46·焊接设备与材料·焊接技术第38卷第5期2009年5月文章编号：1002－025X(2009)01-0046-03基于单片机和FPGA的埋弧焊机控制系统李熠1，张光先2，炊德政2（1.山东大学威海分校，山东威海264209；2.山东大学控制科学与工程学院，山东济南250061）摘要：提出了一种基于单片机和FPGA的双机控制系统，实现了埋弧焊机的数字化。采用单片机作为埋弧焊机的数据采集和逻辑处理，实现了参数的预置、开关量的选择、焊接过程参数显示及各种故障状态的检测等。采用FPGA作为电机控制单元，实现了送丝电机和行车电机的运动控制，基于本控制系统的埋弧焊机，已经实现了批量化生产，实际应用结果证明了本控制系统的有效性。关键词：埋弧焊机；单片机；FPGA；控制系统中图分类号：TP273；TG434.4文献标志码：B作为最早得到应用的自动化焊接方法，埋弧焊和其他焊接方法相比具有很多优点：熔敷效率高，焊接1埋弧焊机的工作数字模型质量好，由于较厚的焊剂层遮住了电弧光和飞溅，消埋弧焊机有2种工作方式，焊丝直径≤2.5mm除了弧光及飞溅物对焊工的危害。因此，埋弧焊在很时可采用等速送丝和恒压电源；焊丝直径为2.5～4多行业得到了广泛的应用。mm时，可采用等速送丝配恒压电源和变速送丝配下传统的埋弧焊机多采用工频弧焊整流器、弧焊变降特性电源；焊丝直径≥4mm时可采用变速送丝配压器等，其体积大、笨重、效率低、耗材多、噪声大，下降特性电源。其控制系统以弧压反馈变速送丝系统且控制不灵活。目前，大容量逆变埋弧焊机以其高效为例，如图1所示。节能、良好的动特性和弧焊工艺性能成为常规埋弧焊电弧给定电压电机调节器M机电源的更新换代产品［1－3］，由于埋弧焊易实现自动电源化，与焊接自动化设备接口较紧密，随着焊接自动化电弧电压设备的发展对埋弧控制系统提出数字化控制的要求，，工件［4－6］因而实现埋弧焊控制系统的数字化有重要意义。图1变速送丝电弧调节原理方框图若采用逆变埋弧焊，则弧压控制的等效电路方框收稿日期：2008-12-17图如图2所示。控制系统的核心是电弧电压调速系焊接时由于飞溅小，实际操作时感觉电弧柔和，（3）药芯焊丝的焊接工艺性能较好，焊缝力学性便于手工操作，焊前不必喷防飞溅剂，焊后飞溅物极能较高，焊接时手工操作感比较好。易清理。（4）药芯焊丝的推广应用是提高柴油机焊接件质量，特别是提高其外观质量的行之有效的方法。3结论药芯焊丝由于采用气体和熔渣双层保参考文献：（1）CO2护所以它结合了实心焊丝气体保护焊和焊条［1］姜焕中．电弧焊及电渣焊（修订本）［M］．北京：机械工业出版社，，CO21988．电弧焊各自的优点焊缝成形非常美观飞溅大大降，，［2］周振丰，张文钺．焊接冶金与金属焊接性［M］．北京：机械工业出低、易清理，焊后无需修磨，节省人工费用和时间。版，1988．（2）药芯焊丝与实心焊丝比较，综合焊接成本相作者简介：刘新胜（1969—），男，山东大学材料工程专业在读工程硕当略低于实心焊丝，。士研究生．WeldingTechnologyVol．38No．5May2009·焊接设备与材料·47统，采用单片机和FPGA来实现。的调节采用闭环控制，具体原理是：单片机根据给定弧长初值电压和电弧电压之差进行PI运算，并最终输出PWM电流给定焊接电流熔化速度积分器+信号，经放大后控制场效应管的开通和关断，从而使+输出+弧长PI调节器逆变器f(IU)-乙送丝电机得到一定平均值的电枢电压，以达到控制电-焊化函数+电流反馈送丝速度机转速的目的，电机的正转和反转通过继电器切换实电机模型现。电枢电压行车电机控制采用电机的反电动势，正常的焊接调节器电弧电压过程中，焊机实时显示焊接电流、电弧电压和焊接速设定电压度，待机状态显示其相应的给定值。焊机与小车之间图2弧压控制等效电路方框图的数据交流采用串行485通信，单片机和FPGA之间采用并口通信。埋弧焊过程的控制完全由FPGA通过2基于单片机和FPGA的埋弧焊机控制系统结构程序软件实现，控制焊接过程按以下流程自动进行：整个控制系统由单片机和FPGA双机控制系统以参数预置→启动焊机→回抽或划擦引弧→焊接过程→及外围电路组成，系统构成原理图如图3所示。按下停止开关→熄弧→焊接结束→复位。电弧电压顶环温丝流度焊接电流保保保控制系统软件流程反馈电流护护护3焊条电弧显示熄弧给定电流保护焊/埋弧焊紧急停机埋弧焊逻辑功能方框图如图4所示。DA输出PI运算并口信号电压推力通信