基于ＦＰＧＡ的气电立焊弧长控制器制造技术

本发明专利技术公布了一种基于ＦＰＧＡ的气电立焊弧长控制器，包括：三路小车行走给定电路、电机电压负反馈电流正反馈电路、隔离光耦电路、ＡＤ转换电路、正反面焊枪停留给定电路、焊接控制信号电路、ＦＰＧＡ控制电路、直流电机驱动电路和焊枪摆动控制电路。本发明专利技术同时具有了等速送丝和小车变速爬升的优点，能较好地控制焊接中电弧的稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于焊接金属的焊接设备，尤其是一种气电立焊的控制电路。
技术介绍
电力电子器件经历了工频、低频、中频到高频的发展历程，与此相对应的是，电力 电子电路的控制也从最初由分立元件组成的控制电路发展到集成控制器。目前，电力电子 器件正朝着高频化、耐高压、大电流和集成化的方向进一步发展。集成化的电路设计能够满 足对于电源智能化、微型化、模块化和易维修等特点的要求。电力电子器件的迅速发展，也 为驱动及控制技术带来了更高的性能要求。传统的气电立焊机弧长控制器模拟电路为核 心，无可避免地具有模拟控制电路的一些缺点，主要表现在控制精度低、动态响应慢、参数 整定不方便、温度漂移严重、容易老化等缺点。专用的集成控制芯片大大简化了电力电子电 路的控制线路，提高了控制信号的开关频率，只需要连接若干阻容性元器件就可直接构成 具有校正环节的模拟调节器，提高了电路的可靠性。但是也正由于阻容元器件的存在，模拟 控制电路仍具有一些固有缺陷，如元器件参数的精度和一致性、性能老化等问题依然存在。 此外，模拟集成控制芯片还存在功耗较大、集成度低、控制不够灵活、通用性不强等问题。在电力电子电路中，微控制器(主要指各类单片机)、数字信号处理器(DSP)、工业 控制计算机等笼统称为控制器，其中单片机是应用非常广泛的控制器之一。单片机一般可作为整个电路的主控芯片，实现多种综合功能。单片机控制克服了 模拟电路的固有缺陷，通过数字化的控制方法，得到高精度、高稳定性的控制特性，具有多 种灵活的控制功能。但单片机由于本身结构所造成的运行速度慢、无法提供更高的时钟频 率等缺点制约了其在高频电路中的应用。DSP与单片机相比，则具有了更快的处理速度、更高的集成度和更大的容量。同时， 也存在着一些局限性，如采样频率的选择、PWM信号频率及其精度、采样延时、运算时间及其 精度等，这些因素都会对电路的控制性能产生或多或少的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于FPGA的气电立焊弧长控制 器，可以简化电路，减低成本，增加系统可靠性，能够更好地适应当前对立焊的要求。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案本专利技术基于FPGA的气电立焊弧长控制器，包括三路小车行走给定电路、电机电 压负反馈电流正反馈电路、隔离光耦电路、AD转换电路、正反面焊枪停留给定电路、焊接控 制信号电路、FPGA控制电路、直流电机驱动电路和焊枪摆动控制电路，其中采样焊接电流 信号送入自动行走给定电路；快速行走给定电路、手动行走给定电路、自动行走给定电路、 电压负反馈电流正反馈电路(1-4)和行程开关信号分别接光耦隔离电路的输入端，光耦隔 离电路的输出端分别接AD转换电路和FPGA控制电路的输入端，正反面焊枪停留给定电路 (2-3)接AD转换电路的输入端，焊接控制信号电路的输出端接FPGA控制电路的输入端，AD转换电路与FPGA控制电路双向连接，FPGA控制电路的输出端分别接直流电机驱动电路和 焊枪摆动控制电路的输入端，直流电机驱动电路的输出端接电机电压负反馈电流正反馈电 路的输入端。所述隔离光耦电路由三个行走给定隔离电路、电机隔离电路和开关信号隔离电 路，其中三个行走给定隔离电路和电机隔离电路结构相同，所述行走给定隔离电路包括三 个电阻、两个放大器、滑动变阻器、光耦E和三个电容，第一电阻的一端接第一放大器的2 脚，第一电阻的另一端接快速行走给定电路或手动行走给定电路或自动行走给定电路或电 压负反馈电流正反馈电路的输出端，第一放大器的3脚分别接第一放大器的1脚和第二放 大器的5脚，第一放大器的4脚分别接+5V直流电源和第一电容的一端，第一电容的另一端 接数字地，第一放大器的11脚分别接-5V直流电源和第二电容的一端，第二电容的另一端 接数字地，第二放大器的6脚分别接第二电阻的一端、第三电容的一端和光耦的4脚，第二 电阻的另一端分别接滑动变阻器的一端和滑动端，滑动变阻器的另一端接数字地，第三电 容的另一端分别接第二放大器的7脚和第三电阻的一端，第三电阻的另一端接光耦的2脚， 光耦的1脚接数字地，光耦的3脚接电源VDD，光耦的6脚接电源VCC，光耦的5脚接AD转 换电路；所述开关信号隔离电路由两个结构相同的子电路构成，每个子电路包括包括三个 电阻、两个放大器、滑动变阻器、光耦E和三个电容，第四电阻的一端接第三放大器的2脚， 第四电阻的另一端接开关行程信号，第三放大器的3脚分别接第一放大器的1脚和第四放 大器的5脚，第三放大器的4脚分别接+5V直流电源和第四电容的一端，第四电容的另一端 接数字地，第三放大器的11脚分别接-5V直流电源和第五电容的一端，第五电容的另一端 接数字地，第四放大器的6脚分别接第五电阻的一端、第六电容的一端和光耦的4脚，第五 电阻的另一端分别接滑动变阻器的一端和滑动端，滑动变阻器的另一端接数字地，第六电 容的另一端分别接第四放大器的7脚和第六电阻的一端，第六电阻的另一端接光耦的2脚， 光耦的1脚接数字地，光耦的3脚接电源VDD，光耦的6脚接电源VCC，光耦的5脚接AD转 换电路。所述AD转换电路包括AD转换芯片U5和U6，电容C34 C37以及C40 C41，其 中快速行走给定电路、手动行走给定电路、自动行走给定电路、电压负反馈电流正反馈电路 的输出端分别接AD转换芯片U6的21、20、19、18脚，AD转换芯片U6的27号脚连电容C35 的正端、电容C34和+5V，AD转换芯片U6的23号脚连电容C36的正端，22号脚连电容C37 的一端；电容C34 C37的另一端与AD转换芯片U6的15号脚相连后接地；AD转换芯片U6 的28号脚接地，1 14号脚、24 26号脚分别接FPGA控制电路；正反面焊枪停留给定电 路(2-3)的输出端与AD转换芯片U5的26号脚和1脚相连；AD转换芯片TO的11号脚连 +5V，13号脚、16号脚和电容C40的负端、电容C41的一端相连后接地，16号脚与电容C41的 另一端、电容 C40 的正端和 +5V ；AD 转换芯片 U5 的 21，20，19，18，8，15，14，17，7，25，24，23， 22，9，6，10号脚分别与FPGA控制电路相连。所述焊接控制信号电路包括六个开关，其中开关S1的一端与FPGA控制电路相 连，另一端连电源VCC ；开关UP的两个常闭端各自连地和FPGA控制电路相连，常开端连电 源VCC ；开关DOWN的两个常闭端各自连地和FPGA控制电路相连，常开端连电源VCC ；开关 START的两个常闭端各自连地和开关SW1的3号脚，常开端连电源VCC ；开关SW1的4号脚接地，2号脚和5号脚相连后接FPGA控制电路，1号脚和6号脚相连后接FPGA控制电路；开 关S6的一端连FPGA控制电路，另一端连电源VCC。本专利技术建立了一种等速送丝方式与平特性电源配合焊接小车变速爬行组成的焊 接电弧复合控制系统。在自动焊接过程，当电弧受干扰长度变长时，电弧的自调节作用首先 起作用。根据自调节原理，焊丝熔化速度变慢以使弧长恢复。但熔化速度的变慢会使熔池 上升速度同样变慢，因而产生一个不利于电弧稳定的速度变化分量。本专利技术中采样焊接电 流作为小车爬升速度控制信号，这时就可以控制小车上升速度，使小车上升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＦＰＧＡ的气电立焊弧长控制器，其特征在于，包括：三路小车行走给定电路（１－１～１－３）、电机电压负反馈电流正反馈电路（１－４）、隔离光耦电路（２－１）、ＡＤ转换电路（２－２）、正反面焊枪停留给定电路（２－３）、焊接控制信号电路（３－１）、ＦＰＧＡ控制电路（３－２）、直流电机驱动电路（３－３）和焊枪摆动控制电路（３－４），其中：采样焊接电流信号送入自动行走给定电路（１－３）；快速行走给定电路（１－１）、手动行走给定电路（１－２）、自动行走给定电路（１－３）、电压负反馈电流正反馈电路（１－４）和行程开关信号分别接光耦隔离电路（２－１）的输入端，光耦隔离电路（２－１）的输出端分别接ＡＤ转换电路（２－２）和ＦＰＧＡ控制电路（３－２）的输入端，正反面焊枪停留给定电路（２－３）接ＡＤ转换电路（２－２）的输入端，焊接控制信号电路（３－１）的输出端接ＦＰＧＡ控制电路（３－２）的输入端，ＡＤ转换电路（２－２）与ＦＰＧＡ控制电路（３－２）双向连接，ＦＰＧＡ控制电路（３－２）的输出端分别接直流电机驱动电路（３－３）和焊枪摆动控制电路（３－４）的输入端，直流电机驱动电路（３－３）的输出端接电机电压负反馈电流正反馈电路（１－４）的输入端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方臣富，黄隽，高云或，闫文洋，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]