电熔焊机控制系统设计.doc

《计算机实时控制技术》大作业
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电熔焊机控制系统硬件设计

1题目来源
电熔焊接是使用预埋在电熔管件内的电热丝通电而使其发热从而使管件的内表面及外表面分别被熔化，由塑料管自身的热胀效应，使塑料管道与其焊接在一起，然后冷却而达到冷却的目的。电熔焊接主要用在聚乙烯管道的焊接中，聚乙烯管道具有耐腐蚀，寿命长等优点，在燃气管道上得到了广泛的应用。电熔焊机是一种用于焊接这种管件的专用工具，主要为焊接提供稳定的焊接电压或电流，并且对焊接过程进行检测与控制，使焊接达到最佳状态。
2目的及总体控制功能实现
本系统采用了逆变式开关电源，重量轻，便于携带，适用于施工现场焊接;与不带操作系统的焊机相比，它采用嵌入式实时操作系统SMALLRTOS51内核小，占用资源少，软件升级更加方便，维护方便;人机对话方便，运行稳定可靠，是聚乙烯燃气管道焊接的得力助手。
电熔焊接过程由4个基本阶段组成：
（1）准备阶段，主要是焊接表面的准备，特别是清除掉塑料表面的氧化皮、油污和泥土等脏物；
（2）定位阶段，将电熔管接头装入焊接的两个管道上；
（3）焊接阶段，用焊接设备对管道和电熔管接头加热，根据不同的材质控制加热时问和加热电流或加热电压，保证焊接质量；
（4）保持阶段，保持电熔管接头和管道的相对位置，直到它们完全冷却。电熔焊接的质量控制如下，电熔焊接的三个主要控制参数：焊接塑料表面的温度，加热和冷却过程中塑料管道和接头间的压力和加热时间。这三个参数是相互联系的，因为温度和压力随时间变化。另外，间隙也是影响焊接过程的主要参数。主要应保证管道和管件间的间隙在整个圆周上均匀，管道端在管件中位置应到位，同时应考虑环境条件（如气温、风速等）的影响来调整工艺参数。电熔焊接适合于20~90mm的塑料管的焊接，还可以用于管路的修补。
硬件结构图如图1-1所示，系统主要包括微控制器、移相触发电路、信号采样电路、温度检测电路、控制面板以及液晶显示电路。

图2-1总体硬件功能图
3TCA785移相触发电路实现
图2-1是实用单相晶闸管交流调压电路。220V的交流电压经双向可控硅T加到负载L上,控制双向可控硅T的触发角就可控制加到负载L上的交流电压大小。单相晶闸管交流调压电路中的触发电路由一块TCA785集成触发器为核心而构成。220V交流电源经限流电阻R1限流、二极管D1整流、稳压二极管WD稳压后，获得15V的稳定直流电压，作为TCA785的工作电源接于16脚。220V交流电源经电阻R3和二极管D2，D3取得同步信号送入TCA785的5脚用于同步控制。TCA785的6脚通过电阻R2接于15V电源，使TCA785处于解除封锁状态，双向可控硅T的触发脉冲由TCA785的14，15脚输出，经二极管D4，D5和电阻R4送入双向可控硅T门极，使双向可控硅T每180°被触发导通一次。脉冲宽度由12脚上所接电容器C7的大小决定，R7和W2是斜率电阻接于9脚，C6是斜率电容接于10脚，调节电位器W2可以改变锯齿波的斜率。TCA785的控制电压由电位器W1经电阻R6送入11脚，调节W1即可改变11脚上的控制电压，从而使TCA785集成触发器14，15脚输出脉冲的触发角A在0～180°内变化，使负载L上得到的交流电压在0～220V之间调节。

图3-1相晶闸管交流调压电路

图3-2单相晶闸管交流调压电路的调试电路
单相晶闸管交流调压电路的调试，将一个灯泡作为负载，并将脉冲信号输出到示波器上。调节可变电阻R29的大小，观察脉冲信号输出端J21的波形变化和灯泡的亮度变化。当电阻阻值为0Ω时，波形和灯泡如图2-3示，此时灯泡为最暗，负载功率最小。当电阻阻值为100kΩ时，波形和灯泡如图2-4示，此时灯泡为最亮，负载功率最大。

图3-3电阻为零时的电压测试

图3-4电阻为100kΩ时的电压测试
4输入电路（CS5460A电压电流采样）
CS5460A是带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片。现主要应用在单相电子式电能表和三相电子式电能表中。CS5460A是一个包含两个ΔΣ模2数转换器(ADC)、高速电能计量功能和一个串行接口的高度集成的ΔΣ模2数转换器。CS5460A具有与微控制器通信的双向串口和与能量成正比的频率可编程的脉冲输出。CS5460具有方便的片上AC/DC系统校准功能。CS5460A能独自工作,在系统上电后自动初始化。
CS5460AKS电力计量芯片内结构如图3-1所示：

图4-1CS5460内部结构图

图4-2CS5460引脚图

CS5460A可以在单一+5V电源下运行。电流通道输入范围为30mV或150mV，电压通道输入范围为150mV。当在VA+/-引脚用单电源+5V供电时，CS5460A可以承受范围为-0.25V到VA+的共模信号。总