微机控制等离子喷焊系统研究
摘要
本文针对目前国内等离子喷焊系统大多采用硅整流电源，不仅整个系统体积
大，而且笨重的现状，采用IGBT逆变电源，控制系统则采用单片机控制技术代
替传统的模拟控制技术，设计出了一套微机控制的小型化的等离子喷焊系统。主
电路为单电源供电，控制电路以高性能单片机80C196KC为核心，实现对喷焊过
程的自动控制。
本论文主要介绍了所研制的微机控制等离子喷焊设备控制电路的组成结构
和控制原理，分别就单片机系统、参数预置与显示电路、电机调速电路和开关量
输入输出电路作了详细的分析，并从软硬件两个方面给予系统的阐述。
控制电路以Intel公司生产的16位高性能单片机80C196KC为核心，来实现
对水、电、气、粉的调节以及焊接过程的自动控制，目的是建立一个小型的等离
子喷焊系统。本文还详细阐述了单片机的资源分配，外围电路的功能作用等。
在焊机的主电路和控制电路部分都进行了可靠性与抗干扰设计。系统分析了
可能影响焊机正常工作的各种干扰及其产生原因，并在原理图设计及程序编制的
过程中采取了相应的软硬件抗干扰措施。所采取的硬件措施主要包括：屏蔽技术、
光耦技术、滤波技术、隔离接地技术等：采取的软件措施主要有：看门狗、冗余
指令、数字滤波等。
最后，对所作出的部分进行了电路测试以检验其可靠性，结果表明，控制电
路及软件设计合理，运行可靠。
This paper introduces the PTA(Plasma Transferred Arc) hardfacing system controlled by mircrocontroller. Because of the silicon rectifier is widely used in our country now which makes the whole system more bulky, we put forward the conception of replacing it with the inverter and and adopting single-chip technology instead of traditional analog technology in order to design a set of miniature PTA hardfacing system. The main circuit is supplied by one power source. To realize controlling the welding process automatically, an advanced mircrocontroller 80C196KC is used for the centre of control circuit.
The component parts and control principle of computer-controlled circuit for PTA hardfacing equipment are introduced in this paper. Monolithic computer system, circuit of parameter regulation and demonstration, circuit of speed governor for electrical machine, and circuit of switch input and output are respectively analyzed. Hardware and software are both expatiated systematically.
The high performance 16-bit microprocessor 80C196KC produced by Intel company is the core of control circuit, in that to achieve the control of water, electricity, gas, powder and welding process. The goal is built a small mircroprocessbr control system of PTA process. In addition, the resource distribution of mircroprocessor and the functions of peripheral circuit are given.
Reliability and noise resistance designs are also covered. Various noises probably appear in the whole system, as well as their causation, are analyzed systematically. Then, in order to reduce their bad affections some hardware and software measures are adopted designing schematic chart and compiling code.
At last, some tests are given to the circuit in that to obtain the reliability in operation. It shows that control system and software are reasonable in design.
大，而且笨重的现状，采用IGBT逆变电源，控制系统则采用单片机控制技术代
替传统的模拟控制技术，设计出了一套微机控制的小型化的等离子喷焊系统。主
电路为单电源供电，控制电路以高性能单片机80C196KC为核心，实现对喷焊过
程的自动控制。
本论文主要介绍了所研制的微机控制等离子喷焊设备控制电路的组成结构
和控制原理，分别就单片机系统、参数预置与显示电路、电机调速电路和开关量
输入输出电路作了详细的分析，并从软硬件两个方面给予系统的阐述。
控制电路以Intel公司生产的16位高性能单片机80C196KC为核心，来实现
对水、电、气、粉的调节以及焊接过程的自动控制，目的是建立一个小型的等离
子喷焊系统。本文还详细阐述了单片机的资源分配，外围电路的功能作用等。
在焊机的主电路和控制电路部分都进行了可靠性与抗干扰设计。系统分析了
可能影响焊机正常工作的各种干扰及其产生原因，并在原理图设计及程序编制的
过程中采取了相应的软硬件抗干扰措施。所采取的硬件措施主要包括：屏蔽技术、
光耦技术、滤波技术、隔离接地技术等：采取的软件措施主要有：看门狗、冗余
指令、数字滤波等。
最后，对所作出的部分进行了电路测试以检验其可靠性，结果表明，控制电
路及软件设计合理，运行可靠。
This paper introduces the PTA(Plasma Transferred Arc) hardfacing system controlled by mircrocontroller. Because of the silicon rectifier is widely used in our country now which makes the whole system more bulky, we put forward the conception of replacing it with the inverter and and adopting single-chip technology instead of traditional analog technology in order to design a set of miniature PTA hardfacing system. The main circuit is supplied by one power source. To realize controlling the welding process automatically, an advanced mircrocontroller 80C196KC is used for the centre of control circuit.
The component parts and control principle of computer-controlled circuit for PTA hardfacing equipment are introduced in this paper. Monolithic computer system, circuit of parameter regulation and demonstration, circuit of speed governor for electrical machine, and circuit of switch input and output are respectively analyzed. Hardware and software are both expatiated systematically.
The high performance 16-bit microprocessor 80C196KC produced by Intel company is the core of control circuit, in that to achieve the control of water, electricity, gas, powder and welding process. The goal is built a small mircroprocessbr control system of PTA process. In addition, the resource distribution of mircroprocessor and the functions of peripheral circuit are given.
Reliability and noise resistance designs are also covered. Various noises probably appear in the whole system, as well as their causation, are analyzed systematically. Then, in order to reduce their bad affections some hardware and software measures are adopted designing schematic chart and compiling code.
At last, some tests are given to the circuit in that to obtain the reliability in operation. It shows that control system and software are reasonable in design.
引文
[1] 杜则裕 宋钧 熊慰军 咸正灿 等离子喷焊工艺研究 焊接技术1996(3) 2-3
[2] 蒋惠祖 等离子喷焊电气控制系统的可编程设 计机床电器1998(3) 15-20
[3] 高荣 马小雄《等离子弧喷焊》机械工业出版社，1979
[4] 王振民 黄石生 弧焊逆变技术的研究与展望 电焊机2000(5) 3-6
[5] 高清宝 《阀门堆焊技术》机械工业出版社，1994
[6] 黄石生 王振民 薛家祥等 等离子弧喷涂系统的发展与展望 焊接技术 2001(4) 3-5
[7] 陈克选 李春旭 微机控制等离子喷涂设备的研制 第九次全国焊接会议论 文集
[8] 王冠英 FLH-250 型气阀等离子喷焊机的研制 机车车辆工艺1994(6) 28-32
[9] 凌幸福 董翠萍 吴忠萍 罗文 雷宇 LK-2(3) 型微机控制等离子喷焊设备 的技术改造以及工艺改进 江西冶金 2000(3) 31-35
[10] 陈克选，李春旭，张志坚，单片机控制等离子喷涂(焊)电源的研制 [J]，甘肃工业大学学报，2000(6) 8-11
[11] 滕文华 李德元 张义顺 PLC 控制等离子喷涂设备的研制 沈阳工业大学 学报2002(1) 14-16
[12] 关桥 刘方军 董春林 高能束流焊接技术的应用与发展趋势 第九次全国 焊接会议论文集
[13] 毛文杰 王加友 陈刚 等离子喷涂及喷焊自动控制系统的研制 华东船舶 工业学院学报1995(1) 69-74
[14] 刘嘉 殷树言 丁京柱 数字化焊机及特点 电焊机2001(6) 8-10
[15] 王振民 黄石生 弧焊逆变技术的研究与展望 电焊机2000(5) 3-6
[16] 邹泽明 张旭明 杜全营 基于80C196KC的ZX5系列晶闸管式弧焊电源 数字触发器的研究 电焊机2001(1) 21-23
[17] 秦曾煌，电工学，下册，电子集注，北京：高等教育出版社，1990年9 月
[18] 于海生，微型计算机控制技术，北京：清华大学出版社，1999年3月
[19] 邓涛逆变弧焊机控制电路设计与调试，电焊机1998(3) 26-28
[20] 周明德，微型计算机的硬件、软件及其应用，北京，清华大学出版社， 1987年
[21] 孙含芳《Intel 16位单片机》北京航空航天大学出版社，1995
[22] 孙涵芳等，MCS-51、 96系列单片机原理及应用，北京：北京航空航天大 学出版社，1988年
[23] 陈粤初 窦振中等，单片机应用系统设计与实践，北京：北京航空航天大 学出版社，1991年
[24] 潘永雄、刘殊，单片机原理与应用，西安：西安电子科技大学出版社， 2000年
[25] 沈德金、陈粤初等，MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例，北 京：北京航空航天大学出版社，1990年
[26] 陈嘉庆等，多国单片机实用技术，北京：微电脑信息部，1992年
[27] 武庆生，单片机接口技术，成都：电子科技大学出版社，1997年
[28] 刘国勇 低功耗数模转换器 MAX530及其应用国外电子元器件，1997 (8) 31-34
[29] 常江 刘炳文 王成铭 LED显示驱动器．MAX7219原理及应用 电测与仪 表，1996(6) 35-38
[30] 武自芳等，微机控制系统，西安：西安交通大学出版社，1998年
[31] 范逸之 陈立元《Visual Basic与RS-232串行通信控制》清华大学出版 社2002
[32] 王幸之 王雷 翟成 王闪 《单片机应用系统抗干扰技术》北京航空航天 大学出版社2000
[33] 刘连义，微机测量控制系统常用抗干扰技术，橡胶技术与装备，1995， Vol 21：36-42
[2] 蒋惠祖 等离子喷焊电气控制系统的可编程设 计机床电器1998(3) 15-20
[3] 高荣 马小雄《等离子弧喷焊》机械工业出版社，1979
[4] 王振民 黄石生 弧焊逆变技术的研究与展望 电焊机2000(5) 3-6
[5] 高清宝 《阀门堆焊技术》机械工业出版社，1994
[6] 黄石生 王振民 薛家祥等 等离子弧喷涂系统的发展与展望 焊接技术 2001(4) 3-5
[7] 陈克选 李春旭 微机控制等离子喷涂设备的研制 第九次全国焊接会议论 文集
[8] 王冠英 FLH-250 型气阀等离子喷焊机的研制 机车车辆工艺1994(6) 28-32
[9] 凌幸福 董翠萍 吴忠萍 罗文 雷宇 LK-2(3) 型微机控制等离子喷焊设备 的技术改造以及工艺改进 江西冶金 2000(3) 31-35
[10] 陈克选，李春旭，张志坚，单片机控制等离子喷涂(焊)电源的研制 [J]，甘肃工业大学学报，2000(6) 8-11
[11] 滕文华 李德元 张义顺 PLC 控制等离子喷涂设备的研制 沈阳工业大学 学报2002(1) 14-16
[12] 关桥 刘方军 董春林 高能束流焊接技术的应用与发展趋势 第九次全国 焊接会议论文集
[13] 毛文杰 王加友 陈刚 等离子喷涂及喷焊自动控制系统的研制 华东船舶 工业学院学报1995(1) 69-74
[14] 刘嘉 殷树言 丁京柱 数字化焊机及特点 电焊机2001(6) 8-10
[15] 王振民 黄石生 弧焊逆变技术的研究与展望 电焊机2000(5) 3-6
[16] 邹泽明 张旭明 杜全营 基于80C196KC的ZX5系列晶闸管式弧焊电源 数字触发器的研究 电焊机2001(1) 21-23
[17] 秦曾煌，电工学，下册，电子集注，北京：高等教育出版社，1990年9 月
[18] 于海生，微型计算机控制技术，北京：清华大学出版社，1999年3月
[19] 邓涛逆变弧焊机控制电路设计与调试，电焊机1998(3) 26-28
[20] 周明德，微型计算机的硬件、软件及其应用，北京，清华大学出版社， 1987年
[21] 孙含芳《Intel 16位单片机》北京航空航天大学出版社，1995
[22] 孙涵芳等，MCS-51、 96系列单片机原理及应用，北京：北京航空航天大 学出版社，1988年
[23] 陈粤初 窦振中等，单片机应用系统设计与实践，北京：北京航空航天大 学出版社，1991年
[24] 潘永雄、刘殊，单片机原理与应用，西安：西安电子科技大学出版社， 2000年
[25] 沈德金、陈粤初等，MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例，北 京：北京航空航天大学出版社，1990年
[26] 陈嘉庆等，多国单片机实用技术，北京：微电脑信息部，1992年
[27] 武庆生，单片机接口技术，成都：电子科技大学出版社，1997年
[28] 刘国勇 低功耗数模转换器 MAX530及其应用国外电子元器件，1997 (8) 31-34
[29] 常江 刘炳文 王成铭 LED显示驱动器．MAX7219原理及应用 电测与仪 表，1996(6) 35-38
[30] 武自芳等，微机控制系统，西安：西安交通大学出版社，1998年
[31] 范逸之 陈立元《Visual Basic与RS-232串行通信控制》清华大学出版 社2002
[32] 王幸之 王雷 翟成 王闪 《单片机应用系统抗干扰技术》北京航空航天 大学出版社2000
[33] 刘连义，微机测量控制系统常用抗干扰技术，橡胶技术与装备，1995， Vol 21：36-42