平行缝焊机控制系统的研制

文章摘要： ①下位机接收ＰＣ机发送的数据包，以中断方式（且设置为高级中断）来接收，以满足通信的实时性要求。这里仅是触发接收中断服务程序的执行并且接收首字节，一旦进入该中断程序后，就用程序查询的方法来接收剩余的字节。接收标志ＲＩ是硬件置位、软件复位的，因此每接收完一个字节后，需执行指令ＣＬＲ ＲＩ。接收完数据后，按协议规定对数据进行解码和验证，并向ＰＣ机返回验证信息。②下位机向ＰＣ机发送运行状态信息的子程序是根据程序工作过程的需要而调用的。在调用过程中为保证程序逻辑的清晰性，使ＣＰＵ关中断，利用程序查询发送标志ＴＩ（ＴＩ的使用同ＲＩ相似），按协议要求进行数

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①下位机接收ＰＣ机发送的数据包，以中断方式（且设置为高级中断）来接收，以满足通信的实时性要求。这里仅是触发接收中断服务程序的执行并且接收首字节，一旦进入该中断程序后，就用程序查询的方法来接收剩余的字节。接收标志ＲＩ是硬件置位、软件复位的，因此每接收完一个字节后，需执行指令ＣＬＲ ＲＩ。接收完数据后，按协议规定对数据进行解码和验证，并向ＰＣ机返回验证信息。②下位机向ＰＣ机发送运行状态信息的子程序是根据程序工作过程的需要而调用的。在调用过程中为保证程序逻辑的清晰性，使ＣＰＵ关中断，利用程序查询发送标志ＴＩ（ＴＩ的使用同ＲＩ相似），按协议要求进行数据变换并发送完整个信息包，再使ＣＰＵ开中断，整个程序执行完毕。 ３．２ 步进电机控制模块

步进电机是机电一体化产品中重要的执行元件之一。对于三相反应式步进电机，其工作方式分为两种。本系统选用三相单、双六拍通电方式，这种方式不容易失步，在转子平衡位置附近不易产生振荡，运行的稳定性较好，而且控制的精度也提高了一倍。为使步进电机的运行更平稳，控制精度更高，系统采用了具有细分的步进电机驱动器来控制。步进电机的转速取决于步进脉冲序列的频率。其硬件接口电路如图２所示。图中只是Ｘ轴左侧步进电机的连接示意图，其余电机的连接方式与图中相似，但使用８１５５Ａ其它的引脚。步进电机驱动器的ＣＰ＋和ＣＰ－是步进脉冲输入端，Ｕ／Ｄ＋和Ｕ／Ｄ－是方向控制输入端，ＰＤ＋和ＰＤ－为脱机控制输入端（本系统未使用），且各具有光电隔离电路，有利于实现系统工作的安全性和可靠性，连线采用共阳极接法是因为逻辑电路的灌电流负载能力通常大于拉电流负载能力；ＤＣ和ＧＮＤ为电源接线端，要求为直流２０～６０Ｖ，电流为４Ａ；输出端Ａ＋和Ａ－、Ｂ＋和Ｂ－、Ｃ＋和Ｃ－分别与步进电机Ａ、Ｂ、Ｃ三相引出线对应连接。对步进电机的控制主要有逻辑控制和速度控制。

逻辑控制包括电机旋转方向控制和发送步进脉冲序列。由于访问８１５５的ＰＡ口和ＰＢ口需以字节方式进行，因此根据旋转方向控制和步进脉冲序列发送的需要，组成逻辑置位和复位两个控制字，交替地输出到对应的端口，即可实现对电机旋转的控制。系统最多控制两个电机同时工作，共有１６个控制字。具体的编程思想是：脉冲数经步进角到角位移，再经丝杠到线位移，即可实现脉冲数正比于线位移。

速度控制是通过在置位和复位两个控制字交替输出期间插入延时子程序而实现的，所以速度的快慢是由延时子程序的执行时间决定的。在本系统的电机工作的低速区，非焊接运行时控制线速为４ｍｍ／ｓ；焊接运行时线速为１～８ｍｍ／ｓ，由ＰＣ机根据需要实时控制。

３．３ ＰＷＭ模块

为满足ＩＣ芯片缝焊的技术条件，要求焊接过程的功率加载是间歇的，为此设计了ＰＷＭ脉冲宽度调制模块，以实现对功率的间歇控制。图３是本模块的电路组成。核心器件为ＳＧ３５２４，它的输出为周期脉冲序列，其周期受ＲＴ、ＣＴ端对地的接入电阻ＲＴ和接入电容ＣＴ的控制，周期Ｔ＝０．７７ＲＴ×ＣＴ，所以在此串入数字电位器Ｘ９Ｃ１０４用以实现对Ｔ的控制。按图中数字电位器的使用方法，则其电阻Ｒ的表达式为：Ｒ＝（９９－ｎ）×１００ｋΩ，其中ｎ是通过编程进行控制的。ＳＧ３５２４的输出信号的占空比由Ｄ／Ａ转换电路通过编程控制。本系统实现了Ｔ＝４０ｍｓ～８０ｍｓ，占空比为０～１００％，由上位机控制。

３．４ 焊接功率控制模块

焊接功率的控制实际上是通过控制输出电压来间接实现的。由单片机输出数字信号到ＤＡＣ０８３２进行数／模转换，转换的结果经ＳＧ３５２４控制的模拟开关后，再控制固态调压模块ＥＶＵ-４０Ａ，使其输出的交流电压与输入的数字信号成线性比例。将输出电压接至焊接变压器，转换为低电压高电流加到焊接电极，通过产生高温对ＩＣ芯片进行缝焊。实现电路如图４所示。另外由于ＥＶＵ-４０Ａ调压模块在实际运用过程中存在残留电压，致使在调节焊接参数时电极焊轮出现打火现象，致使不必要的损失，因此在调压模块的输入回路串接交流固态继电器ＧＪＨ２５-Ｗ进行阻断。

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