环缝自动焊机是一种能完成各种圆形、环形焊缝焊接的自动焊接设备。焊机采取人工办法高下料，在焊接过程中由步进电机掌握工件迁徙改变，焊枪固定不动，根据不同工件的形状尺寸及焊接哀求设定步进电机的迁徙改变速率，并调节焊枪的位置实现工件的环缝自动焊接，同时可以根据产品的须要实现多个位置的自动焊接作业。因此，步进电机的掌握技能水平直接影响到环缝自动焊接的效果和质量。
目前很多企业利用的环缝自动焊机掌握系统采取数字集成电路驱动步进电机，大多数情形下能够担保环缝自动焊接的功能和焊接质量，但也存在明显的不敷。首先，在低速迁徙改变时，速率相对不稳定，影响焊接精度和质量；其次，步进电机的正反转掌握系统无法自动完成，须要在电源端外加专门的正反转掌握电路，操作利用未便利；末了，步进电机的掌握电路繁芜，事情电源的前端须要变压器先降压然后经由桥式整流，掌握装置体历年夜，功能少，性能相对较差，维修不便。因此，有必要对步进电机的掌握系统进行改造设计，以提高环缝自动焊机的事情稳定性和精度。
改进前步进电机的驱动旗子暗记是由集成芯片5G605和5G674产生和分配的, 掌握的灵巧性和准确性较差，同时事情参数的设定未便利，无法显示实时的数据。因此，改进设计的关键在于升级步进电机的掌握芯片，增加输入和显示装置，通过合理编程，整合正反转掌握功能，采取软硬件结合办法达到精确掌握的目的。
改进设计先从步进电机的事情事理出发，分别进行硬件设计与软件设计，末了总结新系统的掌握效果。
1步进电机的事情事理拟改造的环缝自动焊机运用的步进电机型号为110BF004，驱动电压为30V，电流为4A，步距角为0.75°/1.5°，图1是步进电机内部构造示意图。
图1 步进电机内部构造示意图
步进电机定子上均匀分布3个励磁绕组，6个磁极，转子也均匀分布着80个转子小齿，其齿距与定子磁极小齿齿距相同，当一相磁极的小齿与转子小齿对齐时，其他相磁极小齿与转子小齿却有一定的错位。在掌握电路的脉冲旗子暗记驱动下， A、B、C三相绕组按一定的韶光顺序轮流接通直流电压，根据磁通总是沿磁阻最小的路径闭合的事理，三相定子绕组每变换一次通电办法，转子转过一个角度，也便是步距角。
在连续不断的脉冲旗子暗记浸染下，实现电机迁徙改变。其转速与驱动脉动旗子暗记频率成正比，旋转方向则由三相定子绕组通电循环顺序所决定。步进电机有三种事情办法，分别为单三拍、双三拍和六拍。
为担保步进电机低速运行的稳定性，常日采取六拍的事情办法，这时每圈的步进数为3600/0.750=480。当励磁绕组通过开关掌握，按A→AB→B→BC→C→CA的相序通电时，电机正转；反之，当励磁绕组按A→AC→C→CB→B→BA的相序通电时，电机反转。六拍事情办法的励磁绕组脉冲旗子暗记波形如图2 所示。
图2 六拍事情办法的励磁绕组脉冲旗子暗记波形图
2 硬件设计按改进设计的思路掌握芯片采取单片机，结合其它改造的哀求，步进电机掌握系统硬件[2]紧张由单片机、键盘、显示屏、掌握按钮、开关电源、步进电机及其它一些外围电路组成。硬件框图如图3所示，单片机是硬件掌握系统的核心，根据设置的参数，单片机将从I/O口输出脉冲旗子暗记经由光电隔离和驱动放大后掌握步进电机的旋转方向和速率。
键盘输入的掌握参数，通过显示驱动芯片传送到单片机，输入、输出单片机的数据都可在显示屏上实时显示。硬件设计中的单片机选用AT89C51，显示驱动芯片选用8279，开关电源采取上海衡孚HF300W-D-A。
图3 步进电机掌握硬件掌握框图
1掌握电路设计
改进的环缝自动焊机是由单片机输出旗子暗记掌握步进电机迁徙改变，从而带动工件旋转，具有手动和自动焊接功能。掌握电路如图4所示，单片机AT89C51的P1.0至P1.4设置了正转、反转、加速、减速、停滞功能按钮,完成手动操作功能，并把这些旗子暗记通过与门电路接入单片机的外部中断，当有按钮按下时，单片机通过扫描检测，确定步进电机事情办法。
当工件须要连续焊接时，选择自动焊接办法，通过键盘设置参数，人工将工件安装好，按下启动键，系统自动完成焊接。步进电机的驱动旗子暗记是由单片机的P1口中的P1.5-P1.7输出，经由74LS14反相后掌握TLP621光电耦合器进行旗子暗记的光电隔离，低频高反压功率管BU406将脉冲旗子暗记进行功率放大，驱动步进电机各个相，使电机按不同的脉冲旗子暗记分别作正转、反转、加速、减速和停滞等动作。
与励磁绕组串联的5.5Ω电阻起限流保护和改进回路韶光常数的浸染；电路中二极管起续流浸染,续流电路中100Ω电阻可减小回路的放电韶光常数，让电机绕组产生的反电动势通过续流二极管而衰减掉, 从而保护放大电路的正常事情。
图4 三相步进电机掌握脉冲输出硬件事理图
2 键盘与显示电路
单片机与键盘、显示接口电路如图5所示，它紧张由键盘、LED数码管和驱动芯片8279[4]等组成, 能完成步进电机掌握参数的输入和显示功能。每按下一个键,8279芯片能自动识别键号,产生相应的键编码送到前辈先出寄存器FIFO中,同时发送中断要求旗子暗记IRQ到单片机。当单片机相应中断旗子暗记，实行中断做事程序,并从FIFO中读取编码数据之后, IRQ旗子暗记自动撤消。
步进电机参数的输入与显示通过8279芯片与单片机进行数据交流，键盘输入和单片机输出须要显示的数据经同相高压驱动器7407驱动完成数码管段的选择,同时译码器74LS138扫描SL0-SL2输出旗子暗记后经74LS244驱动完成对数码管位的选择, 并且自动刷新显示数据。
图5 键盘与显示电路
软件设计在环缝自动焊机的步进电机掌握系统中，系统程序设计紧张完成步进电机的转向掌握、调速和键盘处理等任务，程序设计流程如图6所示。系统启动后，前辈行掌握办法的选择，如果选择自动掌握办法，则在键盘设置参数，通过中断办法传送到单片机进行处理，同时调用显示子程序将数据显示出来。
如果选择手动掌握办法，先对按钮进行扫描，判断是否有按钮按下，转向是正转还是反转，分别调用不同转向的子程序。由于旗子暗记脉冲频率与转速成正比，因此调速采取定时器中断方法，在中断做事子程序中不断改变定时器的初值,调度旗子暗记脉冲输出频率，从而实现速率掌握。键盘处理流程如图7所示，当有键按下时,确定按键值, 根据所得键值进行中断处理并显示。
图6 程序设计流程图
图7 键盘处理流程图
掌握效果通过采取单片机对环缝自动焊机步进电机的掌握系统进行的改进设计，用户可以方便地从键盘输入掌握步进电机的参数，在显示屏上实时显示数据，同时可以根据焊接加工须要选择手动和自动焊接模式，电路中还整合正反转切换功能，因此设备的功能得到增强，操作非常方便；由单片机为主的硬件举动步伐升级结合软件程序的合理编程，提高了环缝自动焊机的掌握精度、焊接质量和事情稳定性。
结语通过一段韶光的实际利用，改进后环缝自动焊机步进电机的掌握系统运行稳定，达到了预期的目标，有类似机型的用户可参考借鉴。
（编自《电气技能》，作者为戴寿超。）
