专利名称：数字化交直流电弧焊机的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种通过软件PWM驱动IGBT实现的逆变技术，具体地说是一 种数字交直流氩弧焊接机的控制方法。
技术背景现有焊机的电弧特性控制一般都是模拟控制的，这类控制方式的缺陷是 固定不易更改， 一般只能做到某一工作方式下的电弧特性控制良好，而其它工 作方式下则相对不好；且控制软件升级困难，开发周期长。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种数字化交直流电弧焊机的控制方法， 利用这种方法能够对不同工作方式下的电弧特性进行有效的控制，从而达到最 佳的焊接效果。为了解决以上技术问题，本发明数字化控制不同工作方式下电弧特性的方法，包括如下步骤a、 启动单片机系统，自动进行显示测试；b、 从EEPROM中读取上一次结束焊接时保存的焊接参数值，是恒流焊接 方式时，与单片机相连的七段数码管显示电路显示恒流值；如果是脉冲悍接方 式时，七段数码管显示电路显示脉冲峰值；c、 用户设定焊接参数，并存入EEPROM，使得下次开机后进入上次焊接状态；d、 按下焊枪，进入相应的焊接方式，单片机根据输入焊接频率定时中断输 出相应带死区的PWM。所述带死区的PWM的死区时间从lus到十几us (微秒)可以调节；在死去 期间内，单片机的PBO引脚输出1 4us宽度的脉冲，以降低输出电压，使IGBT 过渡导通更为安全可靠。在按下焊枪进入相应的焊接方式时，单片机通过多次测试过流、过压及过 热保护标志，通过多次测试故障标志位，以提高单片机的抗干扰能力，防止因 为高频引弧干扰而使单片机不能正常工作；当故障标志有效后，单片机将输出 电压降为零，停止PWM的输出，显示出错标志，按下焊枪失灵不再输出电弧。所述数码管显示电路为七段数码管。本发明同时还提供了一种按照如上所述的数字化控制不同工作方式下电弧 特性的方法电路系统，其包括根据上述方法编制的软件控制模块控制的嵌入式 单片机控制系统和数码管显示电路，所述单片机控制系统包括单片机，复位电 路，时钟电路；复位电路保证单片机的正常启动，时钟电路提供单片机工作的 时钟周期，所述单片机内有EEPROM， FLASH，定时器，看门狗，还包含A/D 转换器，A/D转换器能将霍尔传感器的模拟信号输入量转换为单片机所需的数字量；所述数码管显示电路采用数显控制芯片，其与单片机的输出端相连。 本发明的优点是通过显示测试可以知道人机界面上的LED发光管和七段数码管是否正常工作，如果已经损坏通过显示测试就可以知道。如果没有显示测试这一过程，那么即使LED发光管或者七段数码管已经损坏也无法知道，最终对焊机的正确使 用带来困扰。有了显示测试这一过程对焊机的正确使用带来很大的帮助。焊接参数是存储在EEPROM中的，程序代码是存储在FLASH中的。每当 人机界面操作发生时包括按键以及编码器的操作，生成新的工作模式或者焊接 参数都将立即存入EEPROM中。每当开机后都回到上次使用时的工作状态。包 括上次的工作模式和焊接时的参数。这样就对使用者带来了极大的方便。避免 了反复调节。提高了焊接的工作效率。带死区的PWM驱动IGBT。死区时间从lus到十几us可以调节，IGBT工 作在相对安全的条件下。IGBT是很昂贵的电力元件，如果没有死区时间则IGBT 很容易烧坏，焊机的寿命则大打折扣，对公司或者用户都不利。人机界面上的编码器增加了焊接参数的粗调与细调功能。默认情况下是细 调，粗调与细调转化的过程是只要轻轻压一下编码器。细调时，编码器每转动 一步，焊接参数增加或者减少一，粗调时，编码器每转动一步焊接参数增加或 者减少十，极大的方便了焊机使用者，提高了焊接工作效率。
图1是本发明软件工作流程图。图2是本发明电路系统结构框图。图3是本发明的人机界面图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施例。如图1所示，本发明通过软件控制不同工作方式下电弧特性，包括如下步骤a、 启动单片机系统，自动进行显示测试；以便让焊机使用者知道焊机人机 界面的工作状况，LED显示灯和七段数码管点亮说明工作正常，否则说明已经 损坏。给使用带来方便。b、 从EEPROM中读取上一次结束焊接时保存的焊接参数值以及焊接方式， 是恒流焊接方式时，与单片机相连的七段数码管默认显示恒流值；如果是脉冲 焊接方式时，与单片机相连的七段数码管默认显示脉冲峰值；恒流值和脉冲峰 值两个参数值直接决定输出电弧的大小。按下焊枪后进行具体焊接时七段数码 管又显示流过焊枪的实际电流值。c、 用户设定焊接参数，并存入EEPROM，使得下次开机后进入上次焊接状 态；避免焊机使用者反复进行人机界面的操作，方便焊机使用者的使用，提高 劳动的工作效率。d、 按下焊枪，进入相应的焊接方式，单片机根据输入焊接频率定时中断输 出相应带死区的PWM。焊接频率与焊接的外观有直接关系，调节好焊接频率后按下焊枪单片机PD4， PD5引脚才会输出PWM驱动IGBT。悍枪上才会有电弧 输出。所述带死区的PWM的死区时间从lus到十几us可以调节；在死去期间内， 单片机的PBO引脚输出l~4us (微秒)宽度的脉冲，以降低输出电压，使IGBT 导通过渡更为安全可靠。在按下焊枪进入相应的焊接方式时，单片机通过多次测试过流、过压及过 热保护标志，通过多次测试故障标志位，以提高单片机的抗干扰能力，防止因 为高频引弧干扰而使单片机不能正常工作；当故障标志有效后，单片机将输出 电压降为零，停止PWM的输出，显示出错标志，按下焊枪失灵。所述数码管显示电路为七段数码管。所述数字交直流氩弧焊接机的控制方法工作的电路系统，包括根据所述 方法编制的软件控制模块控制的嵌入式单片机控制系统和数码管显示电路，所 述单片机控制系统包括单片机、复位电路及时钟电路；其中，复位电路保证单 片机的正常启动，时钟电路提供单片机工作的时钟周期；所述单片机内包括 EEPROM、 FLASH、定时器、看门狗及A/D转换器，所述A/D转换器能将霍尔 传感器的模拟信号输入量转换为单片机所需的数字量；所述数码管显示电路采 用数显控制芯片，所述数码管显示电路与单片机的输出端相连。在按下焊枪进入相应的焊接方式时，单片机通过多次测试过流、过压及过 热保护标志，通过多次测试故障标志位，以提高单片机的抗干扰能力，防止因 为高频引弧干扰而使单片机不能正常工作；当故障标志有效后，单片机将输出 电压降为零，停止PWM的输出，显示出错标志，按下焊枪失灵。带死区的PWM可导致一个(组)IGBT可靠关断，另一个(组)IGBT再导通， 防止两组短路。如图2所示，本发明数字化控制不同工作方式下的电弧特性电路图，包括 根据上述方法编制的软件控制模块控制的嵌入式单片机控制系统和数码显示电 路，LED显示灯。所述单片机控制系统包括单片机，复位电路，时钟电路；复 位电路保证单片机的正常启动，时钟电路提供单片机工作的时钟周期本发明采 用ATmega32L单片机，通过外接12位D/A转换器，能够精确的控制输出电流。 还包括A/D转化，能够方便的把霍儿电流传感器的模拟输入量转换为单片机所 需的数字量，使本系统形成一个收敛的闭环控制系统。数显控制芯片采用 MAX7221控制芯片，其与单片机的输出端相连。如图3所示，是本发明的人机界面图，有工作方式按钮，状态设定按钮， 参数设定编码器，以及数码管和LED指示灯构成。工作方式按钮决定当前工作 方式是交流还是直流，是恒流还是脉冲，是两步还是四部。状态设定按钮决定 要修改的焊接参数，参数设定编码器修改选中的参数。实施例1例如直流恒流两步焊接方式，打开电源，按下工作方式按钮，使得直流恒 流两步工作指示灯点亮。按下状态设定按钮，选择要调节的参数，此时要调节 的参数指示灯点亮，数码管显示当前的参数值，旋转参数设定编码器，数码管显示的参数值增加或者减少。譬如把恒流值调节到80A。单片机把此时的恒流值存入EEPROM中。按下焊枪开关，单片机把此时的恒流值通过D/A转换控制 焊枪电流输出。数码管此时显示的是流过焊枪的电流值。 实施例2例如交流恒流两步焊接方式，打开电源，按下工作方式按钮，使得交流恒 流两步工作指示灯点亮。按下状态设定按钮，选择要调节的参数，此时要调节 的参数指示灯点亮，数码管显示当前的参数值，旋转参数设定编码器，数码管 显示的参数值增加或者减少。譬如把恒流值调节到80A。交流频率为50HZ，单 片机把此时的恒流值交流频率值存入EEPROM中，单片机把恒流值通过D/A转 换控制焊枪输出电流，把交流频率值通过计算输出50HZ带死区的PWM控制输 出电弧。本发明通过采用嵌入式单片机系统实现，能够在基本的硬件电路基础上通 过改变逻辑判断，逻辑运算以及PWM算法有效控制输出电弧，实现二次过流， 过压，过热保护。提高了控制系统的通用性，此外数码显示部分可以实现同步 显示焊接电流，方便客户使用，同时也方便系统升级的试验调试。
权利要求
1、一种数字化交直流电弧焊机的控制方法，其特征是所述控制方法包括如下步骤a、启动单片机系统，自动进行显示测试；b、从EEPROM中读取上一次结束焊接时保存的焊接参数值，是恒流焊接方式时，与单片机相连的数码管显示电路显示恒流值；如果是脉冲焊接方式时，数码管显示电路显示脉冲峰值；c、用户设定焊接参数，并存入EEPROM，使得下次开机后进入上次焊接状态；d、按下焊枪，进入相应的焊接方式，单片机根据输入焊接频率定时中断输出相应带死区的PWM。
2、 根据权利要求1所述数字化交直流电弧焊机的控制方法，其特征是所 述带死区的PWM的死区时间从1到十几微秒；在死去期间内，单片机的其它引 脚输出一定宽度1 4微秒的脉冲，以降低输出电压，使IGBT导通过渡更为安全 可靠。
3、 根据权利要求1所述数字化交直流电弧焊机的控制方法，其特征是在按下焊枪进入相应的焊接方式时，单片机通过多次测试过流、过压及过热保护 标志，通过多次测试故障标志位，以提高单片机的抗干扰能力，防止因为高频引弧干扰而使单片机不能正常工作；当故障标志有效后，单片机将输出电压降 为零，停止PWM的输出，显示出错标志，按下焊枪失灵。
4、 根据权利要求1所述数字化交直流电弧焊机的控制方法，其特征是所 述数码管显示电路为七段数码管。
5、 根据权利要求1至4中任意一项所述数字化交直流电弧焊机的控制方法 工作的电路系统，其特征在于，包括根据权利要求1至4所述的方法编制的软 件控制模块控制的嵌入式单片机控制系统和数码管显示电路，所述单片机控制 系统包括单片机、复位电路及时钟电路；其中，复位电路保证单片机的正常启 动，时钟电路提供单片机工作的时钟周期；所述单片机内包括EEPROM、FLASH、 定时器、看门狗及A/D转换器，所述A/D转换器能将霍尔传感器的模拟信号输 入量转换为单片机所需的数字量；所述数码管显示电路采用数显控制芯片，所 述数码管显示电路与单片机的输出端相连。
全文摘要
本发明涉及一种通过软件PWM驱动IGBT实现的逆变技术，具体地说是一种数字化交直流电弧焊机的控制方法。本发明通过采用嵌入式单片机系统，能够在基本的硬件电路基础上通过改变逻辑判断，逻辑运算以及PWM算法有效控制输出电弧，实现二次过流、过压、过热保护。提高了控制系统的通用性，此外数码显示部分可以实现同步显示焊接电流，方便客户使用，同时也方便系统升级的试验调试。
文档编号G05B19/04GK101298110SQ200810124058
公开日2008年11月5日 申请日期2008年6月23日 优先权日2008年6月23日
发明者李明杰 申请人:无锡市锡山南方焊接设备有限公司