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70000字论文范文基于单片机理论的焊机主电路可靠性研究

论文类型:论文范文
论文字数:70000字
论点:焊接,可靠性,电路
论文概述:

整个控制系统以高性能的 80C196KB 单片机为核心,配以 SG3525 、MAX7219 等集成度高的专用芯片进行控制,并且在整个电路的各个环节采取了多种保护措施。

论文正文:

第1章简介

1.1课题的研究背景和来源
手动SMAW具有很大的灵活性,可以焊接大多数金属,适用于各种位置的焊接,可以焊接薄板和厚板。此外,这种焊接设备的成本相对较低。因此,它广泛应用于制造、建筑和维修行业。钨极惰性气体弧焊(GTAW)是一种在钨电极(非熔化电极)和熔池之间使用电弧的弧焊方法。该方法使用保护气体,但不施加任何压力。填充金属可以使用也可以不使用。这种方法发明于20世纪30年代末,在国际上简称为钨极氩弧焊。在工业生产中,这种传统的电弧焊接方法早在20世纪40年代就已经在实践中得到应用。
钨极氩弧焊被认为是一种高质量的焊接方法,可以焊接几乎所有的金属。然而,由于其工艺的不完善和早期钨极氩弧焊机的技术特点,其应用范围受到很大限制。近20年来,为了充分挖掘TIG焊接的潜在优势,相关单位进行了广泛深入的探索和研究,特别是逆变技术、微电子控制装置、微处理器、数字信号处理器和计算机软件技术在TIG焊机中的成功应用,全面改善了TIG焊机的TIG焊接方法和技术特点,不仅大大提高了焊接参数的控制精度,而且拓展了TIG焊机的技术适应性。而且赋予了各种特殊功能,使传统的直流钨极氩弧焊工艺演变成低频直流焊接、高频直流焊接、工频交流方波焊接和热线焊接等先进的焊接方法,从而使这种焊接方法成为各重要制造工业部门焊接高质量、精密零件、不锈钢、铝及其合金等材料不可或缺的现代加工方法。
20世纪70年代末开发的逆变弧焊电源以其体积小、重量轻、性能好、效率高、节能等优点吸引了全世界的关注,现已成为弧焊电源发展的主导趋势。目前,许多IGBT逆变手动弧焊电源都具有钨极氩弧焊功能。例如,ZX7-XXX ST逆变整流弧焊电源既有手工电弧焊功能,又有钨极氩弧焊功能。一方面,这种设计考虑到了用户的需求。在某些情况下,应使用钨极氩弧焊打底,手工电弧焊覆盖。一个这样的焊工可以解决这个问题。另一方面,手工电弧焊工艺和钨极氩弧焊工艺都需要恒定电流的外部特性。不同之处在于,手工电弧焊电源需要恒定电流加上外部拖动特性,而钨极氩弧焊只需要恒定电流的外部特性。本课题基于实验室早期开发的80C196KB单片机控制的MMA/TIG焊机,针对手工电弧焊易断弧、TIG焊起弧电流大、小电流焊接不稳定、高频干扰严重、参数预置不可靠等一系列问题。研究硬件电路和软件程序的可靠性,使其各方面的性能更加可靠和高效。它是集手工电弧焊、直流钨极氩弧焊和直流脉冲钨极氩弧焊于一体的逆变弧焊电源。

1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
在德国最新的埃森国际焊接与切割展览会上,展出了各种规格和用途的弧焊逆变器,其应用范围包括手工电弧焊、氩弧焊、MIG/ MAG焊、CO2焊等。容量为130~630A,逆变器频率为2 ~ 20khz。其中,MMA/TIG焊机以德国EWM公司生产的INTEGRAL系列数字焊接电源为代表。其操作面板如图1.1(a)所示。数字处理系统处理所有焊接数据并控制整个焊接过程。焊接机的整体外观如图1.2(b)所示。该焊机具有以下特点:
1)甲基丙烯酸甲酯/钨极氩弧焊全位置焊接;
2)统一的操作系统,操作极其方便,256道焊道(JOB),全数字化控制模式,焊接效果完美;
3)TIG DC焊接可选择高频引弧或接触引弧。
4)256个作业和16个焊接操作点,可由焊枪直接控制,可直接支持自动焊接或机器人应用。
5)两步和四步模式,点击切换基本值模式、脉冲钨极氩弧焊和DC钨极氩弧焊特殊模式;[/BR/] 6)钨极氩弧焊模式下的可调参数:起弧电流、焊接电流、基极电流、灭弧电流、预供气时间、滞后气体时间、上升和下降时间、脉冲峰值和脉冲基极值时间等。
7)MMA焊接模式下的可调参数:预熔电流和时间、电弧推力、防粘功能;
8)焊接电压、焊接电流和其他参数的数字显示;
9)可连接各种接口:焊丝控制器、上下焊枪和回送焊枪、自动焊接端口、焊接参数记录接口板和PC机串口。

1.3主题含义……13-15
第二章单片机控制的甲基丙烯酸甲酯/钨极氩弧焊机主电路可靠性研究........15-27
2.1主电路结构……15-16
2.2中频变压器可靠性研究……16-18 [/BR/] 2.3整流电路可靠性研究……18-22 [/BR/] 2.3.1输入整流器滤波电路……18-20
2.3.2输出整流器滤波电路……20-22[/比尔/] 2.4 IGBT可靠性研究……22-26 [/BR/] 2.4.1 IGBT特征……22-24
2 . 4 . 2 IGBT参数选择……24-25 [/BR/] 2.5本章概述……26-27
第三章单片机控制的MMA/TIG焊机控制电路的可靠性研究…… 27-43
3.1控制系统的工作原理……27-28 [/BR/] 3.2控制系统硬件电路可靠性研究……28-42 [/BR/] 3.2.1电源电路……29
3.2.2数模转换电路……29-30 [/BR/] 3.2.3数据采集电路……30-31[/溴/] 3.2.4脉宽调制电路……31-33
3.2.5参数预设和显示电路……33-35 [/BR/] 3.2.6 IGBT驱动电路……35-37 [/BR/] 3.2.7 IGBT保护电路……37-40
3.2.8高频电弧点火控制电路……40-42 [/BR/] 3.3本章概述……42-43
第4章系统软件程序的可靠性研究……43-54
4.1系统主程序结构……43 [/BR/] 4.2手工电弧焊子程序的可靠性研究……43-45[/比尔/] 4.3钨极氩弧焊子程序的可靠性研究……45-47
4.4 PI控制子程序的可靠性研究……47-49 [/BR/] 4.5电流缓慢上升和下降子程序的可靠性研究……49-50 [/BR/] 4.6灭弧控制子程序的可靠性研究……50-51
4.7故障处理子程序的可靠性研究……51-52 [/BR/] 4.8钨极氩弧焊逆变器时序控制可靠性研究.........52-53 [/BR/] 4.9本章概述……53-54
第五章系统抗干扰设计的可靠性研究……54-65 [/BR/] 5.1硬件抗干扰措施的可靠性研究……54-62 [/BR/] 5.1.1常见抗干扰措施……55-61
5.1.2电流采样电路……61[/溴/] 5.1.3高频吸收电路……61-62 [/BR/] 5.2软件抗干扰措施可靠性研究……62-64
5.2.1看门狗定时器(WDT)……62[/比尔/] 5.2.2冗余指令……62-63 [/BR/] 5.2.3数字滤波……63-64
5.4本章概述……64-65
第6章系统可靠性测试……65-71
6.1离线调试……65-68
6.1.1系统调试……65
6.1.2驱动波形测试……65-67 [/BR/] 6.1.3保护电路调试……67-68 [/BR/] 6.2在线调试……68-70 [/BR/] 6.2.1空加载在线调试……68-69
6.2.2加载在线调试……69-70
6.2.3焊接试验……70
6.3进一步改进该系统的建议……70
6.4本章概述……70-71

结论

通过对单片机控制的MMA/TIG焊机主电路、控制电路、软件程序及抗干扰措施的可靠性研究,得出以下结论:
1)系统的MMA/TIG焊机采用双管嵌入式单端正向IGBT逆变结构,结构简单可靠。手工电弧焊的额定电流为160安培,钨极氩弧焊为200安培。试验表明,设计的主电路结构合理,参数和性能稳定,焊接可靠稳定。
2)整个控制系统以高性能80C196KB单片机为基础,由SG3525、MAX7219等高集成度专用芯片控制,整个电路的各个环节都采取了各种保护措施。数模转换控制电路改为MAX530芯片后,数模转换精度更高,可靠性提高。试验表明,该控制系统稳定可靠,电路简单,控制精度高,操作方便。
3)钨极氩弧焊设计了接触引弧和高频引弧。试验表明,两种引弧方法都是可靠稳定的,给操作人员带来了许多方便和选择。
4)面板参数由数字编码器调节,焊接中的多个参数由一个编码器独立调节。电路简单,简化了面板,实现了面板参数的集成。修改参数预置和显示程序后,编码器的工作过程更加稳定可靠。
5)为控制系统编写的软件指令执行效率高、速度快,并配有软件抗干扰措施。通过修改程序,可以方便地控制电源的输出,满足焊接工艺的需要,充分体现了微机控制的灵活性和优越性。
6)通过空载荷和静载荷试验,表明焊机的外部特性能够满足手工电弧焊、直流钨极氩弧焊和脉冲钨极氩弧焊的要求。焊接试验表明,该系统具有良好的可靠性。