隨著技術(shù)進(jìn)步，新型材料不斷涌現(xiàn),，并在焊接結(jié)構(gòu)中大量采用,，這對(duì)焊機(jī)和焊接工藝提出了更高要求。通常,，僅靠一種焊接工藝難以解決問(wèn)題,，需要多種焊接工藝的結(jié)合，所以對(duì)焊機(jī)提出多功能要求^[1],。此外,，在氬弧焊工藝中，多采用非接觸式引弧方式,，通過(guò)高頻高壓擊穿空氣間隙而引燃電弧,，由于高壓脈沖" title="高壓脈沖">高壓脈沖的存在，對(duì)逆變電源" title="逆變電源">逆變電源帶來(lái)嚴(yán)重干擾,。因此,，采用模塊化設(shè)計(jì)，不但可以提高焊機(jī)的擴(kuò)展性,，滿足不同焊接工藝的要求,，而且可以減小各個(gè)模塊之間以及模塊對(duì)逆變電源的干擾，提高焊機(jī)的可靠性^[2],。
　　模塊化數(shù)字控制焊接系統(tǒng)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制的IGBT逆變式焊接電源單元,、單片機(jī)控制的TIG氬弧焊單元，單片機(jī)控制的MIG送絲單元,，并為以后的擴(kuò)展留有接口,。其中焊接電源單元可單獨(dú)進(jìn)行普通MMA焊、點(diǎn)焊和碳弧氣刨,，配上TIG焊裝置可進(jìn)行普通的或脈沖的TIG焊,，配上送絲機(jī)單元可進(jìn)行普通的或脈沖的CO2/MIG/MAG焊,，覆蓋全部焊接功能。單元模塊之間通過(guò)通信協(xié)議進(jìn)行焊接參數(shù)的共享和顯示,。而且對(duì)各種焊接功能,，單片微機(jī)都能對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配,，使焊接電源都有優(yōu)良的動(dòng)特性,，達(dá)到焊接性能的優(yōu)化。
1 逆變電源單元的組成及工作原理
　　逆變電源單元模塊的原理框圖如圖1所示,它由主電路和控制電路兩部分組成,。

1.1 主電路
　　主電路包括電磁干擾濾波器,、輸入整流器、電容濾波器,、IGBT逆變器,、中頻變壓器、輸出整流器,、濾波電抗器,，其核心是IGBT逆變器，通過(guò)它將50Hz的整流電壓變成20kHz脈寬調(diào)制的交流電壓,，使電源頻率從50Hz提高到20kHz,，弧焊的控制速度提高130多倍，焊接的動(dòng)特性有了質(zhì)的提高,，焊接性能優(yōu)良,。同時(shí)，焊機(jī)的體積和重量與電源頻率成反比地縮小和減輕,，使焊機(jī)便于攜帶,。另外，整機(jī)功率因素和效率有了很大提高,，與傳統(tǒng)直流焊機(jī)相比可節(jié)能40%左右,。
1.2 控制電路
　　控制電路由80C196KC" title="80C196KC">80C196KC單片機(jī)系統(tǒng)和欠壓、過(guò)熱,、短路保護(hù)等多種保護(hù)電路組成,。80C196KC微機(jī)系統(tǒng)的功能是：①對(duì)焊接電流、弧電壓等焊接參數(shù)模擬量進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換,；②對(duì)欠壓,、過(guò)熱、短路保護(hù)信號(hào)的響應(yīng),；③根據(jù)不同的功能單元的要求,，對(duì)焊接電流或焊接電壓進(jìn)行數(shù)字閉環(huán)控制，使焊機(jī)輸出外特性滿足焊接工藝要求,；④對(duì)焊接技師的焊接經(jīng)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ),；⑤對(duì)焊接電流的預(yù)置值,、實(shí)際值和電弧電壓值進(jìn)行數(shù)顯。
1.3 軟件流程
　　焊接電源單元的微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)由多個(gè)功能程序塊組成,，包括主程序,、軟件定時(shí)中斷服務(wù)程序和串行口中斷服務(wù)程序。
　　(1)主程序,。根據(jù)功能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的設(shè)置,，判斷是MMA焊，還是TIG/MIG焊,，根據(jù)串行口通信服務(wù)程序中所接收和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)幀,，判斷是普通的還是脈沖的TIG焊，是普通的或脈沖的CO2/MIG/MAG焊,，根據(jù)不同的焊接方式,，選擇相應(yīng)的數(shù)字控制算法，計(jì)算出輸出PWM信號(hào)的脈沖寬度,，最后由HSO.0和HSO.1輸出去控制IGBT逆變器的開(kāi)關(guān),，實(shí)現(xiàn)焊接工藝要求的外特性。
　　(2)軟件定時(shí)器中斷服務(wù)程序,。調(diào)用采樣子程序?qū)‰妷?、預(yù)設(shè)焊接電流、實(shí)際焊接電流,、電流推力調(diào)節(jié),、引弧電流調(diào)節(jié)等多個(gè)焊接參數(shù)進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí),，對(duì)功能轉(zhuǎn)換命令進(jìn)行掃描巡檢,。并根據(jù)命令有無(wú)分別設(shè)置MMA焊標(biāo)志、點(diǎn)焊標(biāo)志,、碳弧氣刨標(biāo)志,。調(diào)用數(shù)顯子程序用以對(duì)采得的焊接電流及其給定值和電弧電壓進(jìn)行顯示。
　　(3)串行口中斷服務(wù)程序,。各單元數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送都采用中斷方式完成,，波特率設(shè)定為9600波特。
　　主單元發(fā)送給MIG和TIG氬弧焊單元的數(shù)據(jù)幀格式如圖2所示,，數(shù)據(jù)中的前兩個(gè)字節(jié)為標(biāo)識(shí)碼,，代表是電源單元所發(fā)送的數(shù)據(jù)。以#19H代表一幀的結(jié)束,。

?

2 功能單元的組成及工作原理
　　以TIG氬弧焊單元為例進(jìn)行說(shuō)明,，TIG單元的系統(tǒng)框圖如圖3所示，主要由80C196KC微機(jī)系統(tǒng),，輸入信號(hào)采集與處理,，顯示驅(qū)動(dòng)與逆變電源模塊的通信等幾部分組成,。
　　(1)80C196KC微機(jī)系統(tǒng)
　　它由80C196KC型16位單片機(jī)，8位鎖存器和程序存儲(chǔ)器等組成,，對(duì)面板輸入的各種調(diào)節(jié)參數(shù)和由逆變電源單元傳輸來(lái)的參數(shù)進(jìn)行采集和優(yōu)化計(jì)算,，通過(guò)通信接口與逆變電源單元進(jìn)行參數(shù)的傳輸和共享。
　　(2)輸入信號(hào)的采集和處理
　　焊接電流,、弧電壓,、前氣延時(shí)、后氣延時(shí),、收弧電流衰減時(shí)間通過(guò)80C196KC上的模擬量輸入端口進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換,；由于輸入的焊接參數(shù)比較多,，為了擴(kuò)展模擬量輸入端口,，基值電流、峰值電流,、脈沖周期和占空比調(diào)節(jié)參數(shù)通過(guò)多路開(kāi)關(guān)74HC4051送至ACH3,，ACH0檢測(cè)從逆變電源單元供給的+50V是否正常。
　　開(kāi)關(guān)量信號(hào)通過(guò)P1和P2口輸入,，氬弧焊炬起動(dòng)命令的傳輸線因6000V引弧脈沖電壓的感應(yīng)有很高電壓,，在進(jìn)入微機(jī)P1.1口前要進(jìn)行隔離，以免損壞CPU芯片,。
　　P1.0口輸出電磁氣閥的開(kāi)關(guān)信號(hào),；P1.6口輸出高壓脈沖引弧器的開(kāi)關(guān)信號(hào)，以控制高壓脈沖引??；P2.0和 P2.1與焊接單元進(jìn)行通信。
　　(3)顯示和驅(qū)動(dòng)
　　在輸出面板上設(shè)置兩組數(shù)碼顯示管,，分別顯示焊接電流和焊接電壓,，在焊機(jī)空載時(shí)，顯示設(shè)定值,，在焊機(jī)焊接時(shí)顯示實(shí)際值,，由控制系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行切換。
　　(4)工頻高壓脈沖引弧器
　　采用倍壓加迭加升壓技術(shù),，通過(guò)多個(gè)磁芯原側(cè)繞組的并聯(lián),，最后在迭加式升壓變壓器的副側(cè)繞組上產(chǎn)生脈沖幅值為6000V的脈沖列。由于采用工頻高壓脈沖引弧,，無(wú)高頻輻射,，對(duì)人體和電氣設(shè)備無(wú)危害。
　　(5)軟件流程
　　TIG送絲單元的微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件包括主程序,、軟件定時(shí)中斷服務(wù)程序,、串行口中斷服務(wù)程序以及多個(gè)功能程序塊組成,。
　　①主程序,。主要完成計(jì)算和存儲(chǔ)單元初始化,；軟件定時(shí)中斷和串口中斷的設(shè)置；延時(shí)等待系統(tǒng)上電復(fù)位所需要的穩(wěn)定時(shí)間,；設(shè)置WATCHDOG監(jiān)視定時(shí)器及溢出標(biāo)志,，然后等待中斷。
　?、诖谥袛喾?wù)程序,。MIG單元發(fā)送給主單元的數(shù)據(jù)幀格式如圖4所示。