對高頻高壓電進行轉換，輸出大電流低電壓的交流脈沖電，二次整流模塊對交流脈沖 電進行轉換，向電弧負載輸出大電流低電壓的平滑直流電；(6)在主電路單元對三相工頻交流電進行轉換輸出的同時，過壓欠壓保護檢測模 塊實時檢測三相工頻交流電源的電壓，若出現過壓或欠壓的現象，則控制器發(fā)出中斷信號， 關閉開關逆變模塊；溫度檢測模塊實時檢測開關逆變模塊的散熱器溫度，若出現IGBT過 熱，則控制器發(fā)出中斷信號，關閉開關逆變模塊；過流檢測模塊實時檢測功率變壓模塊輸入 端的電流，若出現過流現象，則控制器發(fā)出中斷信號，關閉開關逆變模塊。所述步驟(2)的具體過程如下[0038](2-1)控制器的軟件控制子模塊接收來自人機交互單元的焊接方式選擇信息及相 關的焊接方式，若焊接方式為脈沖氣保焊，則進入步驟(2-2)，若焊接方式為埋弧焊，則進入 (2-3) (2-2)軟件控制子模塊選擇脈沖氣保焊相應的程序，調用起弧脈沖波形函數 ’然 后判斷是否成功起弧，若否，則重新調用起弧脈沖波形函數，若是，則程序控制電源系統(tǒng)開 始正常送絲并進入焊接狀態(tài)；焊接過程中，軟件控制子模塊不斷檢測焊槍是否閉合，若否， 則調用收弧函數，發(fā)出焊接結束信號，結束焊接，若是，則進行電弧參數的瞬時能量控制，并 返回檢測焊槍是否閉合；(2-3)軟件控制子模塊選擇埋弧焊相應的程序，調用起弧控制子程序；然后判斷 是否成功起弧，若否，則重新調用起弧控制子程序，若是，則程序控制電源系統(tǒng)開始正常送 絲，焊接小車行走，進入焊接狀態(tài)；焊接過程中，軟件控制子模塊不斷檢測停止按鈕是否啟 動，若否，則繼續(xù)執(zhí)行正常送絲，焊接小車行走，保持焊接狀態(tài)，若是，則調用收弧函數，發(fā)出 焊接結束信號，結束焊接。本實用新型相對于現有技術，具有以下有益效果1、本實用新型在針對傳統(tǒng)埋弧焊機的適應焊接位置有限、操作性能不佳、控制精 度不高等問題，采用雙ARM控制架構，以ARM9芯片S3C2440為主控制芯片，實現對氣保埋弧 焊逆變電源主電路的控制，在一臺焊機內同時實現氣保焊和埋弧焊接的功能，同時提高氣 保埋弧焊的工藝性能和焊接過程的穩(wěn)定性；利用ARM9強大的通訊接口功能，實現以太網通 訊，構成多機自動化焊接生產線系統(tǒng)；以ARM芯片LM3S818作為控制核心，輔助以CPLD芯片 EPM240T100構成氣保埋弧焊的數字化人機交互單元，以改善其操控性能。2、本實用新型的主電路單元采用有限雙極性的軟開關逆變技術，實現了全范圍的 軟開關，大大減少了功率管的開關損耗和電應力，在增效節(jié)能的同時，可以有效地降低逆變 焊機的電磁干擾，提高了逆變焊機的電磁兼容性和可靠性。同時，采用數字化控制技術，使 得氣保埋弧焊電源已不再是單純的焊接能量提供源，還具有數字操作系統(tǒng)平臺、多特性適 應調整、送絲驅動外設及接口、焊接參數動態(tài)自適應調整、過程穩(wěn)定質量評定、保護及自診 斷提示以及遠程網絡監(jiān)控、生產質量管理等功能，焊接電源的概念實際上已拓寬為焊接電 源系統(tǒng)。而ARM以其穩(wěn)定性、可重復性、實時數字信號處理、柔性化編程、大規(guī)模集成等特點 成為焊接電源控制和數字信號處理的最佳器件。3、本實用新型利用雙ARM作為控制核心，實現了氣保埋弧焊的全數字化控制，通 過ARM 9高精度控制，使焊機具有更好的焊接質量一致性和更快的動態(tài)響應性能；在氣保 埋弧焊接電源系統(tǒng)中實現了氣保和埋弧焊專家數據庫功能，并且具有以太網通訊能力，使 氣保埋弧焊具有更廣闊的市場前景。4、本實用新型能在一臺焊機上提供埋弧焊和氣保焊這兩種不同的焊接工藝，氣保 焊包括MAG焊/CO2焊、脈沖MIG焊和雙脈沖等工藝，還能通過改變軟件程序實現其他的焊 接工藝。

圖1是本實用新型的內置電路結構示意圖。圖2是圖1中主電路單元的電路原理圖。[0048]圖3是主控制單元中控制器各端口的連接框圖。圖4是電流電壓檢測反饋模塊的電路原理圖。圖5是過流檢測模塊的電路原理圖。圖6是過壓欠壓保護 檢測模塊的電路原理圖。圖7是溫度檢測模塊的電路原理圖。圖8是開關管驅動模塊的電路原理圖。圖9人機交互單元的結構示意圖。圖10是控制器中軟件控制子模塊的控制流程示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實 施方式不限于此。實施例本實施例一種雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)，包括機箱和內置電路， 其中內置電路的結構如圖1所示，內置電路包括主電路單元和主控制單元，主電路單元為 有限雙極性軟開關全橋逆變主電路；(1)主電路單元包括依次連接的以下各模塊一次整流濾波模塊101，用于將來自工頻交流電源的交流電轉換為平滑的直流 電；開關逆變模塊102，通過控制其內部IGBT的開關周期，將整流濾波模塊輸出的直 流電轉換，提供25 30KHz的高頻高壓電；功率變壓模塊103，用于將開關逆變模塊提供的高頻高壓電轉換成符合焊接工藝 要求的大電流低電壓高頻交流電；二次整流模塊104，用于將大電流低電壓高頻交流電轉換為平滑的直流電，并輸出 送至電弧負載；一次整流濾波模塊101的輸入端與三相工頻交流電源連接，二次整流模塊104的 輸出端外接電弧負載；(2)主控制單元包括以下模塊溫度檢測模塊106，用于檢測開關逆變模塊的溫度，保證主電路單元正常工作；開關管驅動模塊105，用于接收控制器的控制信號，驅動開關逆變模塊中IGBT的 導通或關閉；過流檢測模塊111，用于實時檢測功率變壓模塊輸入端的電流值，保證主電路單元 正常工作；電流電壓采樣檢測反饋模塊107，用于檢測主電路單元向電弧負載輸出的電流電 壓值，并反饋給控制器，實現閉環(huán)控制；過壓欠壓保護檢測模塊109，用于檢測主電路輸入端的電壓值，使電壓值保持在電 網電壓的波動范圍內，保證主電路單元正常工作；控制器108，用于處理各模塊的檢測信號或反饋信號，控制電源系統(tǒng)使用過程中主 電路單元的工作流程；[0072]其中，溫度檢測模塊106的輸入端與開關逆變模塊102連接，溫度檢測模塊106的 輸出端與控制器108連接；開關管驅動模塊105的輸入端與控制器108連接，開關管驅動模 塊105的輸出端與開關逆變模塊102連接，過流檢測模塊111的輸入端與功率變壓模塊103 的電流輸入端連接，過流檢測模塊111的輸出端與控制器108連接；電流電壓采樣檢測反饋 模塊107的輸入端與二次整流模塊104的輸出端連接，電流電壓采樣檢測反饋模塊107的 輸出端與控制器108連接；過壓欠壓保護檢測模塊109的輸入端與一次整流濾波模塊101 的輸入端連接，過壓欠壓保護檢測模塊109的輸出端與控制器108連接。其中主電路單元的電路原理如圖2所示。 控制器108還外接有方便操作控制的人機交互單元110。上述電源系統(tǒng)結構中，人機交互單元110采用ARM+CPLD的控制方式，以ARM芯片 LM3S818作為控制核心，以CPLD芯片EPM240T100作為擴展I/O接口用的輔助模塊。人機 交互單元110的主要是用于實現數字化的參數給定輸入以及工作過程中的各種參數的數 字化顯示，其結構如圖9所示。ARM芯片LM3S818通過同步串行接口(SSI)與CPLD芯片 EPM240T100進行通訊，ARM芯片通過GPIO與鍵盤通訊進行參數的選擇與輸入，通過RS232 接口接收主控制單元的焊接狀態(tài)命令，并通過A/D端口對電流電壓采樣檢測反饋模塊107 所產生的焊接狀態(tài)參數進行采樣處理，CPLD主要控制LED燈和數碼管，用于顯示相應操作 與焊接狀態(tài)信息。控制器108為ARM9S3C2440控制器，內設有氣保埋弧焊軟件控制子模塊和以太網 通訊子模塊，氣保埋弧焊軟件控制子模塊通過以太網通訊子模塊分別與過壓欠壓保護檢測 模塊109、溫度檢測模塊106、開關管驅動模塊105、過流檢測模塊111、電流電壓采樣檢測反 饋模塊107和人機交互單元110連接；如圖3所示，控制器108的A/D端口與電流電流電壓采樣檢測反饋模塊107連接， PWM端口與開關管驅動模塊105連接，GPIO端口分別與溫度檢測模塊106、過壓欠壓保護檢 測模塊109和過流檢測模塊111連接，I/O端口通過MAX3232芯片與人機交互單元110連 接，開關信號端口分別與電源按鈕和焊接開關連接，D/A端口外接送絲小車驅動機構。ARM9 芯片S3C2440作為控制的核心，采樣電流與給定信號在ARM9內進行比較后運算，確定驅動 信號的大小，由開關管驅動模塊105分別輸出4路脈寬調制信號，從而控制主電路單元的輸 出ο溫度檢測模塊106包括依次連接的溫度傳感器、信號比較電路、光耦隔離電路，溫 度傳感器設于開關逆變模塊102的散熱器上，光耦隔離電路的輸出端與控制器108連接。溫 度檢測模塊106的電路原理如圖7所示，溫度傳感器是常閉開關，若觸發(fā)則斷開，產生過熱 信號，使光藕導通，CURRENT-EXC電平被拉低，即ARM9的I/O 口 GPI016/TZ5電平被拉低，此 時ARM9程序可以根據此I/O狀態(tài)判斷是否產生過熱信號，并進行處理。過壓欠壓保護檢測模塊109包括相連接的第一運放子模塊和第一光耦隔離子模 塊，第一運放子模塊的輸入端與一次整流濾波模塊的輸入端連接，第一光耦隔離子模塊的 輸出端與控制器108連接；當電網電壓的波動范圍超過設定的閾值時，過壓欠壓保護檢測 模塊109輸出信號，關斷PWM的信號輸出。過壓欠壓保護檢測模塊109的電路原理如圖6所 示，三相電路經變壓器降壓、整流成直流信號VFB，所以VFB正比于電網電壓。當VFB高于設 定值或低于設定值時，兩個比較器比較結果做相“與”運算，結果為低電平“0”，V0LTAGE_EXC電平被拉高，即ARM9的I/O 口 GPI013/TZ2電平被拉高，ARM9關斷PWM控制信號輸出，并進 行故障處理。也就是說，當過壓欠壓保護檢測模塊109的VFB運算結果為高電平時，電源系 統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。開關逆變模塊102為有限雙極性軟開關全橋逆變式結構，包括LC諧振電路和兩個 并聯設置的IGBT管組，每個IGBT管組分別包括兩個IGBT，各IGBT管組的輸出端與LC諧振 電路連接，LC諧振電路的輸出端與功率變壓模塊連接。開關逆變模塊102的電路原理如圖 2所示。開關管驅動模塊105內設有用于對驅動電路的驅動信號進行隔離放大的光耦 TLP250。IGBT的驅動信號是由ARM輸出的PWM波形經過放大隔離以后得到的，利用開關管 驅動模塊105能夠可靠 地驅動IGBT的開通與關斷。開關管驅動模塊105的電路原理如圖 8所示，其驅動電路利用光耦TLP250對驅動信號進行隔離、放大，穩(wěn)壓二極管D2用來提供 IGBT柵極的反相偏置電壓，在IGBT的柵極和射極之間并聯壓敏電阻R6，為干擾的電壓尖峰 提供旁路通道，對開關管進行可靠保護。電流電壓采樣檢測反饋模塊107包括相連接的電流采樣檢測反饋電路和電壓采 樣檢測反饋電路。其中電流采用檢測反饋電路包括依次連接的霍爾傳感器、分壓子模塊、 第一濾波子模塊和第一限壓子模塊，霍爾傳感器設于二次整流模塊的輸出端，第一限壓子 模塊的輸出端與控制器108的一個A/D端口連接；由霍爾傳感器檢測二次整流模塊的輸出 電流，得到電流采樣信號，經過分壓子模塊、第一濾波子模塊和第一限壓子模塊依次進行分 壓、濾波和限壓，然后送至控制器108。電壓采樣檢測反饋電路包括依次連接的電阻、第二濾 波子模塊、第二運放子模塊、第二光耦隔離子模塊和第二限壓子模塊，電阻與電弧負載并聯 設置，第二限壓子模塊的輸出端與控制器108的另一個A/D端口連接；通過與電弧負載并聯 的電阻取得二次整流模塊的輸出電壓，得到電壓采樣信號，經過第二濾波子模塊、第二運放 子模塊、第二光藕隔離子模塊和第二限壓子模塊依次進行濾波、運放、光耦隔離和限壓，然 后送至控制器108。此外，經過調理后的電流或電壓采樣信號同時會送至人機交互單元，由 其進行A/D轉換后用于氣保埋弧焊過程動態(tài)顯示的實際焊接電流值和電壓值。電流電壓采 樣檢測反饋模塊107的電路原理如圖4所示。本實施例通過上述電源系統(tǒng)實現一種雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源控制 方法，包括以下步驟(1)在人機交互單元110的控制面板上選擇焊接方式并設定相關的焊接參數，啟 動電源系統(tǒng)；(2)控制器108的軟件控制子模塊選擇與焊接方式相應的控制程序，對焊接過程 進行監(jiān)控；其過程如圖10所示，具體如下(2-1)控制器108的軟件控制子模塊接收來自人機交互單元110的焊接方式選擇 信息及相關的焊接方式，若焊接方式為脈沖氣保焊，則進入步驟(2-2)，若焊接方式為埋弧 焊，則進入(2-3)；(2-2)軟件控制子模塊選擇脈沖氣保焊相應的程序，調用起弧脈沖波形函數 ’然 后判斷是否成功起弧，若否，則重新調用起弧脈沖波形函數，若是，則程序控制電源系統(tǒng)開 始正常送絲并進入焊接狀態(tài)；焊接過程中，軟件控制子模塊不斷檢測焊槍是否閉合，若否， 則調用收弧函數，發(fā)出焊接結束信號，結束焊接，若是，則進行電弧參數的瞬時能量控制，控制完畢返回檢測焊槍是否閉合；(2-3)軟件控制子模塊選擇埋弧焊相應的程序，調用起弧控制子程序；然后判斷 是否成功起弧，若否，則重新調用起弧控制子程序，若是，則程序控制電源系統(tǒng)開始正常送 絲，焊接小車行走，進入焊接狀態(tài)；焊接過程中，軟件控制子模塊不斷檢測停止按鈕是否啟 動，若否，則繼續(xù)執(zhí)行正常送絲，焊接小車行走，保持焊接狀態(tài)，若是，則調用收弧函數，發(fā)出 焊接結束信號，結束焊接。(3)三相工頻交流電源輸出三相工頻交流電，一次整流濾波模塊101對三相工頻 交流電進行轉換，向開關逆變模塊102輸出直流電；(4)電流電壓采樣檢測反饋模塊107將實時檢測到的電弧負載的電流信號和電壓 信號與設定的參數進行比較，然后送至控制器108，控制器108進行PI運算，產生的PWM信 號經過濾波、隔離和放大后送至開關管驅動模塊105，開關管驅動模塊105控制開關逆變模 塊102中各IGBT在零電壓下開通或關斷，實現軟開關；(5)直流電經過開關逆變模塊102后轉換為25 30KHz的高頻高壓電，功率變壓 模塊103對高頻高壓電進行轉換，輸出大電流低電壓的交流脈沖電，二次整流模塊104對交 流脈沖電進行轉換，向電弧負載輸出大電流低電壓的平滑直流電；(6)在主電路單元對三相工頻交流電進行轉換輸出的同時，過壓欠壓保護檢測模 塊107實時檢測三相工頻交流電源的電壓，若出現過壓或欠壓的現象，則控制器108發(fā)出中 斷信號，關閉開關逆變模塊102 ；溫度檢測模塊106實時檢測開關逆變模塊102的散熱器溫 度，若出現IGBT過熱，則控制器108發(fā)出中斷信號，關閉開關逆變模塊；過流檢測模塊111 實時檢測功率變壓模塊103輸入端的電流，若出現過流現象，則控制器108發(fā)出中斷信號， 關閉開關逆變模塊。如上所述，便可較好地實現本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的較佳實施 例，并非用來限定本實用新型的實施范圍；即凡依本實用新型內容所作的均等變化與修飾， 都為本實用新型權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權利要求一種雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)，其特征在于，包括機箱和內置電路，所述內置電路包括主電路單元和主控制單元，主電路單元為有限雙極性軟開關全橋逆變主電路；(1)主電路單元包括依次連接的以下各模塊一次整流濾波模塊，用于將來自工頻交流電源的交流電轉換為直流電；開關逆變模塊，通過控制其內部IGBT的開關周期，將整流濾波模塊輸出的直流電轉換，提供25～30KHz的高頻高壓電；功率變壓模塊，用于將開關逆變模塊提供的高頻高壓電轉換成符合焊接工藝要求的大電流低電壓高頻交流電；二次整流模塊，用于將大電流低電壓高頻交流電轉換為平滑的直流電，并輸出送至電弧負載；一次整流濾波模塊的輸入端與三相工頻交流電源連接，二次整流模塊的輸出端外接電弧負載；(2)主控制單元包括以下模塊溫度檢測模塊，用于檢測開關逆變模塊的溫度，保證主電路單元正常工作；開關管驅動模塊，用于接收控制器的控制信號，驅動開關逆變模塊中IGBT的導通或關閉；過流檢測模塊，用于實時檢測功率變壓模塊輸入端的電流值，保證主電路單元正常工作；電流電壓采樣檢測反饋模塊，用于檢測主電路單元向電弧負載輸出的電流電壓值，并反饋給控制器，實現閉環(huán)控制；過壓欠壓保護檢測模塊，用于檢測主電路輸入端的電壓值，使電壓值保持在電網電壓的波動范圍內，保證主電路單元正常工作；控制器，用于處理各模塊的檢測信號或反饋信號，控制電源系統(tǒng)使用過程中主電路單元的工作流程；其中，溫度檢測模塊的輸入端與開關逆變模塊連接，溫度檢測模塊的輸出 端與控制器連接；開關管驅動模塊的輸入端與控制器連接，開關管驅動模塊的輸出端與開關逆變模塊連接，過流檢測模塊的輸入端與功率變壓模塊的電流輸入端連接，過流檢測模塊的輸出端與控制器連接；電流電壓采樣檢測反饋模塊的輸入端與二次整流模塊的輸出端連接，電流電壓采樣檢測反饋模塊的輸出端與控制器連接；過壓欠壓保護檢測模塊的輸入端與一次整流濾波模塊的輸入端連接，過壓欠壓保護檢測模塊的輸出端與控制器連接。
2.根據權利要求1所述雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)，其特征在于，所述控 制器還外接有方便操作控制的人機交互單元。
3.根據權利要求2所述雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)，其特征在于，所述 人機交互單元采用ARM+CPLD的控制方式，以ARM芯片LM3S818作為控制核心，以CPLD芯片 EPM240T100作為擴展I/O接口用的輔助模塊。
4.根據權利要求1所述雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)，其特征在于，所述控 制器為ARM9S3C2440控制器，內設有氣保埋弧焊軟件控制子模塊和以太網通訊子模塊，氣 保埋弧焊軟件控制子模塊通過以太網通訊子模塊分別與過壓欠壓保護檢測模塊、溫度檢測模塊、開關管驅動模塊、過流檢測模塊、電流電壓采樣檢測反饋模塊和人機交互單元連接；控制器的A/D端口與電流電流電壓采樣檢測反饋模塊連接，PWM端口與開關管驅動模 塊連接，GPIO端口分別與溫度檢測模塊、過壓欠壓保護檢測模塊和過流檢測模塊連接，I/O 端口通過MAX3232芯片與人機交互單元連接，開關信號端口分別與電源按鈕和焊接開關連 接，D/A端口外接送絲小車驅動機構。
5.根據權利要求1所述雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)，其特征在于，所述溫 度檢測模塊包括依次連接的溫度傳感器、信號比較電路、光耦隔離電路，溫度傳感器設于開 關逆變模塊的散熱器上，光耦隔離電路的輸出端與控制器連接；所述過壓欠壓保護檢測模塊包括相連接的第一運放子模塊和第一光耦隔離子模塊，第 一運放子模塊的輸入端與一次整流濾波模塊的輸入端連接，第一光耦隔離子模塊的輸出 端與控制器連接。
6.根據權利要求1所述雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)，其特征在于，所述 開關逆變模塊為有限雙極性軟開關全橋逆變式結構，包括LC諧振電路和兩個并聯設置的 IGBT管組，各IGBT管組分別包括兩個IGBT，各IGBT管組的輸出端與LC諧振電路連接，LC 諧振電路的輸出端與功率變壓模塊連接。
7.根據權利要求1所述雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)，其特征在于，所述開 關管驅動模塊內內設有用于對驅動電路的驅動信號進行隔離放大的光耦TLP250。
8.根據權利要求1所述雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電 流電壓采樣檢測反饋模塊包括相連接的電流采樣檢測反饋電路和電壓采樣檢測反饋電路； 其中電流采樣檢測反饋電路包括依次連接的霍爾傳感器、分壓子模塊、第一濾波子模塊和 第一限壓子模塊，霍爾傳感器設于二次整流模塊的輸出端，第一限壓子模塊的輸出端與控 制器的一個A/D端口連接；電壓采樣檢測反饋電路包括依次連接的電阻、第二濾波子模塊、 第二運放子模塊、第二光耦隔離子模塊和第二限壓子模塊，電阻與電弧負載并聯設置，第二 限壓子模塊的輸出端與控制器的另一個A/D端口連接。
專利摘要本實用新型公開一種雙ARM控制的氣保埋弧焊數字化電源系統(tǒng)，包括機箱和內置電路，內置電路包括主電路單元和主控制單元，主電路單元為有限雙極性軟開關全橋逆變主電路，主控制單元中采用ARM9S3C2440控制器。本實用新型能在一臺焊機上提供埋弧焊和氣保焊這兩種不同的焊接工藝，且實現了全范圍的軟開關，大大減少了功率管的開關損耗和電應力，在增效節(jié)能的同時，可以有效地降低逆變焊機的電磁干擾，提高了逆變焊機的電磁兼容性和可靠性。
文檔編號H02M5/458GK201717799SQ20102022536
公開日2011年1月19日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權日2010年6月11日
發(fā)明者豐斌, 姚屏, 楊錦輝, 王則靈, 甘煥春, 薛家祥 申請人:廣東火電工程總公司;華南理工大學