[发明专利]短路过渡CO2焊的通信结构的数字控制方法

摘要

一种焊接技术领域的短路过渡CO₂焊的通信结构的数字控制方法，用数字信号处理器和单片机处理器双处理器的双处理器结构，进行对CO₂动态短路过渡过程多任务控制的任务分配，控制任务包括：工艺参数设置、过程参数设置、焊接过程时序控制、现场参数显示、CO₂短路过渡过程参数采集、复杂电源外特性及焊接电流波形控制、故障诊断控制。本发明数字信号处理器，具有丰富的运算功能和快速计算能力，快速实时地进行动态短路过渡过程参数检测和复杂电源外特性算法的实现；利用单片机处理器强大的驱动控制能力实时地进行焊接参数设置、CO₂短路过渡过程时序控制、现场参数的动态显示；并通过单片机处理器和数字信号处理器的通信能力，实现双处理器的快速通信。

主权项

1、一种短路过渡CO2焊的通信结构的数字控制方法，其特征在于，用数字信号处理器和单片机处理器双处理器的双处理器结构，进行对CO2动态短路过渡过程多任务控制的合理任务分配，控制任务包括：工艺参数设置、过程参数设置、焊接过程时序控制、现场参数显示、CO2短路过渡过程参数采集、复杂电源外特性及焊接电流波形控制、故障诊断控制，具体如下：1)单片机处理器分配到的控制任务包括：工艺参数设置、过程参数设置、焊接过程时序控制、现场参数显示，由4个步骤完成：①工艺参数设置：工艺参数包括CO2MAG的焊接方法选择、实芯/药芯的焊丝材料选择、1.2mm/1.0mm的焊丝直径选择、一元化调节/个别调节的参数调节方式选择、脉冲焊/直流焊的焊接电流形式选择，单片机处理器通过工艺选择电路对这五个工艺参数进行检测，当检测信号为“1”，则为相应参数的上档参数，否则为相应参数的下档参数；②过程参数设置：过程包括焊接电压、焊接电流、一元化参数、脉冲电流、基值电流、脉冲频率、脉冲时间，这7个过程参数将根据工艺参数设置的结果进行设置，单片机处理器通过人机对话接口读取过程参数设置键盘，根据读取的键盘值，首先判断对那个参数进行设置，然后对后面的键盘输入数据进行读取，完成该参数的设置；③焊接过程时序控制：焊接过程包括预气阶段、慢送丝引弧阶段、正常焊接阶段、防粘丝阶段、延气阶段五个阶段，是单片机处理器通过时序控制电路输出控制信号，对焊接电源、送丝机、电磁气阀、慢送丝/正常送丝切换这四个受控对象的控制：在预气阶段，打开电磁气阀，并由单片机处理器中的定时器进行预气时间的定时，时间在100ms～500ms之间可调；在慢送丝引弧阶段，控制切换到慢送丝档，打开电源和送丝机，慢送丝速度固定，由实验确定；在正常焊接阶段，控制切换到正常送丝档，送丝速度由在过程参数设置过程中的焊接电流设置决定；在防粘丝阶段，停止送丝机，让焊丝回烧，并由单片机处理器中的定时器进行防粘丝时间的定时，时间有380ms防粘丝定时和100ms防粘丝定时，定时结束后关掉电源；在延气阶段，由单片机处理器中的定时器进行预气时间的定时，时间在100ms～500ms之间可调，关掉电磁气阀；④现场参数显示：显示上述①的工艺参数、②的过程参数、③的焊接过程时序控制时五个阶段；2)数字信号处理器分配到的控制任务包括：电源外特性确定和波形控制算法确定、CO2短路过渡动态控制、故障诊断控制，由3个步骤完成：①电源外特性确定和波形控制算法确定：采用的电源外特性包括恒压外特性、恒流外特性、缓降外特性，其控制规律采用具有比例系数Kp、积分系数Ki两个调节参数的PI控制，采用的波形控制算法包括CO2短路过渡小电流瞬短抑制I1、短路电流上升速度(di/dt)1、小电流缩颈爆断I2、燃弧脉冲电流I3、燃弧电流下降速度(di/dt)2、燃弧基值电流I4这六种情况的波形控制，不同焊接工艺时的不同过程参数和不同焊接阶段，采用不同的PI控制的比例系数Kp和积分系数Ki及各波形控制参数I1、(di/dt)1、I2、I3、(di/dt)2、燃弧基值电流I4，在短路初期和后期，采用恒流电源外特性，在燃弧的初期和后期，同时采用恒压外特性和恒流外特性，而在燃弧中期，采用恒压外特性；②CO2短路过渡动态控制：主要由参数采集、焊接阶段判断、外特性及波形控制算法计算、控制输出四个小步骤：首先通过数字信号处理器中的A/D接口和数据采集电路对焊接电流和焊接电压进行采集，采集频率为100μs，并对采集到的数据进行滤波处理，计算电流变化速度(di/dt)和电压变化速度(du/dt)；根据单片机处理器传递得到具体的焊接阶段信息和信号检出电路获取焊接电流特征参数和短路特征参数进行焊接阶段的判断；外特性及波形控制算法计算通过①中选择的不同工艺参数、不同过程参数和不同焊接阶段的外特性算法和波形控制算法进行计算；最后将计算的结果通过数字信号处理器的PWM接口控制输出到PWM驱动电路；③故障诊断控制：上述①或②后均进行故障诊断控制。故障包括网压的过压和欠压、功率元件的过热、焊接电流的过流和功率开关元件的过流，故障诊断控制包括故障检测、故障诊断、故障报警、故障处理、报警消除五个动作，通过数字信号处理器的不可屏蔽中断对故障进行检测：当无故障时，直接结束该过程；当有故障时，用查询的方法诊断是那个故障，然后控制指示灯进行相应故障的报警，对故障的处理采用关掉焊接电源和送丝机、停止控制输出的手段，处理完后，解除相应的报警。