基于MSP430单片机的多功能TIG焊控制器

【摘要】：逆变焊接电源以其自身响应速度高的优势,可以输出较传统焊接电源更为复杂的电流波形,使焊接质量控制水平又上升了一个新的台阶。通过对焊接电流波形的精细控制,可以减少焊接过程的飞溅、改善焊缝的形状和结晶的组织形态,进而使焊缝的机械性能得以大幅度的提高。鉴于各种新型焊接方法的自身特点,目前市场上占主流的仍然是交流TIG 焊接。然而,交流TIG 焊机由于其控制面板旋钮太多,设计复杂,因而操作繁杂很容易失误,给焊接生产带来很大的不便。 本文针对当前对一机多用的多功能TIG 焊机的需求,成功开发了一台具有良好人机交互界面的集多种TIG 焊接方法于一体的多功能TIG 焊控制器。 多功能TIG 焊控制器以TI 公司的MSP430F449 单片机为控制核心,以VK65液晶显示器、旋转编码器为人机交互手段,建立了多功能TIG 焊控制器的硬件平台。该控制器通过A/D,D/A 电路与模拟控制焊接电源连接,通过RS-485 接口与数字式焊接电源连接,并可以通过RS-232 接口将焊接参数及相关数据传递给上位机或接受上位机的指令重新设置TIG 焊控制器的参数。为防止TIG 焊接工艺的高频干扰,在控制电路设计时采用单片机内核与外围电路分别供电方式,数字信号采用光电耦合器与继电器隔离双重保护方式,模拟量采用线性光电耦合器隔离,保证了系统的抗干扰性能。 多功能TIG 控制器的软件系统采用C 语言模块化设计方法,设计了液晶显示模块、键盘扫描模块、软件电流波形发生器模块、RS-232 通讯模块和RS-485通讯模块等,其中软件电流波形发生器模块是软件系统的核心。该模块主要有两个作用:第一,根据选择的焊接工艺方法与输入的焊枪开关信号配合实现各个焊接阶段电流波形的给定,如预热电流、上升电流、正常焊接电流、下降电流、火口电流等焊接电流的输出变化;第二,配合焊接工艺过程输出控制信号,如逆变电路驱动信号(指低频输出的二次逆变)和高频引弧信号等。 本文研制的多功能TIG 焊控制器,通过简单的接口调理电路,成功实现了逆变式WSE 交直两用焊接电源的工艺控制。除了实现方波交流TIG 焊和变极性TIG 焊外,还可以实现不同频率调制电流波形的TIG 焊接工艺。通过低频调制和高频调制分别或同时起作用,可以改变电弧形态、电弧作用力及对母材的热输入