基于单片机的焊丝擦丝机电控系统设计new

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1、万方数据40·焊接设备与材料·焊接技术第40卷第1期2011年1月文章编号：1002—025X(2011)01_004JD—03基于单片机的焊丝擦丝机电控系统设计周德成，岳玲玲，卢雪艳，赵金凯(中冶焊接科技有限公司，北京lOll06)摘要：设计了焊丝擦丝机的电控系统，主要以单片机AT89S5l为控制核心，将光电编码器采集的转速数据与给定数据比较后，采用PID算法和PWM控制方式，通过大功率驱动芯片L298驱动电机，实现转速的闭环控制，并通过试验证明了设计的实用性。关键词：擦丝机；光电编码器；单片机；PWM；PlD算法

2、中图分类号：TC456．5文献标志码：BO前言近年来，随着结构钢药芯焊丝的迅猛发展，焊丝系列生产设备的研发与生产也迅速发展。其中焊丝后处理设备——擦丝机就是发展的热点之一。在药芯焊丝生产中，为了顺利地拉拔减径达到所需尺寸。提高拉丝模的使用寿命。需要采用拔丝粉润滑焊丝．但是，拉丝后焊丝表面的拔丝粉难以清除干净，这会影响焊丝表面外观质量，焊丝施焊时会出现送丝不畅、电弧声音火爆、飞溅大、气孔多等问题，因此擦丝机在焊丝生产中起着重要作用。但目前市场上的擦丝机只是单一的机械化设计，不能充分利用擦丝介质。而且并未收到很好的擦丝效

3、果。本文设计中使擦丝模块不断运动，充分利用擦丝介质，并将单片机应用于擦丝机电控设计中，实现了工作电机转速的闭环控制，避免了擦丝过程中的断丝现象。1系统硬件组成及设计1．1系统工作原理本擦丝机含有2个擦丝模块——横向擦丝模块和纵向擦丝模块，从而实现对焊丝的全方位擦拭。系统在线运行时由于焊丝运动速度很快．而横向及纵向擦丝模块都与其垂直运行，焊丝和擦丝介质问存在很大的摩擦力。擦丝模块的速度过大或不稳定很容易造成断丝现象，这会给生产带来很大影响，所以在擦丝过程中需要对模块速度进行实时监控并调整。收稿日期：20lO—06一17

4、整个电控系统主要由电源电路、单片机电路、光电隔离电路、电机驱动电路、采样数据处理电路、频率显示电路等组成。电控系统的结构框图如图1所示。系统以AT89S5l为核心，控制信号经光电隔离电路和驱动电路驱动电机运行。为了实现对电机转速的精确控制．这里通过与电机同轴相联接的光电编码器对电机的速度进行检测．并且作为反馈信号经过放大与整形后输入控制芯片。单片机采用PID控制算法将输入信号与初始设定速度值进行对比后对电机转速实行闭环控制。图l电控系统硬件框图1．2转速反馈电路系统转速反馈系统中主要包括光电编码器、信号放大电路、施密

5、特触发器电路(信号整形电路)。这里选择增量式光电编码器EPC一755A．其输出电路选用集电极开路型．输出分辨率选用400个脉冲／圈，电源电压为5V。光电编码器有4个端口，2个脉冲输出端口(A，B)，当光电编码器的轴转动时，A，B这2根线都产生脉冲输出．A，B两相脉冲相差90。相位角．如果A相脉冲比B相脉冲超前。则光电编码器万方数据圈2信号预处理电路1．3驱动脉冲输出电路单片机AT89S51为整个系统的控制核心。单片机由引脚12(INT0)对光电传感器中的11组(本控制器中取的是B相)进行采样，并计算其脉冲频率，作为电

6、机的实际转速值。将此值与一个给定频率进行比较，通过PID调节后得出新的脉冲频率，单片机根据此频率对输出脉冲进行调节，从而达到调节电机转速的目的。控制信号通过AT89S51中P1口的P1．0，P1．1，P1．2及P1．3这4个口输出。由于电机的大功率、高电平会对单片机产生比较严重的干扰。因此不能将单片机产生的控制信号直接连在电机上。需要将强弱进行电隔离．这里采用隔离芯片rI’LP52l进行光电隔离。由于电机工作需要较大的功率。通常需要使用功率放大器来提供电机的工作电流．这里选用大功率集成驱动芯片L298，L298是双H

7、高电压大电流驱动芯片，驱动电压高达46V，L298与单片机的接口图如图3所示。曩区圈匝亟圈区五蔓圃万方数据42·焊接设备与材料·焊接技术第40卷第1期2011年1月参数易于整定。本程序采用增量式数字PID程序对电机转速进行调节。式(1)给出了增量式数字PID调节的数学表达式：△“(后)=“(后)一u(矗一1)=KP[e(帅(¨)]+手础)+争[e(砂Ⅻ_1)+e(眦)]其中：郧为比例常数，Z为积分时间常数，乃为微分时间常数．r为采样时间。PID控制模块流程图如图5所示。对于PID参数整定．工程实践中所应用的方法很多，

8、该系统采用扩充临界比例度法整定出PID参数的初值，即采用纯比例控制．逐渐增加放大系数，直至系统出现等幅振荡．并记录此时的放大系数和振荡周期，按表1计算PID参数。具体方法是选择最短采样周期乙输入计算机，求出临界比例度S。和临界振荡周期瓦。通常临界比例度(即控制度)为1．05，由表1可得疋，正，乃的值。(开始)‘计算控制参数★设置初始值c(K—1