专利名称：微束等离子焊机的数字信号控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及微束等离子焊机，特别是一种微束等离子焊机的数字信号控制系统。
本发明的技术解决方案如下一种微束等离子焊机的数字信号控制系统，包括主弧电源及主弧电源启停控制继电器，小弧电源及其启停控制继电器，引弧装置及其启停控制继电器，气路及其气阀控制继电器，水路及其水压开关，键盘，液晶数字显示，过程开关，焊枪开关，水电气故障检测电路和故障报警指示灯，其特征在于①采用数字信号(DSP)处理器作中央处理器；②在气阀控制继电器、小弧电源启停控制继电器、主弧电源控制继电器、引弧启停控制继电器与DSP处理器之间设有时序控制接口；③在键盘、液晶数字显示、过程开关和焊枪开关与DSP处理器之间设有人机对话接口；④在水压开关与DSP处理器之间设有水压开关检测及接口；⑤在水电气故障检测电路和故障报警指示灯与DSP处理器之间设有故障接口电路；⑥在主弧电源和DSP处理器之间还设有检测和控制主弧电源工作的主弧电源接口电路。
所说DSP处理器是TMS320F240。
该微束等离子焊机的数字信号控制系统的控制过程包括初始化、参数预置、系统调整和焊接四部分。
所说初始化过程包括①系统初始化；
②输入输出初始化；③中断系统初始化；④友好界面初始化；⑤初始化结束，进入过程开关检测。
所说的参数预置过程包括①开关置参数预置位置；②显示参数预置界面；③通过功能键选择将光标移动到所要进行参数预置的选项；④输入或修改参数数值；⑤将光标移动到下一需要预置的参数并进行参数预置；⑥直至所有参数预置或修改结束；⑦按结束键，返回开始；所说的焊接过程包括下列步骤①焊接过程启动由焊枪开关控制，令焊枪开关处于启动位置；②DSP处理器通过时序控制接口启动气阀控制继电器打开气路进行预气，经过一定预气时间后；③DSP处理器通过时序控制接口启动小弧启停控制继电器打开小弧电源；④DSP处理器通过时序控制接口启动引弧启停控制继电器打开引弧装置引小弧；并不断检测小弧回路电流，直至小弧引燃；⑤DSP处理器通过时序控制接口启动主弧启停控制继电器打开主弧电源，即转主弧；⑥DSP处理器通过主弧电源接口电路不断检测主弧电流，若未引燃主弧电流，则继续转主弧，否则进入主弧电流上升阶段，直至主弧电流达到实际要求的焊接电流，进入焊接平稳阶段；⑦DSP处理器的CPU不断地进行信息采集和数据处理，不断调整参量，以获得恒定的焊接电流；⑧DSP处理器的CPU同时通过人机对话接口不断地检测焊枪开关，当检测到焊枪开关处于结束位置时，DSP处理器通过人权对话接口关闭焊枪开关，进入结束过程；⑨结束过程，焊接电流按一定斜率下降，当主弧电流降至0时，DSP处理器通过时序控制接口断开主弧启停控制继电器，关闭主弧电源，断开小弧启停控制继电器，关小弧电源；⑩然后经过一段延气时间，通过时序控制接口断开气阀控制继电器关闭气路；焊接过程结束。
本发明的技术效果本发明的技术方案中采用了美国TI公司的2000系统的DSP芯片TMS320F240，利用其各种丰富的算法软件程序，快速进行现场信息处理，如数字信号处理滤波器、快速傅里叶变换等，并实现比较完备的控制规律，如PID控制规律、最小拍控制规律等。同时，利用其优越的片内外围接口，如28个I/O并行接口、16路A/D转换接口、12路PWM信号发生器接口、3路定时器/计数器接口完成与复杂的微束等离子焊接设备的接口和通讯，同时实现完善的人机交互系统。另外，利用该芯片较为完备的实时监控系统和“看门狗”系统，确保整个设备的可靠运行。
图1是本发明微束等离子焊机数字信号控制系统的结构框图。
图2是本发明控制系统控制原理流程图。
图3是本发明控制系统参数键盘预置过程流程图。
图4是本发明控制系统焊接过程流程图。
具体实时方式图1是本发明微束等离子焊机数字信号控制系统较佳实施例的结构框图。由图可见，本发明微束等离子焊机数字信号控制系统，包括主弧电源2及主弧电源启停控制继电器9，小弧电源6及其启停控制继电器7，引弧装置10及其启停控制继电器11，气路4及其气阀控制继电器5，水路13及其水压开关14，键盘16，液晶数字显示17，过程开关18，焊枪开关19，水电气故障检测电路21和故障报警指示灯22，其特点是①采用了美国TI公司的2000系列的DSP芯片TMS320F240作中央处理器；②在气阀控制继电器5、小弧电源启停控制继电器7、主弧电源控制继电器9、引弧启停控制继电器11与DSP处理器1之间设有时序控制接口12；③在键盘16、液晶数字显示17、过程开关18和焊枪开关19与DSP处理器1之间设有人机对话接口20；④在水压开关14与DSP处理器1之间设有水压开关检测及接口15；⑤在水电气故障检测电路21和故障报警指示灯22与DSP处理器1之间设有故障接口电路23；⑥在主弧电源2和DSP处理器1之间还设有检测和控制主弧电源工作的主弧电源接口电路3。
本发明微束等离子焊机的数字信号控制系统的受控对象包括水路、气路、电源、引弧装置、人机对话系统和故障系统。水路系统是DSP数字信号处理器1对水路13的水压开关14经过水压开关检测及接口电路15进行检测；气路系统则是DSP数字信号处理器1经时序控制接口12输出控制信号，控制气阀控制继电器5动作，以接通或断开气路4；电源系统包括小弧电源系统6和主弧电源系统2，其中，小弧电源系统6只进行启停控制，即DSP数字信号处理器1经时序控制接口12输出控制信号，控制小弧启停控制继电器7动作，以接通或断开小弧电源6，主弧电源8需进行启停控制和质量控制，对于主弧电源8的启停控制，与小弧电源6只进行启停控制一样，由DSP数字信号处理器1经时序控制接口12输出控制信号，控制主弧启停控制继电器9动作，以接通或断开主弧电源8，对于它的质量控制，则是进行焊接电流的大小控制，一方面由DSP数字信号处理器1经主弧电源接口电路3输出控制焊接电流的控制信号，另一方面由DSP数字信号处理器1经主弧电源接口电路3定时检测焊接电流，与由DSP数字信号处理器1内部设置的给定信号进行比较，根据比较的结果，通过运算来不断地调整输出的控制信号，以使焊接电流达到恒定的输出；引弧装置10的控制也是由DSP数字信号处理器1经时序控制接口12输出控制信号，控制引弧启停控制继电器11动作，以接通或断开引弧装置10；人机对话系统，一是由DSP数字信号处理器1经过人机对话接口20进行现场操作开关的检测，主要有过程开关18和焊枪开关19；二是由DSP数字信号处理器1经过人机对话接口20进行现场参数预置和现场显示，前者通过键盘16进行参数预置，后者通过数字显示屏17显示；故障系统则是由DSP数字信号处理器1经过故障接口电路23、故障检测电路21对现场的水、电、气进行检测，若它们工作不正常，则DSP数字信号处理器1经过故障接口电路23发出相应的故障报警信号，并由报警指示灯22显示报警。
图2为本发明中控制系统控制原理流程图。微束等离子焊机的DSP控制过程主要包括初始化、参数预置、系统调整和焊接4个模块。其中，参数预置、焊接、系统调整3个过程由过程开关检测29的检测结果来决定具体进入哪一个过程。当检测到过程开关18在焊接位置30，则进入到焊接过程31，直至焊接过程结束32，经39返回至开始24；当检测到过程开关18在参数预置位置33，则进入到参数预置过程34，直至参数预置过程结束35，经39返回至开始24；当检测到过程开关18在闲置位置36，则进入系统调整过程37，当系统调整过程38结束，经39返回至开始24。初始化包括系统初始化25、输入输出初始化26、中断系统初始化27、显示友好界面28共5个步骤，而整个程序由开始24进入，结束时经39返回至开始。
下面针对参数预置过程和焊接过程的流程做进一步的描述。
图3为本发明控制系统参数键盘预置过程的流程图。键盘预置共有14个键，其中0、1、2、3、4、5、6、7、8、9为10个数字键，“左移”、“右移”、“回车”及“结束”是4个功能键。所以参数的键盘预置主要分按键的数字键处理和功能键处理，在这之前，首先判断有无键按下，若有键按下，则判断是数字键还是功能键。该程序由显示参数预置界面40开始，操作者进行键盘预置参数41，CPU扫描键盘42，并判断是否有键按下43，若无键按下，继续扫描键盘42，若有键按下，则进行键识别44，判别是数字键还是功能键，若是数字键45，则进行数字键处理46，并在预先指定的位置进行数字显示47；若是功能键48，则进行功能键处理49，并同时鉴别是否为结束键50，若不是结束键，则继续扫描键盘42，否则进行预置参数处理51，结束参数预置52。
图4为本发明控制系统焊接过程的流程图。焊接过程分为启动过程和结束过程，共有预气、引小弧、转主弧、上升、焊接平稳、下降、延气共7个阶段，其中，预气、引小弧、转主弧、上升、焊接平稳阶段组成焊接过程的启动过程，而下降、延气阶段则构成焊接过程的结束过程，这两个过程由焊枪开关19控制。
所说的焊接过程包括下列步骤①焊接过程启动由焊枪开关19控制，令焊枪开关19处于启动位置55；②DSP处理器1通过时序控制接口12启动气阀控制继电器5打开气路4进行预气56，经过一定预气时间后；③DSP处理器1通过时序控制接口12启动小弧启停控制继电器7打开小弧电源6；④DSP处理器1通过时序控制接口12启动引弧启停控制继电器11打开引弧装置10引小弧57，并不断检测小弧电流58，小弧未引燃时，继续引小弧59，当引燃小弧时，引小弧阶段结束；⑤DSP处理器1通过时序控制接口12启动主弧启停控制继电器9打开主弧电源2，即转主弧60；⑥DSP处理器1通过主弧电源接口电路3不断检测主弧电流61，若未引燃主弧电流，则继续转主弧62，否则进入主弧电流上升阶段63，焊接电流按一定的斜率上升，直至主弧电流达到实际要求的焊接电流，进入焊接平稳阶段64；
⑦DSP处理器1的CPU不断地进行信息采集和数据处理65，不断调整参量66，以获得恒定的焊接电流；⑧DSP处理器1的CPU同时通过人机对话接口20不断地检测焊枪开关19，当检测到焊枪开关19处于结束位置67时，DSP处理器1通过人机对话接口20关闭焊枪开关19，进入结束过程；⑨结束过程68，焊接电流按一定斜率下降，当主弧电流降至0时，DSP处理器1通过时序控制接口12断开主弧启停控制继电器9，关闭主弧电源71，断开小弧启停控制继电器7，关小弧电源72；⑩然后经过一段延气时间，通过时序控制接口12断开气阀控制继电器5关闭气路74；焊接过程结束75。
本发明的最突出优点在于利用TMS320F240芯片各种丰富的算法软件程序，数字信号处理技术，进行快速的现场信息处理，实现完备的控制规律，同时，利用其优越的片内外围接口，完成与复杂的微束等离子焊接设备的接口和通讯，实现完善的人机交互系统。并使微束等离子焊接过程提升到自适应控制和自学习过程的智能化控制的高度，使由它控制的微束等离子焊机具有先进、新颖和高档的特点。
权利要求
1.一种微束等离子焊机的数字信号控制系统，包括主弧电源(2)及主弧电源启停控制继电器(9)，小弧电源(6)及其启停控制继电器(7)，引弧装置(10)及其启停控制继电器(11)，气路(4)及其气阀控制继电器(5)，水路(13)及其水压开关(14)，键盘(16)，液晶数字显示(17)，过程开关(18)，焊枪开关(19)，水电气故障检测电路(21)和故障报警指示灯(22)，其特征在于①采用数字信号(DSP)处理器(1)作中央处理器；②在气阀控制继电器(5)、小弧电源启停控制继电器(7)、主弧电源控制继电器(9)、引弧启停控制继电器(11)与DSP处理器(1)之间设有时序控制接口(12)；③在键盘(16)、液晶数字显示(17)、过程开关(18)和焊枪开关(19)与DSP处理器(1)之间设有人机对话接口(20)；④在水压开关(14)与DSP处理器(1)之间设有水压开关检测及接口(15)；⑤在水电气故障检测电路(21)和故障报警指示灯(22)与DSP处理器(1)之间设有故障接口电路(23)；⑥在主弧电源(2)和DSP处理器(1)之间还设有检测和控制主弧电源工作的主弧电源接口电路(3)。
2.根据权利要求1所述的微束等离子焊机的数字信号控制系统，其特征在于所说DSP处理器(1)是TMS320F240。
3.根据权利要求1或2所述的微束等离子焊机的数字信号控制系统，其特征在于其控制过程包括初始化、参数预置、系统调整和焊接四部分。
4.根据权利要求3所述的微束等离子焊机的数字信号控制系统，其特征在于所说初始化过程包括①系统初始化；②输入输出初始化；③中断系统初始化；④友好界面初始化；⑤初始化结束，进入过程开关检测。
5.根据权利要求3所述的微束等离子焊机的数字信号控制系统，其特征在于所说的参数预置过程包括①开关置参数预置位置；②显示参数预置界面；③通过功能键选择将光标移动到所要进行参数预置的选项；④输入或修改参数数值；⑤将光标移动到下一需要预置的参数并进行参数预置；⑥直至所有参数预置或修改结束；⑦按结束键，返回开始(24)；
6.根据权利要求3所述的微束等离子焊机的数字信号控制系统，其特征在于所说的焊接过程包括下列步骤①焊接过程启动由焊枪开关(19)控制，令焊枪开关(19)处于启动位置；②DSP处理器(1)通过时序控制接口(12)启动气阀控制继电器(5)打开气路(4)进行预气，经过一定预气时间后；③DSP处理器(1)通过时序控制接口(12)启动小弧启停控制继电器(7)打开小弧电源(6)；④DSP处理器(1)通过时序控制接口(12)启动引弧启停控制继电器(11)打开引弧装置(10)引小弧；并不断检测小弧回路电流，直至小弧引燃；⑤DSP处理器(1)通过时序控制接口(12)启动主弧启停控制继电器(9)打开主弧电源(2)，即转主弧；⑥DSP处理器(1)通过主弧电源接口电路(3)不断检测主弧电流，若未引燃主弧电流，则继续转主弧，否则进入主弧电流上升阶段，直至主弧电流达到实际要求的焊接电流，进入焊接平稳阶段；⑦DSP处理器(1)的CPU不断地进行信息采集和数据处理，不断调整参量，以获得恒定的焊接电流；⑧DSP处理器(1)的CPU同时通过人机对话接口(20)不断地检测焊枪开关(19)，当检测到焊枪开关(19)处于结束位置时，DSP处理器(1)通过人机对话接口(20)关闭焊枪开关(19)，进入结束过程；⑨结束过程，焊接电流按一定斜率下降，当主弧电流降至0时，DSP处理器(1)通过时序控制接口(12)断开主弧启停控制继电器(9)，关闭主弧电源(2)，断开小弧启停控制继电器(7)，关小弧电源(6)；⑩然后经过一段延气时间，通过时序控制接口(12)断开气阀控制继电器(5)关闭气路(4)；焊接过程结束。
全文摘要
一种微束等离子焊机的数字信号控制系统,其特点是采用数字信号(DSP)处理器作中央处理器;在气阀控制继电器、小弧电源启停控制继电器、主弧电源控制继电器、引弧启停控制继电器与DSP处理器之间设有时序控制接口;在键盘、液晶数字显示、过程开关和焊枪开关与DSP处理器之间设有人机对话接口;在水压开关与DSP处理器之间设有水压开关检测及接口;在水电气故障检测电路和故障报警指示灯与DSP处理器之间设有故障接口电路;在主弧电源和DSP处理器之间还设有检测和控制主弧电源工作的主弧电源接口电路,从而确保微束等离子焊机的可靠运行。
文档编号B23K10/02GK1371777SQ0211125
公开日2002年10月2日 申请日期2002年4月4日 优先权日2002年4月4日
发明者何建萍, 焦馥杰, 黄晨 申请人:上海工程技术大学