基于DSP-PIC的数字化双丝MIG焊控制系统研究

论文摘要

造船焊接技术是现代船舶制造的关键工艺技术,焊接效率直接影响到造船周期和船舶建造成本。目前,造船工业中大量使用的FCB法焊接,焊接条件范围窄,焊接设备复杂,生产成本比较高,而且也存在质量隐患。因此研究开发一种新型的高效焊接方法来替代FCB法,对造船厂钢板焊接质量的提高和生产成本的降低有一定的实际意义。本文在理论分析的基础上,提出了一套基于DSP-PIC的双丝MIG焊控制系统,对于提高焊接效率和焊接质量,从而替代FCB法焊接具有重大的意义。首先从电弧形态、熔滴过渡以及熔池特点三个方面分析了单丝和双丝MIG焊机理,确定了双丝MIG焊系统总体方案采用主从式协调控制方式。对于每台弧焊电源,信号的处理依靠DSP芯片TMS320F2812完成,工艺参数的设置管理由PIC16F877A单片机实现,DSP与PIC之间采用异步串口通信,主从DSP控制系统之间采用CAN总线通信,CAN总线通信以其结构简单、可靠性强、实时性和灵活性好的特点保证主从系统协调正常工作。结合整个双丝MIG弧焊电源的功能和作用,设计了控制系统硬件电路部分,包括:以DSP为核心的PWM信号发生电路、IGBT驱动电路、信号采样与反馈电路、送丝电路、故障检测与保护电路等;采用PIC单片机控制键盘输入、液晶与数码管显示,通过个性化控制面板对了对焊接工艺参数进行设置和管理。然后针对DSP和PIC控制的硬件系统,分别在CCS3.3和MPLAB7.50集成开发环境下编制了相应的软件程序,以实现DSP-PIC各项控制功能,编制的软件程序包括:系统初始化程序、焊接主程序、A/D转换程序、中断服务程序、键盘扫描程序、液晶显示和数码管显示程序等。最后对硬件软件系统进行了调试试验,试验验证了设计的方案可行。DSP产生了理想的PWM输出波形以驱动功率开关器件IGBT,通过液晶显示和多级菜单式操作实现了DSP-PIC式数字化MIG焊参数设置和管理,实现了双DSP之间的协调通信,控制两套DSP系统产生同步、异步和随机的波形,从而保证工作在同步、异步和随机三种模式下。通过对焊接试验场所干扰源的分析,文章中也进行了相应的硬件和软件抗干扰设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景及其研究意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 双丝焊技术研究现状
• 1.2.1 国外双丝焊技术研究现状
• 1.2.2 国内双丝焊技术研究现状
• 1.3 焊接电源脉冲控制技术研究现状
• 1.3.1 脉冲电流波形控制技术现状
• 1.3.2 脉冲MIG 焊控制算法发展
• 1.4 焊接电源的数字化控制技术研究现状
• 1.4.1 控制电路的数字化
• 1.4.2 人机交互系统的数字化
• 1.4.3 数字化焊接电源的特点
• 1.5 本课题主要研究内容
• 第2章 双丝MIG 焊系统总体方案
• 2.1 引言
• 2.2 双丝MIG 焊机理分析
• 2.2.1 电弧形态及熔滴过渡形式
• 2.2.2 熔池特点
• 2.3 双丝MIG 焊系统整体方案
• 2.4 双丝MIG 焊主从系统协调控制
• 2.5 本章小结
• 第3章 双丝MIG 焊控制系统硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 主电路拓扑结构的选取
• 3.3 控制芯片的选型
• 3.3.1 数据处理芯片选取
• 3.3.2 单片机芯片的选取
• 3.4 DSP 控制电路硬件设计
• 3.4.1 DSP 最小系统
• 3.4.2 PWM 信号发生电路
• 3.4.3 驱动电路设计
• 3.4.4 信号采样与反馈电路设计
• 3.4.5 保护电路设计
• 3.4.6 送丝电路设计
• 3.5 PIC 控制面板设计
• 3.5.1 控制器键盘输入电路设计
• 3.5.2 控制器界面显示设计
• 3.6 通信电路设计
• 3.6.1 DSP-PIC 串口通讯接口设计
• 3.6.2 CAN 现场总线控制硬件设计
• 3.7 硬件抗干扰措施
• 3.8 本章小结
• 第4章 双丝MIG 焊控制系统软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 开发工具与环境
• 4.2.1 DSP 系统开发环境
• 4.2.2 PIC 系统开发环境
• 4.3 软件的性能要求
• 4.4 双丝MIG 焊电源控制系统软件设计
• 4.4.1 系统初始化程序设计
• 4.4.2 焊接主程序的设计
• 4.4.3 A/D 采样子程序
• 4.4.4 中断服务程序设计
• 4.4.5 控制算法设计
• 4.5 人机界面的软件设计
• 4.5.1 键盘扫描程序设计
• 4.5.2 液晶显示程序设计
• 4.5.3 数码管显示子程序设计
• 4.6 DSP-PIC 通讯协议的制定
• 4.7 CAN 现场总线软件设计
• 4.7.1 CAN 通信数据的制定
• 4.7.2 CAN 通信数据的发送和接收
• 4.8 软件抗干扰设计
• 4.9 本章小结
• 第5章 调试试验结果与分析
• 5.1 引言
• 5.2 实验装置介绍
• 5.2.1 DSP 仿真实验板
• 5.2.2 PIC 综合实验板
• 5.2.3 RIGOL 数字示波器
• 5.3 PWM 脉冲信号的调试
• 5.4 人机界面调试
• 5.5 DSP-PIC 双机通信测试
• 5.6 DSP-DSP 之间CAN 通信测试
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要