MIG焊机项目设计说明书_V1.1

1、文档名称Document Name保密等级Confidentiality level MIG焊机项目设计说明书版本号VersionTotal 25 Pages 共 25 页A0MIG焊机项目设计说明书NameRoleDatePrepared by 拟制Reviewed by 评审 Approved by 批准江苏中科君芯科技有限公司2016-07-19版本号版本内容修订内容A0新增N/A目录一、项目背景3二、MIG焊机项目功能要求4三、MIG焊机系统设计4四、MIG焊机辅助电源设计54.1 辅助电源测试64.2 辅助电源调试84.3 总结10五、MIG焊机送丝系统设计105

2、.1 软件程序构架：115.2 调试问题115.3 总结12六、MIG焊机控制部分设计126.1 MIG焊机性能分析136.2 仿真分析146.3 PCB制造166.4 调试问题176.5 实际焊接测试186.6 总结20附页21一、项目背景传统的交流焊机不仅体积笨重，而且焊接质量比较差，很难满足日益复杂的焊接工作；基于我司与客户端共同的诉求，故我司决定开发MIG系列焊机，因其一般搭配气体保护（Ar或Co2）焊接质量普遍优于一般手工焊机，故MIG焊机目前是工业级焊接设备中比较常用的焊机系列，搭配相应的送丝设备，可实现半自动/全自动焊接工艺。二、MIG焊机项目功能要求Ø 手工焊

3、6; 可实现半自动焊接Ø 可进行气体保护焊接Ø 焊接外特性属平特性，特性如下图Ø 空载易起弧三、MIG焊机系统设计根据MIG焊机功能要求，MIG焊机从硬件功能模块规划为三部分：辅助电源部分，送丝机部分,控制部分，具体框图如下图所示。驱动模块四、MIG焊机辅助电源设计根据MIG焊机系统设计要求，确定MIG焊机整机辅助电源参数如下表1所示.表1：MIG焊机辅助电源设计参数列表名称设计参数项设计指标输入电源范围VacTol：± 15%输出电源组1+24VTol：±15% 3A输出电源组2±15VTol：±15% 0.5A基于UC3

4、844电流型PWM控制芯片设计的反激式开关电源，额定输出功率90W。采用24V电压光耦隔离反馈控制，输入与输出隔离，DC±15V与DC24V隔离。电路如下图1所示：图1：MIG焊机辅助电源原理图实物如下图2所示： 图2：MIG焊机辅助电源实物4.1 辅助电源测试 根据设计出出来的原理图进行绘制PCB以及焊接等相关工序，对做出来的辅助电源进行如下测试：1)输出特性：表2：DC500V输入测试结果绕组空载（V）满载（V）设计范围（V）15V14.815.612.7517.25-15V-14.6-15.3-12.75-17.2524V24.925.420.427.6 2)温升测试：表3：温

5、升测试结果表NO.测试点温度温升1IGBT68.145.82输出整流32.19.83TR（CORE）37.415.14TR(线圈)37.515.25UC384450.027.76输出电容27.85.57环境22.3温升测试点如下图3所示： 图3：MIG焊机辅助电源温升测试点 图4：MIG焊机辅助电源温升测试曲线 结论：通过上述测试可以看出该辅助电源达到了设计预期。4.2 辅助电源调试在调试过程中，遇到并解决了几个较重要的BUG，在此简单记录，以便后续追踪：1)电源通电后非正常工作（打嗝状态）异常工作波形如下图5所示。图5：打嗝波形CH4：芯片电源VCCCH2：Vce电压电源工作后又立马shut

6、 down，经排查为两个25V和30V反馈稳压管焊接时对调，造成输出到25V时芯片电源被拉至接地，芯片停止工作，其原理图部分如下图6所示：图6：电源部分原理图改善方法：Z2和Z3焊接正确后电源正常工作。2）电源无法带载 电源带额定负载后，电源断续工作，如下图： 图7：带/离载波形图未带载正常工作带载后断续工作 对电流采样电阻两端的电压进行测量，经测量该电阻两端电压超过1V。由于芯片电流反馈输入超过1V会使芯片关断输出，造成电源无法正常工作。图8：带载波形图峰值超过1V 改善方法：将电流采样电阻由0.5ohm调整至0.33ohm。4.3 总结通过上述测试数据、调试记录、以及相关BUG的解决，可以

7、看出该款SPS(辅助电源)满足设计预期，可以在MIG焊机系统中使用。五、MIG焊机送丝系统设计设计要求： 主要电路结构为MCU+LCD1602，其可以实现的主要功能为控制+送丝+送气+HMI（人机交互界面）功能。送丝速度0-15m/min连续可调，恒速送丝，送丝直径1mm-2mm。送丝机刹车时间小于10ms。 图9：送丝系统硬件电路5.1 软件程序构架：根据送丝系统设计要求，设计如下程序框架结构。程序见附一。控制程序按键程序送丝机程序显示程序PWM控制程序刹车程序送气程序焊枪动作程序按键扫描程序LCD1602控制程序定时器控制程序PWM程序5.2 调试问题1） 送丝速度偏差大 优化：速度实测整

8、定，调整PWM程序。2） 送丝机未正常工作优化：调整定时器程序。下图红色圈出部分为刹车时的波形，刹车时间小于10ms。整个送丝系统设计后，测试出来的规格如下，可以看出满足设计预期。表4：送丝系统测试参数送丝速度连续可调范围017.76m/min可送焊接丝直径1mm2mm使用电流范围<=500A是否可以送气是刹车时间< 10ms5.3 总结通过上述测试数据，可以看出该送丝系统符合设计要求。六、MIG焊机控制部分设计表5：MIG焊机部分设计要求列表 参数机型额定 输入电压额定输入电流额定输入功率输出电流范围空载电压输出电压范围适用焊丝直径额定负载持续率MIG-350三相380V

9、7;1014.3A9.4KVA100350A90V1828V0.60.81.0606.1 MIG焊机性能分析此次MIG焊机项目中，我司采用外特性为平特性的焊接方案，设计电路控制部分为电压外环+电流内环，具体控制框图见下图10所示，该种控制方案，可以满足外特性为平特性的设计要求，切具有长时过流保护功能，飞溅小，焊接控制速度快等特性。图10：MIG焊机控制框图控制电路的PWM控制芯片为UC3846，采用峰值电流模式控制，逐个检测脉冲电流，动态响应速度快，同时避免了误动作。电流/电压双环控制，保证了焊接电压稳定和电源的动态性。原理图如图11所示。图11：MIG焊机控制电路具体设计原理图6.2 仿真分

10、析控制电路部分主要分为空载引弧、副边电流采样、弧特性、Vref设置、斜坡补偿及原边电流采样、驱动模块和辅助电源这几部分组成，分解结构图12如下。仿真的目的是为了验证设计思想的可行性，对系统参数的变化导致的系统控制参数变化趋势进行初步认证，为实际调试提供数据支持。图12：MIG焊机控制电路具体仿真原理图根据上图的仿真原理图，可以设置如下仿真参数，见下表6.表6：仿真参数设置列表弧压调整电阻：3.3KVrefKpVoutIout1.7V17K18V120A2.5V17K27V230A3.4V17K36V350A驱动波形仿真输出电流波形仿真总结：从仿真波形可以看出，该控制系统可以收敛，对输出电流可以

11、很好的进行控制。6.3 PCB制造PCB设计以小型化、模块化、集成化为设计理念，将电源模块、驱动模块、控制模块这三大模块集成在一块板子上。板子的尺寸为长16cm，宽10cm。设计中加入了3D模型，使设计布局布线可视化，有利于布线及布局的合理性，避免了后期重复修改设计。1）PCB原理图2）控制板实物图 3）MIG焊机实际系统6.4 调试问题1)变压器出现饱和BUG及相关解决方案变压器在工作时出现有4us左右的磁饱和现象，变压器在IGBT开关过程中出现伏秒不平衡，影响整个系统的稳定性，严重时可能会造成炸机。经排查后发现，由于控制电路与变压器副边共地，副边的地不稳定导致控制板驱动上下桥不互补，进而导

12、致变压器伏秒不平衡，实际波形如下图。图13：变压器饱和波形变压器原匾电流出现饱和现象解决方案：1、变压器副边加入电抗器，避免突变电流对地造成的不稳定，从而稳定系统地；2、加粗副边采样电阻的地线，缩短地线长度。6.5 实际焊接测试焊接参数列表如下表7所示。 表7：实际焊接测试数据列表输出电压输出电流焊接效果13.8V100AOK200AOK300AOK18V100AOK200AOK300AOK23V100AOK200AOK300AOK28V100AOK200AOK300AOK上桥臂驱动实测波形如下图14所示。图14：实际焊接驱动波形图15：引弧阶段实测波形总结：从实际测试中可以看出，该MIG焊机

13、系统可以符合设计要求。6.6 总结通过实际焊接效果，以及相关测试数据来看，该MIG焊机系统已经达到预期效果。附页/* 中科君芯科技-* 实 验 名 : 中科君芯MIG焊机送丝机程序* 实验说明 : MIG焊机送丝机程序* 硬件说明 : N/A* 注 意 : */#include<reg51.h>#include<lcd.h>#include<XPT2046.h>/-定义使用的IO口-/*sbit CLK = P27; /时钟 sbit CS = P26; /片选sbit DIN = P25; /输入sbit DOUT = P24; /输出*/sbit K1

14、= P10;sbit K2 = P11; sbit PWM = P12;sbit HQ = P13; /焊枪控制端sbit FM = P14; /阀门控制端sbit SC = P15; /刹车控制端sbit K3 = P16; /确认按钮sbit K4 = P17; /预送气/-定义全局变量-/unsigned char PuZh17="user set speed : "unsigned char num17="0123456789abcdefg"unsigned int chart17=0,10,20,30,40,50,60,70,80,90;uns

15、igned char duty;unsigned int timer1;unsigned int i;unsigned int f;/-声明全局函数-/void init_sys(void);void KeyScan(void);void Delay10ms(unsigned int c);/误差 0usvoid Time1Config(void);void Time1stop(void);/* main 函数体*/void main(void)init_sys();Time1Config();HQ = 1; FM = 0; SC = 0; K3 = 1; K4 = 1;K1 = 1;K2 =

16、 1; while(1) KeyScan(); if(HQ = 0) Delay10ms(1); if(HQ = 0) Time1Config(); FM = 1; SC = 0; if(HQ = 1) Time1stop(); FM = 0; SC = 1; void Delay10ms(unsigned int c) /误差 0us unsigned char a, b;/-c已经在传递过来的时候已经赋值了，所以在for语句第一句就不用赋值了-/ for (;c>0;c-)for (b=38;b>0;b-)for (a=130;a>0;a-); void Time1Con

17、fig(void)TMOD|= 0x10; /设置定时计数器工作方式1为定时器/-定时器赋初始值，12MHZ下定时0.5ms-/ TH1 = 0xFF; TL1 = 0xAE;ET1 = 1; /开启定时器1中断EA = 1;TR1 = 1; /开启定时器void Time1stop(void)PWM = 1;/PWM = 0;TMOD|= 0x10; /设置定时计数器工作方式1为定时器/-定时器赋初始值，12MHZ下定时0.5ms-/ TH1 = 0xFF; TL1 = 0xAE;ET1 = 0; /开启定时器1中断EA = 0;TR1 = 0; /开启定时器void Time1(void)

18、 interrupt 3 /3 为定时器1的中断号 1 定时器0的中断号 0 外部中断1 2 外部中断2 4 串口中断unsigned int a;a = duty*10;if(timer1 > 100) /PWM周期为100*0.5mstimer1 = 0;if(timer1 <= a)/改变a这个值可以改变直流电机的速度 PWM = 0;elsePWM = 1; timer1+; TH1 = 0xFE; /重新赋初值 TL1 = 0xAE; void KeyScan(void) if(K1 =0) Delay10ms(1); if(K1 = 0) LcdWriteCom(0x80 + 0x42); LcdWriteData(num+duty); i = 0; while (i<5