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大功率电容储能焊接机

摘  要:介绍一种高精度、抗干扰能力强的大功率电容储能焊机微机控制系统。详细介绍了控制系统的硬件及软件结构。生产考核表明,系统能在实际生产的大电流、强磁场的环境下,长期稳定可靠地工作。
关键词:大功率储能焊机;微机控制;抗干扰

    大功率电容储能焊机与同样功率的单相交流阻焊机相比,从电网取用瞬时功率低,各相负载均衡、功率因素高,且可向焊接区提供集中能量,能得到表面质量好、变 形小的焊件。因此,这类焊机在电力供应紧张、又需实现导热性能较好的大厚度有色金属、合金材料以及一般工频交流电阻焊机难以解决的特殊构件的焊接场合,得 到愈来愈多的应用。但大功率电容储能焊机的储能充电时间通常需几秒钟,充电电流一般有数十安培,焊接峰值电流高达数十万安培。这样,要实现焊机能量和过程 的精确控制、保证其工作稳定性,无疑对计算机控制系统提出了极高的要求。
  单片计算机控制技术在焊接领域的应用十分广泛,已成为阻焊机控制系统发展的主流。本文研究以MCS—51单片机为控制核心,采取多种软硬件抗干扰措施的大功率电容储能焊机控制系统。
 
1  焊接能量控制原理

      图1为简化的焊接能量控制原理示意图。三相交流电源经整流电路转换成直流电,向电容器组C充电,电容器组储存的能量为:
  =1/2CU                 (1)
式中:—储存的电能量(J)
    C—电容器组容量(F)
    —义电电压(V)
  焊接时,储存在电容器组中的能量经焊接变压器的初级绕组放电,焊接变压器的次级绕组即感应出一峰值大、时间短的脉冲电流,对焊件进行加热焊接。
    整流电路采用三相全波半控电路,电微机控制系统以无相序触发方式按设定的充电电压给电容器组充电,既省去了同步电路又能保证可控硅触发的稳定可靠;放电可控硅的触发时刻则由软件时序控制。
2  微机控制系统结构
2.1  硬件结构


  微机控制系统的硬件构成框图如图2所示。由单片机系统、输入输出电路、线性隔离电路、测电路、测Im电路、显示电路以及保护电路等组成。
  单片机CPU、RAM、EPROM、A/D转换器、及接口芯片等构成单片机系统。RAM、EPROM放置实时数据和程序,A/D转换器完成模拟信号到数字信号的转换。
  输入电路主要完成输入开关信号的整形并与单片机系统隔离;输出电路则将单片机系统发出的充放电可控硅的触发信号以及气阀加压信号等它们的驱动电路隔离。
    测电路原理框图如图3所示。来自取样电路的充电电压取样信号,首先经高线性度的隔离电路将主要路地与计算机的模拟地分开后,才送到测UC电路,并再经一级隔离抗扰和一级比例放大、反相器使信号满足A/D转换器要求。限幅的是防止信号超过A/D转换器的最大允许值。

  测Im电路原理与测电路类似,只是其取样信号的隔离采用电流互感器而已。
  保护电路的取样信号同样来自充电电压的取样电路,此信号与一基准电压比较,当充电电压达到规定的极限电压时,保护电路立即动作实现保护功能。
2.2  系统软件
  控制系统软件结构如图4所示。软件设计采用模块化结构。初始化模块完成中断、接口芯片及专用寄存器等的初始化工作;参数处理模块完成设定的充电电压、顶锻 时间等焊接参数的预处理工作;手动充电时进入手动充电模块,程序控制充电电路将充电电压充到设定值,返回等待手动放电,这个功能对电容器的赋能训练十分有 用;自动充电模块,程序则控制充电电路将充电电压充到设定值后,自动放电;显示模块将检测到的焊接电流峰值经运算和数制转换后,以十进制方式显示出来。

       顶锻压力的控制利用了计算机的定时中断功能。中断服务子程序流程如图5所示。进入服务子程序后,首先屏蔽中断,然后完成顶锻延时计数的判断,计数到即发出顶锻信号,否则继续延时。
3  抗干扰措施

     单片机的抗干扰技术一直是其应用的关键环节。一般均采用软硬兼施的办法,但硬件防干扰则是主要的。电源滤波器可对高频共模干扰形成很强的抑制作用,信号传 输线采用绞合屏蔽线,对抑制共模干扰也有帮助;金属盒屏蔽措施可阻碍空间电磁干扰,但接地一定要可靠;高线性度光电隔离既可将主电路地与计算机的模拟地分 开,又可保证设定充电电压与实际充电电压的线性关系。软件方面,采取软件陷阱、指令冗余的容错技术;信号输入通道利用软件数字滤波去除干扰;信号输出通道 采取重复输出法,提高数字信号的抗干扰能力。
4  生产考核
    控制系统已用于焊接生产一年,共焊接20余万件产品。系统控制精度为±2%,工作稳定可靠,得到了使用厂家的认可。
5  结论
         1)控制系统采用高线性度光电隔离、电磁屏蔽和多种软件抗干扰等技术,保证了系统在大电流、强磁场的工作环境下,稳定可靠工作。
  2)控制系统充分利用强大的软件功能,实现了丰富的辅助功能及软硬件多重保护措施,既提高了焊机的工艺性能,又便于系统的使用和维护。
[来源:原创] [作者:不详] [日期:08-11-04]
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