一种焊割集成控制系统的制作方法

1.本技术涉及电路控制技术领域，尤其是涉及一种焊割集成控制系统。


背景技术：

2.随着国民经济的发展，焊割设备的应用越来越广，对焊割设备的要求越来越多；空气等离子切割机的原理是以压缩空气为工作气体，以高温高速的等离子弧为热源、将被切割的金属局部融化、并同时用高速气流将已溶化的金属吹走、形成狭窄切缝。市场上的空气等离子切割机采用的是切割电源另外配独立空气压缩机一起配合完成空气等离子切割工作，用到切割机的客户一般情况下也需要一台电弧焊机进行焊接工作，对于客户来说需要购买一台电焊机、一台等离子切割电源和一台空气压缩机，设备投入成本高，占用空间大，尤其是一些野外作业非常不经济，使用和维护很不方便。


技术实现要素：

3.为了降低焊割成本，同时减小焊割设备的空间占用率，本技术提供一种焊割集成控制系统。
4.本技术提供的一种焊割集成控制系统，采用如下的技术方案：一种焊割集成控制系统，包括逆变功放板mod3、主变压器mod4、高频整流电路mod5、驱动板mod6、第二整流电路mod7、切割机信号输出端口mod8、pwm控制器mod9、高频引弧器mod10、切割枪开关信号检测模块mod11、焊割控制系统mod12以及空气压缩控制系统mod13，所述的主变压器mod4分别与逆变功放板mod3、高频整流电路mod5、第二整流电路mod7和高频引弧器mod10连接，所述的驱动板mod6分别与逆变功放板mod3和pwm控制器mod9连接，焊割控制系统mod12分别与pwm控制器mod9、高频引弧器mod10、切割枪开关信号检测模块mod11、空气压缩控制系统mod13连接，切割机信号输出端口mod8分别与第二整流电路mod7和高频引弧器mod10连接；所述的第二整流电路mod7与高频引弧器mod10连接。
5.通过采用以上技术方案，利用逆变功放板mod3、主变压器mod4、高频整流电路mod5、驱动板mod6、第二整流电路mod7、切割机信号输出端口mod8、高频引弧器mod10、切割枪开关信号检测模块mod11、焊割控制系统mod12以及空气压缩控制系统mod13，从而实现了在同一个电源的驱动下实现对手工焊设备和切割机进行集成控制，即本技术中的焊割集成控制系统集成了空气等离子切割功能和手工电弧焊功能，成本和体积远远小于一台电弧焊机、一台等离子切割电源和一台空气压缩机的总和，降低了焊割成本，同时减小了焊割设备的空间占用率，满足了客户一机多用的需求，也解决了客户涉及占用场地大和设备投入高的问题，使用更方便更灵活，野外作业效率更高，更好的为客户创造价值。
6.优选的 ，所述的切割机信号输出端口mod8包括：切割机主弧输出端口、切割机小弧输出端口和切割机负极输出端口。
7.通过采用以上技术方案，从而可以输出切割机主弧输出信号、切割机小弧输出信号和切割机负极输出信号，结合切割机压缩空气，共同输入切割枪，从而可以驱动切割枪正
常工作。
8.优选的，所述的逆变功放板mod3包括：第一绝缘栅双极型晶体管、a二极管、第二绝缘栅双极型晶体管、b二极管、第三绝缘栅双极型晶体管、c二极管、第四绝缘栅双极型晶体管、d二极管，所述的a二极管的阳极与第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，a二极管的阴极与第一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述的b二极管的阳极与第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，b二极管的阴极与第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述的c二极管的阳极与第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，c二极管的阴极与第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述的d二极管的阳极与第四绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，d二极管的阴极与第四绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述的a二极管的阴极和第一绝缘栅双极型晶体管的集电极均与b二极管的阴极、第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；a二极管的阳极和第一绝缘栅双极型晶体管的发射极均与c二极管的阴极、第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；c二极管的阳极和第三绝缘栅双极型晶体管的发射极均与d二极管的阳极、第四绝缘栅双极型晶体管的发射极连接；d二极管的阴极和第四绝缘栅双极型晶体管的集电极均与b二极管的阳极、第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接；a二极管的阳极、第一绝缘栅双极型晶体管的发射极、c二极管的阴极、第三绝缘栅双极型晶体管的集电极分别与主变压器mod4的一个输入端连接；b二极管的阳极、第二绝缘栅双极型晶体管的发射极、d二极管的阴极、第四绝缘栅双极型晶体管的集电极分别与主变压器mod4的另一个输入端连接。
9.所述的逆变功放板mod3通过采用上述全桥拓扑电路结构，与其他拓扑电路结构相比，原边绕组减少了一半，开关管耐压降低了一半（从而可以选用成本更低的管子），从而进一步降低了设备成本。
10.优选的，所述的高频整流电路mod5包括：第七电阻r7、第八电阻r8、第七电容c7、第八电容c8、第五二极管d5及第六二极管d6，所述的第七电阻r7与第七电容c7串联后与第五二极管d5并联，形成第五并联电路；第八电阻r8与第八电容c8串联后与第六二极管d6并联，形成第六并联电路；所述的第五并联电路和第六并联电路串联，并且均与主变压器mod4连接。
11.通过采用以上技术方案，获得的高频整流电路mod5能够使得输出的信号较好的控制手工焊设备进行正常工作，而且成本最低。
12.优选的，所述的第二整流电路mod7包括：第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3及第四二极管d4；所述的第三电阻r3与第三电容c3串联后与第一二极管d1并联，形成第一并联电路；第四电阻r4与第四电容c4串联后与第二二极管d2并联，形成第二并联电路；第一并联电路和第二并联电路串联；所述的第五电阻r5与第五电容c5串联后与第三二极管d3并联，形成第三并联电路；所述的第六电阻r6与第六电容c6串联后与第四二极管d4并联，形成第四并联电路；所述的第三并联电路和第四并联电路并联，且第三并联电路和第四并联电路分别与第二并联电路串联；第三并联电路和第四并联电路分别与第一并联电路串联；所述的第三电容c3与主变压器mod4的一个输出端连接；第五电阻r5远离第五电容c5的一端、第六电阻r6远离第六电容c6的一端、第四二极管d4的阴极分别与主变压器mod4的另一个输出端连接；第三电阻r3远离第三电容c3的一端、第四电阻r4远离第四电
容c4的一端、第一二极管d1的阴极、第二二极管d2的阴极分别与切割机信号输出端口mod8连接；第三二极管d3的阳极、第四二极管d4的阳极、第五电容c5远离第五电阻r5的一端、第六电容c6远离第六电阻r6的一端均与高频引弧器mod10连接。
13.通过采用以上技术方案，获得的第二整流电路mod7能够使得输出的信号较好的控制切割机设备正常工作，而且成本最低。
14.优选的，所述的主变压器mod4为多绕组变压器，包括两个初级绕组和三个次级绕组，所述的两个初级绕组均与逆变功放板mod3连接；三个次级绕组分别一一对应与高频整流电路mod5、高频引弧器mod10、第二整流电路mod7连接。
15.通过采用以上方案，从而使得获得的主变压器mod4的结构简单，成本最低，而且一个变压器能实现两个变压的功能。
16.优选的，还包括：第一整流电路mod1和滤波电路mod2，所述的滤波电路mod2分别与第一整流电路mod1和逆变功放板mod3连接。
17.通过采用以上方案，从而可以实现对逆变式电源进行整流滤波处理，输出所需的信号，结构简单，成本低，可靠性高。
18.优选的，所述的滤波电路mod2包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1及第二电容c2，所述的第一电阻r1和第二电阻r2串联后形成串联电路，所述串联电路、第一电容c1、第二电容c2并联，并且串联电路、第一电容c1、第二电容c2均与第一整流电路mod1、逆变功放板mod3连接。
19.通过采用以上方案构建滤波电路mod2，结构简单，成本低，而且可靠性较高。
20.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：利用逆变功放板mod3、主变压器mod4、高频整流电路mod5、驱动板mod6、第二整流电路mod7、切割机信号输出端口mod8、高频引弧器mod10、切割枪开关信号检测模块mod11、焊割控制系统mod12以及空气压缩控制系统mod13，从而实现了在同一个电源的驱动下实现对手工焊设备和切割机进行集成控制，即本技术中的焊割集成控制系统集成了空气等离子切割功能和手工电弧焊功能，成本和体积远远小于一台电弧焊机、一台等离子切割电源和一台空气压缩机的总和，降低了焊割成本，同时减小了焊割设备的空间占用率，满足了客户一机多用的需求，也解决了客户涉及占用场地大和设备投入高的问题，使用更方便更灵活，野外作业效率更高，更好的为客户创造价值。
附图说明
21.图1是本技术的一种实施例的焊割集成控制系统的部分原理图。
22.图2是本技术的一种实施例的焊割集成控制系统的另一部分原理图。
23.图3是本技术的一种实施例的焊割集成控制系统的方框示意图。
24.图4是利用本技术的一种实施例的焊割集成控制系统进行焊接控制的方法流程图。
25.图5是利用本技术的一种实施例的焊割集成控制系统进行切割控制的方法流程图。
26.附图标记说明：mod1
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第一整流电路，mod2
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滤波电路，mod3
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逆变功放板，mod4
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主变压器、mod5
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高频整流电路、mod6
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驱动板，mod7
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第二整流电路，mod8
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切割机信号输出端
口，mod9
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pwm控制器，mod10
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高频引弧器，mod11
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切割枪开关信号检测模块，mod12
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焊割控制系统，mod13
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空气压缩控制系统。
具体实施方式
27.以下结合附图1
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5对本技术作进一步详细说明。
28.本技术实施例公开一种焊割集成控制系统。参照图3，一种焊割集成控制系统，包括逆变功放板mod3、主变压器mod4、高频整流电路mod5、驱动板mod6、第二整流电路mod7、切割机信号输出端口mod8、pwm控制器mod9、高频引弧器mod10、切割枪开关信号检测模块mod11、焊割控制系统mod12以及空气压缩控制系统mod13，所述的主变压器mod4分别与逆变功放板mod3、高频整流电路mod5、第二整流电路mod7和高频引弧器mod10连接，所述的驱动板mod6分别与逆变功放板mod3和pwm控制器mod9连接，焊割控制系统mod12分别与pwm控制器mod9、高频引弧器mod10、切割枪开关信号检测模块mod11、空气压缩控制系统mod13连接，切割机信号输出端口mod8分别与第二整流电路mod7和高频引弧器mod10连接；所述的第二整流电路mod7与高频引弧器mod10连接。
29.具体实施时，所述的驱动板mod6可以主要由驱动变压器和场效应管组成；高频引弧器mod10可以主要由高频引弧板和引弧线圈组成；所述的切割枪开关信号检测模块mod11可主要由耦合变压器组成；所述的空气压缩控制系统mod13可以通过交流接触器来实施，所述的交流接触器包括3个开关，控制简单，成本低。所述的pwm控制器mod9可采用集成电路uc3846。
30.本技术中，为了提高输出电流的稳定性，通过pwm控制器mod9调节信号的脉冲占空比，给驱动板mod6提供信号，在切割和焊接两种模式下调节的脉冲占空比没有具体要求。
31.在具体应用时，所述的高频整流电路mod5的输出端与电焊枪连接；所述的切割机信号输出端口mod8和空气压缩控制系统mod13均与切割枪连接，空气压缩控制系统mod13还与空气压缩机连接。
32.可选的，所述的切割机信号输出端口mod8包括：切割机主弧输出端口、切割机小弧输出端口和切割机负极输出端口。
33.可选的，所述的逆变功放板mod3包括：第一绝缘栅双极型晶体管、a二极管、第二绝缘栅双极型晶体管、b二极管、第三绝缘栅双极型晶体管、c二极管、第四绝缘栅双极型晶体管、d二极管，所述的a二极管的阳极与第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，a二极管的阴极与第一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述的b二极管的阳极与第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，b二极管的阴极与第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述的c二极管的阳极与第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，c二极管的阴极与第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述的d二极管的阳极与第四绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，d二极管的阴极与第四绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述的a二极管的阴极和第一绝缘栅双极型晶体管的集电极均与b二极管的阴极、第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；a二极管的阳极和第一绝缘栅双极型晶体管的发射极均与c二极管的阴极、第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；c二极管的阳极和第三绝缘栅双极型晶体管的发射极均与d二极管的阳极、第四绝缘栅双极型晶体管的发射极连接；d二极管的阴极和第四绝缘栅双极型晶体管的集电极均与b二极管的阳极、第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接；a二极管
的阳极、第一绝缘栅双极型晶体管的发射极、c二极管的阴极、第三绝缘栅双极型晶体管的集电极分别与主变压器mod4的一个输入端连接；b二极管的阳极、第二绝缘栅双极型晶体管的发射极、d二极管的阴极、第四绝缘栅双极型晶体管的集电极分别与主变压器mod4的另一个输入端连接。
34.具体实施时，所述的逆变功放板mod3还可以采用半桥拓扑电路来实现。
35.可选的，所述的高频整流电路mod5包括：第七电阻r7、第八电阻r8、第七电容c7、第八电容c8、第五二极管d5及第六二极管d6，所述的第七电阻r7与第七电容c7串联后与第五二极管d5并联，形成第五并联电路；第八电阻r8与第八电容c8串联后与第六二极管d6并联，形成第六并联电路；所述的第五并联电路和第六并联电路串联，并且均与主变压器mod4连接。
36.具体实施时，所述的高频整流电路mod5还可以采用全桥整流或半波整流方式来实施。
37.可选的，所述的第二整流电路mod7包括：第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3及第四二极管d4；所述的第三电阻r3与第三电容c3串联后与第一二极管d1并联，形成第一并联电路；第四电阻r4与第四电容c4串联后与第二二极管d2并联，形成第二并联电路；第一并联电路和第二并联电路串联；所述的第五电阻r5与第五电容c5串联后与第三二极管d3并联，形成第三并联电路；所述的第六电阻r6与第六电容c6串联后与第四二极管d4并联，形成第四并联电路；所述的第三并联电路和第四并联电路并联，且第三并联电路和第四并联电路分别与第二并联电路串联；第三并联电路和第四并联电路分别与第一并联电路串联；所述的第三电容c3与主变压器mod4的一个输出端连接；第五电阻r5远离第五电容c5的一端、第六电阻r6远离第六电容c6的一端、第四二极管d4的阴极分别与主变压器mod4的另一个输出端连接；第三电阻r3远离第三电容c3的一端、第四电阻r4远离第四电容c4的一端、第一二极管d1的阴极、第二二极管d2的阴极分别与切割机信号输出端口mod8连接；第三二极管d3的阳极、第四二极管d4的阳极、第五电容c5远离第五电阻r5的一端、第六电容c6远离第六电阻r6的一端均与高频引弧器mod10连接。
38.具体实施时，所述的第二整流电路mod7还可以采用全波整流或半波整流的方式实施。
39.可选的，所述的主变压器mod4为多绕组变压器，包括两个初级绕组和三个次级绕组，所述的两个初级绕组均与逆变功放板mod3连接；三个次级绕组分别一一对应与高频整流电路mod5、高频引弧器mod10、第二整流电路mod7连接。
40.具体实施时，还可以采用别的方案来实施主变压器mod4，比如由2个变压器组成，但是这种方式成本高，而且工艺复杂。
41.可选的，当采用逆变式电源进行工作时，还包括：第一整流电路mod1和滤波电路mod2，所述的滤波电路mod2分别与第一整流电路mod1和逆变功放板mod3连接。
42.具体实施时，所述的第一整流电路mod1可以采用全桥整流、全波整流或半波整流的方式实施。
43.可选的，所述的滤波电路mod2包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1及第二电容c2，所述的第一电阻r1和第二电阻r2串联后形成串联电路，所述串联电路、第一电容
c1、第二电容c2并联，并且串联电路、第一电容c1、第二电容c2均与第一整流电路mod1、逆变功放板mod3连接。
44.上述的焊割集成控制系统的整体的电路原理图如图1、图2所示；焊割控制系统mod12可以以单片机stm32f051c8t6(u1)为控制核心，单片机(u1)运行程序来控制系统；焊割控制系统mod12上电后，单片机(u1)读取操作面板(u2)设置的参数后，在操作面板(u2)上显示当前状态和参数。
45.通过焊割控制系统mod12选择工作模式；在手工焊工作模式时，如图4所示，关闭高频引弧器mod10和空气压缩控制系统mod13，焊割控制系统mod12根据单片机设置的参数（包括手工焊的推力、焊接电流）形成一个给定值，并将该给定值与(比如通过手工焊霍尔传感器v1反馈的)手工焊输出电流信号进行比较（手工焊霍尔传感器v1反馈的手工焊输出电流信号决定焊割控制系统mod12输出信号的大小，即根据手工焊霍尔传感器v1反馈的手工焊输出电流信号来调整焊割控制系统mod12输出信号的大小，使得手工焊霍尔传感器v1反馈的手工焊输出电流信号最终与上述的给定值相同）；然后输出信号至pwm控制器mod9，pwm控制器mod9调节信号的脉冲占空比，然后输出信号至驱动板mod6；驱动板mod6提供驱动信号给逆变功放板mod3，控制逆变功放板mod3导通后，逆变功放板mod3将来自滤波电路mod2的直流电，经主变压器mod4后转换成高频交流电（具体电压变换的比例由变压器的变比决定）；然后高频整流电路mod5将主变压器mod4输出的高频交流电信号（比如通过全波整流的方式）转换成直流信号后连接手工焊设备，控制手工焊设备工作（如输出 （j2）、手工焊输出
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（j3））；在等离子切割机工作模式时，如图5所示：焊割控制系统mod12首先开启空气压缩控制系统mod13给等离子切割机提供压缩空气；切割枪开关信号检测模块mod11检测来自切割机枪的开关信号，判断切割机的枪开关是否闭合（当切割机的枪开关处于松开状态时，则切割枪开关信号检测模块mod11会一直检测切割机的枪开关是否按下）；当切割机的枪开关处于闭合状态时，则焊割控制系统mod12开启高频引弧器mod10，用于触发切割机小弧工作状态。当切割机有输出电流时，则可以关闭高频引弧器mod10。
46.通过单片机设置切割机的小弧电流给定值、主弧电流给定值、小弧转主弧的电流拐点给定值。焊割控制系统mod12根据所述的小弧电流给定值输出电流，并将切割机小弧霍尔传感器（v3）上的电流反馈信号与所述的小弧电流给定值进行对比，从而调节输出电流，直到切割机小弧霍尔传感器（v3）上的电流反馈信号与小弧电流给定值相等。同时，切割机主弧霍尔传感器v2检测切割机主弧输出电流的反馈信号；当检测到切割机主弧输出电流大于小弧转主弧的电流拐点给定值时，则焊割控制系统mod12判断当前切割机处于小弧转主弧状态，关闭小弧输出。
47.当前切割机转为大电流主弧切割状态后，单片机(u1)将(切割机主弧霍尔传感器v2反馈的)切割机主弧电流反馈信号和面板(u2)切割机设置的主弧电流给定值进行对比，来调整控制系统mod12的主弧输出电流，直到切割机主弧电流反馈信号与主弧电流给定值相等。
48.当切割机处于小弧工作状态或主弧工作状态时，单片机(u1)输出切割机电流给定信号（即小弧电流给定值或主弧电流给定值）到pwm控制器mod9进行控制。
49.pwm控制器mod9调节信号的脉冲占空比，然后输出信号至驱动板mod6；驱动板mod6提供驱动信号给逆变功放板mod3，控制逆变功放板mod3导通后，逆变功放板mod3将来自滤波电路mod2的直流电，经主变压器mod4后转换成高频交流电（具体电压变换的比例由变压器的变比决定）；然后第二整流电路mod7把来自主变压器mod4的交流信号转换成直流信号，然后连接到切割机信号输出端口mod8，配合压缩空气一起来控制切割枪工作（焊割控制系统mod12开启高频引弧器mod10，用于触发切割机小弧工作状态。当切割机有输出电流时，则可以关闭高频引弧器mod10）。
50.具体实施时，可利用工频三相交流380v电流通过输入接线盒到断路器到设备内部分别给第一整流电路mod1（比如采用三相整流桥）和控制变压器t1提供交流380v供电；控制变压器t1输出ac36v、av18v等电源给设备控制部分提供电源；三相交流380v通过第一整流电路mod1整流成直流电，经过滤波电路mod2后给逆变功放板mod3提供电源。
51.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、方法、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。