李思奇，吳志生，郭建業(yè)，張士亮，陳曉燕

(1.太原科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.太原星云焊接設(shè)備有限公司，山西 太原 030024)

弧焊電源的智能輸入專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李思奇1，吳志生1，郭建業(yè)2，張士亮1，陳曉燕1

(1.太原科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.太原星云焊接設(shè)備有限公司，山西 太原 030024)

介紹了弧焊電源輸入給定方式由模擬給定到數(shù)字給定的發(fā)展歷程。講述了該焊機(jī)在DSP最小系統(tǒng)下的輸入設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。該系統(tǒng)僅需16個I／O端口便可完成焊接工藝參數(shù)的輸入與同步顯示，同時(shí)滿足焊機(jī)控制系統(tǒng)的可升級性。在硬件電路中采用4×4鍵盤數(shù)字輸入方式，與多顯漢字模塊的結(jié)合使輸入系統(tǒng)操作簡單化、人性化，加快了實(shí)時(shí)顯示的響應(yīng)速度。在軟件編程中融入了獨(dú)特的輸入專家系統(tǒng)庫，該庫不僅可為輸入系統(tǒng)提供參考，也能在焊接過程中提供校正功能。設(shè)計(jì)簡化了以往的焊接輸入操作界面，可實(shí)現(xiàn)自主優(yōu)化焊接輸入?yún)?shù)的功能，提高了輸入系統(tǒng)的智能性。

輸入系統(tǒng)；弧焊電源；智能給定

0 前言

隨著電子產(chǎn)品的更新，焊機(jī)的輸入給定系統(tǒng)已從模擬信號給定逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號給定。完全模擬給定是通過調(diào)節(jié)印刷電路板中的電位器旋鈕，實(shí)現(xiàn)焊接模擬量給定從零到最大值的變化[1-2]。隨后，采用多路I／O端口和簡單模擬量輸入[2]，通過開關(guān)器件的高低電平，可以選擇切換相應(yīng)的控制電路。

控制芯片(單片機(jī)、DSP等)在焊機(jī)中的應(yīng)用豐富了給定系統(tǒng)的功能。通過調(diào)節(jié)電位器的分壓值將模擬信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入CPU處理[3]。開關(guān)電路與鍵盤電路相結(jié)合[4]，通過鍵盤輸入控制參數(shù)，將數(shù)字信號直接送入控制芯片進(jìn)行處理。

在數(shù)字給定系統(tǒng)中，由鍵盤輸入各種所需的焊接參數(shù)，液晶顯示技術(shù)的采用使給定操作界面更加簡單快捷，可方便地選擇和調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)[5]。

在焊機(jī)給定系統(tǒng)中，液晶顯示與鍵盤的模塊化使其界面人性，功能豐富。給定專家系統(tǒng)庫的引入使輸入操作系統(tǒng)更為智能化。人機(jī)交互系統(tǒng)是數(shù)字化焊接電源的外在表現(xiàn)，靈活、友好的人機(jī)交互系統(tǒng)是數(shù)字化焊接電源實(shí)用化的重要標(biāo)志[6]。

1 柔性化焊機(jī)軟開關(guān)中的輸入設(shè)計(jì)

1.1 硬件設(shè)計(jì)

該焊機(jī)控制芯片的核心是DSP系統(tǒng)，共需要16個I／O口，端口信號全部送入DSP進(jìn)行處理。鍵盤部分采用4×4按鍵輸入，輸入為完全數(shù)字化，通過8個I／O端口即可完成全部焊接過程所需的焊接工藝。硬件電路如圖1所示。

焊機(jī)起動后，全部芯片程序初始化結(jié)束，進(jìn)入輸入給定系統(tǒng)。掃描設(shè)定按鍵是否按下，當(dāng)設(shè)定按鍵按下后，可以通過功能按鍵來選擇焊接參數(shù)，按下位數(shù)鍵使輸入數(shù)字更加快捷方便，當(dāng)焊接參數(shù)輸入完畢后，再次按下設(shè)定按鍵即可結(jié)束焊接前的輸入設(shè)定。在輸入過程中，配合優(yōu)化按鍵，導(dǎo)入系統(tǒng)自身設(shè)定的輸入專家系統(tǒng)庫，優(yōu)化給定焊接參數(shù)。

該焊機(jī)配置的顯示電路如圖2所示，顯示模塊屬于圖形液晶顯示模塊，其內(nèi)部具有存儲空間，與鍵盤輸入、輸入處理系統(tǒng)和焊機(jī)輸入專家系統(tǒng)庫相聯(lián)系，可實(shí)時(shí)顯示所需要的焊接工藝。為后續(xù)焊接過程的動態(tài)顯示、控制波形提供了很大的擴(kuò)展空間。

圖1 鍵盤輸入

1.2 軟件設(shè)計(jì)

智能輸入系統(tǒng)不僅要求硬件結(jié)構(gòu)簡單，在軟件運(yùn)行過程中，合理的程序調(diào)用、數(shù)據(jù)處理速度等都影響著操作系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

1.2.1 判斷按鍵方法

該焊機(jī)選擇的是初始全部置0，然后將4個行IO口分別置1，讀列I／O口是否有變化，從而判斷是哪個鍵按下。

1.2.2 按鍵抖動處理

鍵盤為機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，將機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成電氣上的邏輯關(guān)系。由于受到機(jī)械彈性的作用，按鍵在按下或釋放的時(shí)候，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動，時(shí)間一般為5～10 ms。所以為保證CPU對按鍵正確的響應(yīng)，需加入軟件延遲。為避免按一次鍵，多次執(zhí)行，在程序中加入檢測，等到鍵釋放后，再進(jìn)行處理。

圖2 顯示電路

1.2.3 輸入主流程

焊機(jī)輸入主流程如圖3所示，在焊機(jī)電源打開后，焊機(jī)進(jìn)行自檢，運(yùn)行焊機(jī)總程序，各芯片初始化，然后進(jìn)入輸入主流程，等待焊接參數(shù)的輸入。

清除按鍵直接接入系統(tǒng)中斷，一旦清除按鍵按下，清空當(dāng)前存儲單元，自動返回輸入功能子程序。當(dāng)焊機(jī)處于輸入狀態(tài)時(shí)，若20 s內(nèi)一直沒有按鍵輸入，則自動跳出焊接輸入程序。

返回焊機(jī)總流程后，系統(tǒng)將按照輸入的焊接工藝進(jìn)行判斷，初步選擇合適的IGBT觸發(fā)波形，然后等待是否開始焊接。

圖3 輸入主流程

1.2.4 功能設(shè)定子程序

該子程序的作用是選擇具體的焊接工藝參數(shù)，即選擇焊接母材、板厚、保護(hù)氣體、焊絲材料、焊接電流、焊接電壓等相關(guān)參數(shù)。第一次按下位數(shù)按鍵，端口開始掃描0～9哪個按鍵按下，然后將輸入數(shù)值存入存儲單元A；第二次按下位數(shù)按鍵，端口開始掃描0～9哪個按鍵按下，然后將輸入數(shù)值乘以10后加上原存儲單元A的數(shù)值，重新寫入到存儲單元A，確認(rèn)鍵按下后，返回輸入主程序。

1.2.5 輸入具體數(shù)值子程序

該子程序原理與功能設(shè)定子程序流程類似，只是將輸入數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算后存儲于B單元。在確認(rèn)鍵按下前，將存儲單元A和B的內(nèi)容復(fù)制到新的存儲單元數(shù)組input中。需要注意的是：一次焊接一般要輸入幾種焊接工藝參數(shù)，所以每次當(dāng)復(fù)制存儲單元A和B的內(nèi)容時(shí)，需要將存儲指針加2。按下確認(rèn)鍵返回輸入主程序。

1.2.6 優(yōu)化專家系統(tǒng)子程序

焊接前不確定需要多大的電流、電壓等工藝參數(shù)時(shí)，可以通過優(yōu)化按鍵，由系統(tǒng)自動選出合適的焊接參數(shù)，輸入的焊接工藝參數(shù)越多，最后選擇出來的焊接工藝方法就會越準(zhǔn)確。主要方法是通過輸入的input數(shù)組，建立一種模糊比對查找，與焊機(jī)中的輸入專家系統(tǒng)庫進(jìn)行對照，選擇出合適的焊接工藝，將選擇后的參數(shù)存儲至resultinput存儲單元(沒有優(yōu)化的輸入?yún)?shù)最后也將復(fù)制到該單元，便于后續(xù)焊接過程控制程序的運(yùn)行)。

焊接時(shí)反饋的電流、電壓信號等焊接參數(shù)也隨之發(fā)生變化，優(yōu)化專家系統(tǒng)子程序在焊接過程控制程序中將再次被調(diào)用，通過采用不同的焊接參數(shù)組合，保證熔池處于理想狀態(tài)，獲得優(yōu)良的焊縫[7]。

1.3 輸入專家系統(tǒng)

輸入專家系統(tǒng)庫是提前設(shè)置好的一組數(shù)值，庫中內(nèi)容與代碼表有相近之處，不同點(diǎn)在于其焊接工藝給定都是焊接效果不錯的參數(shù)。代碼功能說明表是為了更好地匹配鍵盤輸入和輸入專家系統(tǒng)庫。

目前對焊機(jī)的輸入設(shè)定進(jìn)行了簡單的編碼，其部分代碼功能如表1所示。

表1 部分代碼功能說明

例如在resultinput存儲單元中，若有00010002，00020001表示選擇的焊接方式為CO2焊接，保護(hù)氣體為CO2。經(jīng)過專家系統(tǒng)設(shè)定算法，即可在專家?guī)熘姓业较鄳?yīng)的焊接參數(shù)。

2 結(jié)論

設(shè)計(jì)的焊機(jī)輸入控制系統(tǒng)操作簡單，與實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)結(jié)合，使焊機(jī)輸入更加人性化。輸入專家系統(tǒng)庫的置入，使焊機(jī)輸入智能化。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為將來的焊機(jī)功能升級，提供了很大的發(fā)展空間。

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Design for the intelligent input expert system of arc welding power source

LI Si-qi1，WU Zhi-sheng1，GUO Jian-ye2，ZHANG Shi-liang1，CHEN Xiao-yan1
(1.College of Material Science and Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024，China；2.Taiyuan Nebula Welding Equipment Co.，Ltd.，Taiyuan 030024，China)

This paper introduces the development of that the arc welding power inputting from analog given to digital given，tells the inputting features of the welder in DSP minimum system.The system only has 16 I／O ports that can complete the inputting and synchronous displayed of welding technology parameters,at the same time,makes controlling system of welder to have the scalability.The system uses the digital inputting way which combines the 4×4 keyboard and much shower Chinese module in hardware circuit.It makes the inputting system having the character of operation simplification and human nature，and quick responses of the real-time display.The unique inputting expert system library is used in software programming，it not only provides a reference for inputting system，but also provides the correction function in the welding process.This designing simplifies the inputting interface of previous welding，makes self-optimization inputting parameters，and improves the intelligent of inputting system.

inputting system；the power source of arc welding；intelligent given

TG409

A

1001-2303(2011)07-0019-03

2011-01-06

太原市科技明星專項(xiàng)資助項(xiàng)目(09121013)；山西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2006011061)

李思奇(1984—)，女，河北廊坊人，在讀碩士，主要從事軟開關(guān)逆變弧焊器的控制研究工作。