专利名称：一种基于数字载波控制mag/mig焊机控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种焊机，尤其涉及一种基于数字载波控制MAG/MIG(活性气体 保护焊/惰性气体保护焊)焊机控制系统。
背景技术：
传统的逆变MAG/MIG焊机参数的遥控通过一根多芯的控制电缆实现，以逆变CO2 焊机为例，逆变CO2焊机的六芯控制电缆分别完成气阀、送丝电动机驱动、点动送丝、焊枪开 关开闭、焊接电流、焊接电压给定信号的传输。在造船和高层建筑上使用时，大量的电缆容 易缠结，焊工的拖拽、钢板的掉落砸击也经常导致断线，故障率较高，并且维修较为困难，维 修成本高，焊接控制电缆的脆弱易断，已经成为了焊机常见的故障之一。为解决控制线的问题，陆续出现了一些其它方式的参数调节手段，如利用空载电 压调节参数、利用无线电波传输焊接参数，但这些方式同样存在一定的问题。利用空载电压 实现的调制不能调制MAG/MIG焊机全部焊接参数，且只能实现焊前调节；利用无线电波进 行参数遥控的焊机在一定程度上解决了控制电缆的问题，但由于管道、狭小金属空间所具 有屏蔽作用，实际上并不适合特定场所的焊接。近年来，一些焊机采用了载波控制方式来调 节焊接参数，但载波控制依然不够稳定，干扰较大，容易造成焊接电压不稳、引弧成功地低、 焊缝成型差等现象。
发明内容本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种数字载波控制系统，整个系 统由弧焊电源系统与送丝机系统构成，弧焊电源与送丝机之间通过一根数字载波线相连， 数字载波线给送丝机提供稳定的直流电源，载波信号也通过数字载波线传输，通过焊接电 缆正端构成回路。取消以往载波焊机模拟控制的调制解调系统，在单片机控制的逆变MAG/ MIG焊机基础上，增加一些很小的电路模块就可以实现载波控制。将载波线包裹在屏蔽线 内，隔绝传输过程中的干扰。解决了在焊接过程中由于控制电缆难于移动、易损坏、恶劣电 磁环境下由于干扰而造成的信号传输不良等问题，节约了成本的同时仍然可以实现MAG/ MIG焊机所有焊接参数的遥控调节。本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案一种基于数字载波控制MAG/MIG焊机控制系统，由送丝板系统与主控板系统构 成，送丝板系统与主控板系统之间通过载波线相连，送丝板系统中有程控电路与送丝电路， 主控板系统中有引弧判断电路、空载给定电路与显示电路；其特征在于送丝板系统还包 括电压给定模块、第一单片机芯片和耦合电路模块，主控板系统还包括接收电路模块、前级 解调模块、第二单片机芯片和数模转化电路，其中电压给定模块依次串接第一单片机芯片 和耦合电路模块，单片机芯片与程控电路与送丝电路双向连接，接收电路模块依次串接前 级解调模块、单片机芯片和数模转化电路，第二单片机芯片分别与引弧判断电路、空载给定 电路双向连接，引弧判断电路连接到显示电路，耦合电路模块通过载波线相连接收电路模块。所述电压给定模块由电阻Rl、R2、R3、R4、R5，可变电阻Rw、R/，芯片LM324和 ⑶4053组成，电阻R4 —端接+15V电源，另一端接电阻R2与电阻R5 —端，电阻R5另一端 接地，电阻R2另一端与电阻R3及芯片LM324的同向输入端相连，电阻R3另一端接芯片 LM324的输出端、芯片⑶4053的15脚和第一单片机芯片的输入端，可变电阻RW —端连芯 片⑶4053的2号脚，另一端连电阻Rl —端和可变电阻Rw'另一端，可变电阻R/ —端连芯 片⑶4053的1号脚，电阻Rl的另一端接至芯片LM324的反相输入端与电容Cl的一端，电 容Cl的另一端与电阻R5另一端连接。所述耦合电路模块由三极管Q10、电阻R65、电容C22、电阻R7、三极管Q2和电容C3 组成，三极管QlO的集电极接电阻R65、电容C22—端，电阻R65的另一端通过一个开关电路 与送丝电机电源部分相连接，电容C22的另一端接三极管Q2的基极和电阻R7 —端，三极管 Q2发射极与电阻R7另一端连接接地，三极管Q2的集电极接至送丝电路(8)与电容C3 — 端，电容C3另一端接接收电路模块(9)。所述接收电路模块由电感Li、电容C59、C41、电阻R52、二极管D9、D6、电容C20组 成，电感Ll上有两个同磁芯的线圈，其中一个的一端接保险丝SFl和载波线，另一端接电容 C59，电容C59另一端接地，另一个的一端接电阻R52、电容C41 一端，另一端与电容C41的 另一端、二极管D9的阴极、D6的阳极、电容C20 —端相连接地，电阻R52另一端接二极管D9 的阳极、D6的阴极、电容C20另一端。所述前级解调模块(10)由芯片KA567、电容C36、C37、C39、C40、C44、电阻R37、 R53、可变电阻VR3组成，电容C36 —端与芯片KA567的3脚相连，电容C36另一端与接收电 路模块输出端连接，电容C37 —端与芯片KA567的2号脚相连，电容C37另一端接地，电阻 R53 一端接+5V电源，另一端接芯片KA567的8号脚、第二单片机芯片的输入端，可变电阻 VR3 一端与电阻R37 —端相连，另一端与芯片KA567的5脚和可变电阻VR3中间端相连，电 阻R37另一端接电容C44 一端与芯片KA567的6号脚，电容C44的另一端接地，芯片KA567 的7号脚也接地，电容C39与电容C40并联，一端接地，一端接芯片KA567的1号脚。所述载波线被包裹在金属屏蔽网内，载波线与金属屏蔽网之间有绝缘层，金属屏 蔽网外面有绝缘层。本实用新型具有实时性好、抗干扰能力强、稳定性高等优点，避免了六芯控制电缆 的断线、缠线故障，焊接电压稳定，引弧成功率高，焊缝成型好。
图1是本实用新型的焊机整机示意图；图2是本实用新型的一种基于数字载波控制MAG/MIG焊机控制系统框图；图3是本实用新型的送丝机上的遥控板电路原理图。图4是本实用新型的焊接电源内部主控板电路原理图。图5是本实用新型的载波线剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明[0019]如图1所示，一种基于数字载波控制逆变MAG/MIG焊机，由弧焊电源、送丝机组成。 焊接电缆的正端连接弧焊电源与送丝机，作为送丝机遥控板的地线。载波线中有稳定的直 流电压，给送丝机及遥控板提供电源，载波信号亦由此线传输。如图2所示，控制系统由送丝板系统1、主控板系统2和载波线3组成，送丝板系统 1对应为图1中的送丝机内部电路系统，主控板系统2对应为图1中的焊接电源内部电路 框图，载波线3对应为图1中的载波线，送丝板系统1与主控板系统2通过载波线3相连。 送丝板系统1由电压给定模块4、单片机芯片5、耦合电路模块6、程控电路7、送丝电路8等 部分组成，电压给定信号经电压给定模块4后输入到单片机芯片5进行调制，程控电路7、 送丝电路8以单片机芯片5为核心组成外围电路，进行焊接程序控制与送丝控制。单片机 芯片5的输出端与耦合电路模块6相连，耦合电路模块6将调制后的数字脉冲信号耦合到 载波线3上。主控板系统2由接收电路模块9、前级解调模块10、单片机芯片11、数模转化 电路12、引弧判断电路13、空载给定电路14、显示电路15等组成。载波线3传输的信号接 入接收电路模块9，9的输出端接前级解调模块10进行前级解调，解调后输入到单片机芯片 11进行后级解调。引弧判断电路13与空载给定电路14以单片机芯片11为核心组成外围 电路，实现引弧信号的判断与空载电压的给定。引弧判断电路13连接到显示电路15，进行 焊接电压、焊接电流的显示。单片机芯片11的解调信号输入到数模转化电路12，进行数模 转化，最终控制焊机的输出。如图3所示，为本实用新型的送丝机上遥控板原理图。电路中电阻R1、R2、R3、R4、 R5、可变电阻Rw、电阻Rw'、芯片LM324、CD4053组成电压给定模块3，电阻R4 —端接+15V 电源，另一端接电阻R2与电阻R5，电阻R5另一端接地。电阻R2另一端与电阻R3及芯片 LM324的同向输入端相连，电阻R3另一端接芯片LM324的输出端，芯片LM324的输出端接至 电阻R6与芯片⑶4053的15脚。可变电阻RW —端连⑶4053的2号脚，另一端连电阻Rl， 可变电阻R/ —端连芯片⑶4053的1号脚，另一端连电阻R1。电阻Rl的另一端接至芯片 LM324的反相输入端与电容Cl。电压给定模块4通过电阻R6与单片机芯片5的21脚相连， 当调节送丝机遥控板上的焊接电压(收弧电压)给定旋钮时，电路中的可变电阻RwOV )
发生变化，电压给定模块4输出的信号频率发生变化，频率的计算公式可按下式计算 / =_1_2(R1+RW) C1In
R +RR其中A =+R5 '^2 = R +R3+R ’可见调整可变电阻r^1V )时会得
到不同的输出频率。电位器旋钮的阻值与电压给定电路模块4输出频率的对应关系按下式 计算
κ, ιR,其中1 2C In ( 1 + ^ ) V = R1，根据此对应关系可标出给
w / 21 I+ K2
定旋钮上的给定值。电压给定模块4的输出接至电阻R6、R7进行分压，通过电阻R6接至单 片机芯片5的21脚进行调制，调制过程受焊枪信号和收弧有无信号的控制。焊枪信号电路、 收弧有无信号电路、送丝电路、送气电路等组成程控电路7与送丝电路8。焊枪和点动电路 由电阻R25、R26、R27、R28、R30、芯片U5A、U5B、二极管V5等组成，电阻R26接+15V电源，电
6阻R26另一端与电阻R25、芯片TO的6号脚相连，电阻R25另一端接焊枪与点动开关，其中 点动开关串有电阻。电阻R27 —端接+15V电源，另一端接芯片U5的5号脚、电阻R28，电阻 R28再接至电阻R29与芯片U5的2号脚，电阻R29另一端接地。电容C58 —端接至芯片U5 的3号脚，另一端接地。芯片U5A与芯片U5B组成窗口比较器，芯片U5A的输出端接至芯片 U8的2号脚，芯片U5B的输出端接至芯片U8的1号脚，与电阻R30相连，电阻R30另一端接 +15V电源。芯片U8的3号脚接+15V电源，4号脚接电阻R43与程控电路。电阻R43与电 阻R33组成分压电路，电阻R33接地。电阻R43的另一端与单片机的22脚相连，当焊枪开 关按下时，电阻R43与芯片U8的4号脚相连端为高电平，单片机芯片5的22脚的电平就为 高，单片机芯片5调用调制程序。当焊枪未按下或者按下点动送丝按钮时，单片机芯片5的 22脚为低电平，终止单片机调制程序。+5V电源经电阻R8接至收弧有无开关，收弧无的开 关一端悬空，收弧有的开关一端接至单片机芯片5的23脚，当开关打至无收弧时，单片机芯 片5的23脚为低电平，此时调制程序的调用与终止仅受焊枪信号控制；开关打至有收弧时， 单片机芯片5的23脚为高电平，此时调制程序的调用与终止受两个信号同时控制。单片机 芯片5的输出信号通过13脚输出，接至稳压管ZDll的阴极。ZDll的阳极接三极管Q10，三 极管Q10、电阻R65、电容C22、电阻R7、三极管Q2、电容C3组成耦合电路模块6，三极管QlO 的集电极接电阻R65、电容C22，电容C22的另一端接三极管Q2的基极，三极管Q2发射极接 地。三极管Q2的集电极接至电阻R19与电容C3，电阻R19另一端接至二极管D30、二极管 D32阴极，二极管D30、二极管D32的阳极通过二极管D49的阴极相连。二极管D49的阳极 与电感Ll相连，电感Ll的另一端与电容C3相连接至载波线上。电感Ll通过直流信号，给 整个遥控板及送丝机提供电源。电容C3为耦合电容，直流电不能由此通过。电容C2另一 端与载波线相连。载波线上同时存在直流电压与高频数字脉冲信号，电感Ll可通过直流电 压，电容C2通过高频脉冲信号。单片机外围的程控电路7与送丝电路8，实现了程序控制 与送丝控制，在送丝机的遥控盒上就可完成所有的MAG/MIG逆变焊机的参数调节。以逆变 CO2焊机为例，遥控盒上可完成焊接(收弧)电压、焊接(收弧)电流、两步/四步、自动焊 接、点动、丝径选择、检气等所有参数的遥控调节。遥控板上的电源由载波线上的直流电压 分压、稳压而来，整个遥控板只有一个地，与焊接电缆正极相连。 如图4所示，为本实用新型的焊接电源内部主控板电路原理图。变压器输出的约 30V的交流电压经二极管D3模块整流，二极管D3模块的阴极接至电容C12、C24与电感SF1， 电容C12与电容C24的另一端接地。电感SFl滤波之后分别接至保险丝Fu3与电感Li，整 流后的直流电经保险丝Fu3传输到载波线上。载波线上的载波信号经接收电路模块9提取 出来。接收电路模块9由电感Li、电容C59、C41、电阻R52、二极管D9、D6、电容C20等元件 组成。电感Ll上有两个同磁芯的线圈，其中一个一端接保险丝SF1，另一端接电容C59，电 容C59另一端接地。另一个一端接电阻R52、电感C41，另一端接地。电容C41的另一端也 接地。电阻R52另一端接二极管D9的阳极、D6的阴极、电容C20、C36，二极管D9的阴极、D6 的阳极、电容C20的另一端接地。当有载波信号时，接收电路模块9输出一系列小脉冲，反 映出载波信号的变化。芯片KA567、电容C36、C37、C39、C40、C44、电阻R37、R53、可变电阻 VR3等组成前级解调芯片模块10，电容C36与前级解调芯片KA567的3脚相连，电容C37与 芯片KA567的2号脚相连，电容C37另一端接地。电阻R53 —端接+5V电源，另一端接芯片 KA567的8号脚、单片机芯片11(PIC16F876)的13脚、21脚，可变电阻VR3—端与R37相连，
另一端与芯片KA567的5脚相连，电阻R37另一端接电容C44与芯片KA567的6号脚，电容 C44的另一端与芯片KA567的7号脚接地。电容C39与电容C40并联，一端接地，一端接芯 片KA567的1号脚。耦合电容C36和芯片KA567的内部输入电阻构成一个高通滤波器。芯 片KA567的解调中心频率f0由5脚与6脚间的电阻及6脚的接地电容决定，其中心频率的 计算公式为 距离中心频率左右范围内仍可被芯片KA567解调的信号宽度为带宽，其宽度范围 由2脚的接地电容决定，输出信号延迟时间由1脚接地电容决定。1脚的电容至少需是2脚 电容值的两倍以上。3脚是输入端，最小工作电压为25mv。芯片KA567内部的积分相位检 测器比较输入信号和振荡器输出信号的相对频率和相位，当芯片KA567的输入端有电压输 入且频率在带宽范围内时，则这两个信号频差、相差在锁定范围内(即锁相环锁定)时8脚 由高电平变为低电平。带宽的计算公式为其中Vi为芯片KA567的3脚输入电压。前级解调模块的输出端为芯片KA567的8 号脚，通过上拉电阻R53接至单片机解调芯片8的13脚与21脚，单片机12脚为输出端，通 过上拉电阻R20与+5V电源相连。当13脚和21脚有信号输入时，单片机对其信号频率进 行解调，12脚输出解调后的PWM信号，同时12脚具有一个上拉电阻R20，电阻R20接+5V电 源。光耦TLP521、电阻R21、R22、R23、可变电阻Rw、电容C7、芯片LM324等组成数模转化电 路12，将PWM信号转化为电压模拟量，进行焊机的焊接电压(收弧)电压的给定、运算，控制 焊机的输出。单片机解调信号由12脚接至电阻R21，电阻R21另一端接光耦控制端的发光 二极管阳极，光耦发光二极管的阴极接地。受控端阳极接电阻R22，电阻R22另一端接可变 电阻Rw，可变电阻Rw另一端接+15V电源，这里的+15V电源与图3中的+15V电源不同，因 此图4中不同的+15V电源用VEE表示。光耦的受控端阴极接电阻R23、电容C7的阳极、芯 片LM324的同向输入端，电阻R23的另一端与电容C7的阴极接地。引弧判断电路13与空 载给定电路14以单片机芯片11为核心组成外围电路，当有载波信号时，单片机芯片11判 断引弧成功信号，若引弧成功信号为低电平，则引弧未成功，单片机芯片11的24脚输出高 电平，控制焊机输出空载电压。当有载波信号，且引弧成功信号为高电平时，说明引弧已成 功，单片机芯片11的24脚为低电平，切除空载给定信号，由单片机芯片11的12脚控制焊 机输出给定的焊接电压。引弧判断电路13连接到显示电路15，进行焊接电压、焊接电流的 显示。主控板中的信号解调采用了两级解调方法，前级解调模块10采用芯片KA567解调， 后级解调采用单片机芯片11，第一可以大大增强抗干扰能力，第二可以简化单片机解调程 序，增强可靠性。如图5所示，为本实用新型的载波线剖视图。16为载波线，被包裹在最内层。17 为绝缘层，将载波线与屏蔽金属网隔离绝缘。18为屏蔽金属网，实现静电屏蔽、抗电磁干扰。 19为绝缘层，将屏蔽金属网与外界隔离绝缘。传统的逆变MAG/MIG焊机参数的遥控通过一根多芯的控制电缆实现，以逆变CO2 焊机为例，逆变CO2焊机的六芯控制电缆分别完成气阀、送丝电动机驱动、点动送丝、焊枪开关开闭、电流调节、电压调节。采用本发明后，调制后的焊接电压给定信号沿着一根载波线 传输进入焊接电源内部，解调后控制焊机的输出。送丝板内利用载波线上的直流电压，可实 现气阀、送丝电动机驱动、点动送丝、焊枪开关开闭、焊接电流调节等功能，将以前焊接电源 内的这些功能移到了送丝机上的电路板上，因此可以取消6芯控制电缆，可以仅仅通过一 根载波线就实现所有功能的调节。
权利要求一种基于数字载波控制MAG/MIG焊机控制系统，由送丝板系统(1)与主控板系统(2)构成，送丝板系统(1)与主控板系统(2)之间通过载波线(3)相连，送丝板系统(1)中有程控电路(7)与送丝电路(8)，主控板系统(2)中有引弧判断电路(13)、空载给定电路(14)与显示电路(15)；其特征在于送丝板系统(1)还包括电压给定模块(4)、第一单片机芯片(5)和耦合电路模块(6)，主控板系统(2)还包括接收电路模块(9)、前级解调模块(10)、第二单片机芯片(11)和数模转化电路(12)，其中电压给定模块(4)依次串接第一单片机芯片(5)和耦合电路模块(6)，单片机芯片(5)与程控电路(7)与送丝电路(8)双向连接，接收电路模块(9)依次串接前级解调模块(10)、单片机芯片(11)和数模转化电路(12)，第二单片机芯片(11)分别与引弧判断电路(13)、空载给定电路(14)双向连接，引弧判断电路(13)连接到显示电路(15)，耦合电路模块(6)通过载波线(3)相连接收电路模块(9)。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字载波控制MAG/MIG焊机控制系统，其特征在于 所述电压给定模块(4)由电阻附、1 2、1 3、1 4、1 5，可变电阻1^、1 /，芯片LM324和CD4053 组成，电阻R4 —端接+15V电源，另一端接电阻R2与电阻R5 —端，电阻R5另一端接地，电阻 R2另一端与电阻R3及芯片LM324的同向输入端相连，电阻R3另一端接芯片LM324的输出 端、芯片⑶4053的15脚和第一单片机芯片(5)的输入端，可变电阻RW —端连芯片⑶4053 的2号脚，另一端连电阻Rl —端和可变电阻R/另一端，可变电阻R/ —端连芯片⑶4053 的1号脚，电阻Rl的另一端接至芯片LM324的反相输入端与电容Cl的一端，电容Cl的另 一端与电阻R5另一端连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字载波控制MAG/MIG焊机控制系统，其特征在于 所述耦合电路模块(6)由三极管Q10、电阻R65、电容C22、电阻R7、三极管Q2和电容C3组 成，三极管QlO的集电极接电阻R65、电容C22—端，电阻R65的另一端通过一个开关电路与 送丝电机电源部分相连接，电容C22的另一端接三极管Q2的基极和电阻R7 —端，三极管Q2 发射极与电阻R7另一端连接接地，三极管Q2的集电极接至送丝电路(8)与电容C3 —端， 电容C3另一端接接收电路模块(9)。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字载波控制MAG/MIG焊机控制系统，其特征在于 所述接收电路模块(9)由电感Li、电容C59、C41、电阻R52、二极管D9、D6、电容C20组成， 电感Ll上有两个同磁芯的线圈，其中一个的一端接保险丝SFl和载波线(3)，另一端接电 容C59，电容C59另一端接地，另一个的一端接电阻R52、电容C41 一端，另一端与电容C41 的另一端、二极管D9的阴极、D6的阳极、电容C20 —端相连接地，电阻R52另一端接二极管 D9的阳极、D6的阴极、电容C20另一端。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字载波控制MAG/MIG焊机控制系统，其特征在于 所述前级解调模块(10)由芯片KA567、电容C36、C37、C39、C40、C44、电阻R37、R53、可变电 阻VR3组成，电容C36 —端与芯片KA567的3脚相连，电容C36另一端与接收电路模块(9) 输出端连接，电容C37 —端与芯片KA567的2号脚相连，电容C37另一端接地，电阻R53 — 端接+5V电源，另一端接芯片KA567的8号脚、第二单片机芯片(11)的输入端，可变电阻 VR3 一端与电阻R37 —端相连，另一端与芯片KA567的5脚和可变电阻VR3中间端相连，电 阻R37另一端接电容C44 一端与芯片KA567的6号脚，电容C44的另一端接地，芯片KA567 的7号脚也接地，电容C39与电容C40并联，一端接地，一端接芯片KA567的1号脚。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字载波控制MAG/MIG焊机控制系统，其特征在于所述载波线(3)被包裹在金属屏蔽网(18)内，载波线(3)与金属屏蔽网(18)之间有绝缘 层(17)，金属屏蔽网(18)外面有绝缘层(19)。
专利摘要本实用新型公布了一种基于数字载波控制MAG/MIG焊机控制系统，由送丝板系统与主控板系统构成，送丝板系统与主控板系统之间通过载波线相连，送丝板系统中有程控电路与送丝电路，主控板系统中有引弧判断电路、空载给定电路与显示电路；送丝板系统还包括电压给定模块、第一单片机芯片和耦合电路模块，主控板系统还包括接收电路模块、前级解调模块、第二单片机芯片和数模转化电路。本实用新型实时性好、抗干扰能力强、稳定性高。
文档编号B23K9/10GK201685012SQ20102017048
公开日2010年12月29日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者向明, 常旭, 方臣富 申请人:江苏科技大学