电熔焊机控制系统设计

1、电熔焊机控制系统硬件设计1 题目来源电熔焊接是使用预埋在电熔管件内的电热丝通电而使其发热从而使管件的内表面及外表面分别被熔化，由塑料管自身的热胀效应，使塑料管道与其焊接在一起，然后冷却而达到冷却的目的。电熔焊接主要用在聚乙烯管道的焊接中，聚乙烯管道具有耐腐蚀，寿命长等优点，在燃气管道上得到了广泛的应用。电熔焊机是一种用于焊接这种管件的专用工具，主要为焊接提供稳定的焊接电压或电流，并且对焊接过程进行检测与控制，使焊接达到最佳状态。2 目的及总体控制功能实现本系统采用了逆变式开关电源，重量轻，便于携带，适用于施工现场焊接;与不带操作系统的焊机相比，它采用嵌入式实时操作系统SMALLRTOS51内核

2、小，占用资源少，软件升级更加方便，维护方便;人机对话方便，运行稳定可靠，是聚乙烯燃气管道焊接的得力助手。电熔焊接过程由4个基本阶段组成：（1）准备阶段，主要是焊接表面的准备，特别是清除掉塑料表面的氧化皮、油污和泥土等脏物；（2）定位阶段，将电熔管接头装入焊接的两个管道上；（3）焊接阶段，用焊接设备对管道和电熔管接头加热，根据不同的材质控制加热时问和加热电流或加热电压，保证焊接质量；（4）保持阶段，保持电熔管接头和管道的相对位置，直到它们完全冷却。电熔焊接的质量控制如下， 电熔焊接的三个主要控制参数：焊接塑料表面的温度，加热和冷却过程中塑料管道和接头间的压力和加热时间。这三个参数是相互联系的，因

3、为温度和压力随时间变化。另外，间隙也是影响焊接过程的主要参数。主要应保证管道和管件间的间隙在整个圆周上均匀，管道端在管件中位置应到位，同时应考虑环境条件（如气温、风速等）的影响来调整工艺参数。电熔焊接适合于2090 mm的塑料管的焊接，还可以用于管路的修补。硬件结构图如图1-1所示，系统主要包括微控制器、移相触发电路、信号采样电路、温度检测电路、控制面板以及液晶显示电路。图2-1 总体硬件功能图3 TCA785移相触发电路实现 图2-1是实用单相晶闸管交流调压电路。220V的交流电压经双向可控硅T加到负载L上, 控制双向可控硅T的触发角就可控制加到负载L上的交流电压大小。单相晶闸管交流调压电路

4、中的触发电路由一块TCA785集成触发器为核心而构成。220V交流电源经限流电阻R1限流、二极管D1整流、稳压二极管WD稳压后，获得15V的稳定直流电压，作为TCA785的工作电源接于16脚。220V交流电源经电阻R3和二极管D2，D3取得同步信号送入TCA785的5脚用于同步控制。TCA 785 的6脚通过电阻R2接于15V电源，使TCA785处于解除封锁状态，双向可控硅T的触发脉冲由TCA785的14，15脚输出，经二极管D4，D5和电阻R4送入双向可控硅T门极，使双向可控硅T每180°被触发导通一次。脉冲宽度由12脚上所接电容器C7的大小决定，R7和W2是斜率电阻接于9脚，C6

5、是斜率电容接于10脚，调节电位器W2可以改变锯齿波的斜率。TCA785的控制电压由电位器W1经电阻R6送入11脚，调节W1即可改变11脚上的控制电压，从而使TCA785集成触发器14，15脚输出脉冲的触发角A在0180°内变化，使负载L上得到的交流电压在0220V之间调节。图3-1 相晶闸管交流调压电路图3-2 单相晶闸管交流调压电路的调试电路单相晶闸管交流调压电路的调试，将一个灯泡作为负载，并将脉冲信号输出到示波器上。调节可变电阻R29的大小，观察脉冲信号输出端J21的波形变化和灯泡的亮度变化。当电阻阻值为0时，波形和灯泡如图2-3示，此时灯泡为最暗，负载功率最小。当电阻阻值为10

6、0k时，波形和灯泡如图2-4示，此时灯泡为最亮，负载功率最大。图 3-3 电阻为零时的电压测试图 3-4 电阻为100k时的电压测试4 输入电路（CS5460A电压电流采样）CS5460A是带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片。现主要应用在单相电子式电能表和三相电子式电能表中。CS5460A是一个包含两个模2数转换器(ADC)、高速电能计量功能和一个串行接口的高度集成的模2数转换器。CS5460A具有与微控制器通信的双向串口和与能量成正比的频率可编程的脉冲输出。CS5460具有方便的片上AC/DC系统校准功能。CS5460A能独自工作,在系统上电后自动初始化。CS5460AKS电力

7、计量芯片内结构如图3-1所示：图4-1CS5460内部结构图图4-2CS5460引脚图CS5460A可以在单一+5V电源下运行。电流通道输入范围为30mV或150mV，电压通道输入范围为150mV。当在VA+/-引脚用单电源+5V供电时，CS5460A可以承受范围为-0.25V到VA+的共模信号。总功耗小于500mW；电能计量精度在10001动态范围以上每秒读取0.1%；电流测量精度是读数的0.1%；瞬时功率测量精度是读数的0.1%。供电引脚最大输入电流为±50mA。通过电力计量芯片CS5460A可以用来测量输出信号的瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电能以及电压和电流的有效值，测量结果

8、将以24位有符号或无符号形式存储在内部寄存器中，然后将这些数字信号反馈到PIC16F877A中。单片机直接通过预先设置的程序改变移相触发电路光耦阻值的大小，即改变晶闸管的控制导通角，从而实现对输出电压的控制。下图3-3即为CS5460A的电压电流采样电路。图4-3 CS5460AKS电力计量芯片电5 LED液晶显示LED液晶提供了一个方便的人机交互接口，它主要用来显示使用者的信息，以及一些相应的信息显示，如工号，器件序号，相应的电压及电流信息， 故障信息等。采用HG1926421图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及192×64全点阵液晶显示器组成，可完成图形显示，也可以显

9、示12×4（16×16 点阵）汉字。与CPU接口，采用8位数据总线，并行输入输出和8条控制线。首先要对液晶进行初始化设置，包括显示模式设置，显示开关设置，显示缓冲设置。调试时应先调试单个字符显示和单个汉字显示，然后调用这两个子程序调试字符串显示和多个汉字显示。6 条码扫描及温度采集目前大多数电熔管件采用的是数字识别系统，焊接参数及其它信息以代码的形式记录在条形码上，典型条形码由24位数字组成。条形码扫描器与单片机的通信采用标准的PS/2键盘接口协议，PS/2接口为6针接口，其通信格式与时序等同于键盘。温度检测电路测量施工场地不同的环境温度，并根据条形码上的温度修正系数，确定加热时间。温度传感器采用DS18B20，它仅需一条口线即可实现与单片机的双向通讯，测温范围：-55+1250C，固有分辨率为0.50C。7 微控制器图6-1为16F877A控制原理图，单片机上电后，对输入输出端口进行设定, 端口A为模拟量输入，端口B，