縫焊機(jī)恒流控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用
老型號縫焊機(jī)多采用開環(huán)控制，在焊接過程中由于溫度變化和材料導(dǎo)電性能不均勻等原因，引起焊接電流波動較大，經(jīng)常造成焊縫漏水，影響產(chǎn)品合格率。 為解決這一問題，我們設(shè)計了一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，使焊接電流保持穩(wěn)定。
2 設(shè)計方案
原設(shè)備用兩個周期選擇開關(guān)和一個熱量調(diào)節(jié)旋鈕控制縫焊機(jī)工作，一個開關(guān)選擇開通周期數(shù)，另一個開關(guān)選擇休止周期數(shù)，熱量調(diào)節(jié)旋鈕控制可控硅的移相角。新系統(tǒng)用六只LED數(shù)碼管顯示工作狀態(tài)。第一只顯示工件號，表示不同廠家的原材料編號；第二只顯示開通周期數(shù)，表示一個焊接周期中可控硅導(dǎo)通的周期數(shù)；第三只顯示休止周期數(shù)，表示一個焊接周期中可控硅關(guān)斷的周期數(shù)；最后三只顯示焊接電流。由于引入了工件號，能把常用的材料編號，將其對應(yīng)的最佳開通周期數(shù)、休止周期數(shù)和焊接電流值存入EPROM，這樣只要選擇材料編號，其對應(yīng)的工作參數(shù)就顯示出來，可以大大減少調(diào)節(jié)參數(shù)的次數(shù)。
為了簡化操作，用三只按鍵完成工件號、開通周期數(shù)、休止周期數(shù)和焊接電流的調(diào)整。一只選擇鍵，用來選擇需要調(diào)整的參數(shù)，選到哪個參數(shù)，哪個參數(shù)就閃動，表示可以對其進(jìn)行修改。另外兩只為加一和減一鍵，用來修改工作參數(shù)的數(shù)值。三個按鍵均設(shè)有自動連續(xù)功能，以便快速操作。
焊接電流取樣從每個導(dǎo)通周期的過零點(diǎn)開始，每200μs取樣一次，一個工頻周期取樣100次。休止周期進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不取樣焊接電流。焊接電流的計算與控制采用平均值方式進(jìn)行，然后根據(jù)工作周期和觸發(fā)角大小查表得出修正系數(shù)，再把平均值電流轉(zhuǎn)換成有效值送到顯示器顯示。這樣可以減少程序的運(yùn)行時間，保證數(shù)據(jù)處理的實時性。為避免電網(wǎng)功率因數(shù)和峰值因數(shù)過度惡化，可控硅導(dǎo)通角的移相范圍限制在0～90度。
為減少工作參數(shù)的調(diào)整次數(shù)，系統(tǒng)中還加入了掉電保護(hù)電路，使設(shè)定的工作參數(shù)在掉電七天內(nèi)不會丟失，因此不必每天上班后重新輸入工作參數(shù)。
該系統(tǒng)的組成如上圖所示，由8031、2732、74LS373等組成的單片機(jī)系統(tǒng)完成電流取樣控制、顯示控制、移相觸發(fā)控制和數(shù)據(jù)處理等工作。電源與同步電路為系統(tǒng)提供電源，為后備電池充電，為單片機(jī)提供電網(wǎng)的同步信號和上電復(fù)位信號。復(fù)位信號還送到觸發(fā)放大電路，在復(fù)位期間禁止任何觸發(fā)脈沖輸出。同步信號和上電復(fù)位信號的產(chǎn)生由一片74HC14完成。鍵盤與顯示電路接收輸入命令，顯示工作狀態(tài)和工作參數(shù)。顯示電路使用了兩片74LS373。電流檢測與A/D轉(zhuǎn)換電路用電流互感器把0～500A的焊接電流轉(zhuǎn)換為0～50mA的電流，再經(jīng)A/V變換器轉(zhuǎn)換為0～5V的脈動直流電壓，送到A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器使用的是ADC0804。觸發(fā)放大電路完成脈沖展寬和功率放大，最后通過脈沖變壓器觸發(fā)可控硅。脈沖展寬電路將8031送出的幾微秒的觸發(fā)脈沖展寬為1ms的觸發(fā)脈沖，這樣既能保證可控硅可靠導(dǎo)通，又可使8031有更多的時間去處理數(shù)據(jù)。脈沖展寬電路由NE555等元件組成。
4 應(yīng)用實例
上述系統(tǒng)1992年9月用于邯鄲市儲油設(shè)備廠制桶分廠的縫焊機(jī)改造，未加入該系統(tǒng)時，焊接電流在焊接過程中波動較大，焊接后期電流比前期電流下降10%左右，經(jīng)常造成漏焊。加入該系統(tǒng)后，焊接電流波動較小，焊接過程中肉眼看不到電流下降現(xiàn)象。該系統(tǒng)已正常運(yùn)行四年，控制效果良好，具有較高的可靠性。
