基于DSP及CPLD全数字控制技术的大口径管道双焊枪全位置自动焊机研究
摘要
管道运输与航空运输、公路运输、铁路运输、水路运输并称五大运输业，是我国政府重点发展的目标之一。管道运输业的主体是管道，管道地面工程的核心工作是管口的焊接，因此研究高效率、性能可靠的管道全位置自动焊接设备就具有十分重要的意义。
本论文利用机电一体化的设计思想开发研制出一种适用于大口径管道自动焊接技术的管道全位置双焊枪自动焊机。该机的主控部分使用了DSP高速度数字信号处理芯片TMS320F240，并在电机测速反馈、手持遥控盒、电压控制系统等多处利用了复杂可编程逻辑器件(CPLD)，从而完成对包括行走、送丝、摆动等多个电机的伺服控制，有效地解决了整机控制系统快速性与使用可靠性之间的矛盾。
另外，焊接工艺和焊接规范也是本论文研究的一个方面。针对不同的管径，不同的壁厚给出了一系列典型的焊接规范，通过DSP处理器的拟合，从而实现焊接过程中工艺参数的连续变化。
Transport industry includes Pipeline, Aviation, Railway, Road and Water-transport. Pipeline transport is one of the goals which is being emphatically developed by our government. Pipeline is a main part of pipeline transport. Pipe connection by welding is the key work in pipeline construction. So it is clear that research on the technology of pipeline all-position automatic weld is of great significance.
This paper is to design and make a kind of double welds system which is been used in pipeline construction through of mechatronics technical. The design method which is based on DSP(TMS320F240) and CPLD technical makes the whole system of automatic welder to have not only functions of mechanical motion and welding, but also functions of information-examining, handling, adjusting and controlling. By using built-in hardware and software, The automatic welder has achieved flexible automation.
Welding technique is also one of the topics discussed in this paper. The proper values of welding parameters are determined by welding tests. The determined welding parameters are input into the computer of automatic welder and the computer will finish curve fitting automatically. With the fitting curves, the automatic welder, when in course of welding, can continuously change welding parameters based on the current welding position.
本论文利用机电一体化的设计思想开发研制出一种适用于大口径管道自动焊接技术的管道全位置双焊枪自动焊机。该机的主控部分使用了DSP高速度数字信号处理芯片TMS320F240，并在电机测速反馈、手持遥控盒、电压控制系统等多处利用了复杂可编程逻辑器件(CPLD)，从而完成对包括行走、送丝、摆动等多个电机的伺服控制，有效地解决了整机控制系统快速性与使用可靠性之间的矛盾。
另外，焊接工艺和焊接规范也是本论文研究的一个方面。针对不同的管径，不同的壁厚给出了一系列典型的焊接规范，通过DSP处理器的拟合，从而实现焊接过程中工艺参数的连续变化。
Transport industry includes Pipeline, Aviation, Railway, Road and Water-transport. Pipeline transport is one of the goals which is being emphatically developed by our government. Pipeline is a main part of pipeline transport. Pipe connection by welding is the key work in pipeline construction. So it is clear that research on the technology of pipeline all-position automatic weld is of great significance.
This paper is to design and make a kind of double welds system which is been used in pipeline construction through of mechatronics technical. The design method which is based on DSP(TMS320F240) and CPLD technical makes the whole system of automatic welder to have not only functions of mechanical motion and welding, but also functions of information-examining, handling, adjusting and controlling. By using built-in hardware and software, The automatic welder has achieved flexible automation.
Welding technique is also one of the topics discussed in this paper. The proper values of welding parameters are determined by welding tests. The determined welding parameters are input into the computer of automatic welder and the computer will finish curve fitting automatically. With the fitting curves, the automatic welder, when in course of welding, can continuously change welding parameters based on the current welding position.
引文
1．姜焕中 《焊接方法及设备》1981出版，机械工业出版社
2．姜焕中 《电弧焊与电渣焊》1988出版，机械工业出版社
3．吴树雄 《电焊条使用指南》1989出版，化学工业出版社
4．奚道岩 《金属结构的电弧焊》1993出版，机械工业出版社
5．管道局二公司 《双联管焊接技术》 1992出版
6．殷树言 《气体保护焊工艺》1989出版，哈尔滨工业大学出版社
7．王震微 《气体保护焊工艺和设备》1991出版，西北工业大学出版社
8. I.S.Plnchuk. Stabilization of transfer and methods of reducing the spattering of metal in CO_2 Welding with a shart arc. Welding Research Aboard,May 1982
9．曾惠林 《管道全位置自动焊机技术探讨》 油气储运 1999
10．胡广书 《数字信号处理—理论、算法、实现》1997出版，清华大学出版社
11. Welding method for metallic pipes Jp10244365
12. Automatic melding apparatus for pipeline Jp09271939
13. Automatic welder for pipeline Jp7214132
14. Auto arc welding with melting electrode in protective gas SU707716
15. Teale R.A. Automatic welding procedure for X80 pipeline system. Proceeding of the Third international offshore and polar engineering conference proc 1993
16．张勇 《管道全位置自动化焊接操作机》 CN2273635
17．李冬青 《管道全位置自动焊机的分布式计算机控制系统》 哈尔滨工业大学学报 1998
18．王鸿捷 《管道环缝自动焊接系统》 中国石油文献库 953919
19．赵松年 张奇鹏 《机电一体化机械系统设计》1996机械工业出版社
20．陈维山 赵杰 《机电系统计算机控制》1994哈尔滨工业大学出版社
21．余永权等 《单片机应用系统的功率接口技术》1992北京航天航空大学出版社
22．赵家瑞等 《焊接自动控制基础》 机械工业出版社 1999
23．潘际玺 《现代弧焊控制》 机械工业出版社 1999
24．潘际玺 《焊接手册》 机械工业出版社 1992
25．王锦标等 《过程计算机控制》 清华大学出版社 1992
26．徐颖 《机械设计手册》 机械工业出版社 1992
27．美国Delta Tau公司 《PMAC用户手册》 1998
28．杜则裕 《工业焊接冶金学》 机械工业出版社 1993
29．金属焊接国家汇编 中国标准出版社 1991
30. Fujimoto,Tomoya,et al. Automatic-controlled circumferential MAG welder
system for pipeline construction. Kawasaki steel technical report n 31 Nov 1994,67-71
31．杨可祯 《机械设计基础》 高等教育出版社 1990
32．周可勤 《机械零件手册》 高等教育出版社 1994
33．《CRC公司的管道施工设备手册》 (产品及公司简介)
34．《VIETZ公司的管道施工设备手册》 (产品及公司简介)
35．张建民 《机电一体化设计》 北京理工大学出版社 1996
36．张建民 《机电一体化原理与应用》 国防工业出版社 1992
37．王信文 《机电一体化手册》 机械工业出版社 1994
38．唐介 《控制微电机》 高等教育出版社 1987
39．章云 谢莉萍 熊红艳 《DSP控制器及其应用》2001机械工业出版社
40．《Mycom公司步进电机手册》(日本)
41．秦继荣 《现代直流伺服控制技术及其系统设计》 机械工业出版社 1993
42．陆心如 《数字信号处理原理及应用》 电子工业出版社 1996
43．杨川，王小椿 高密度在系统可编程逻辑器件在数字I/O电路中的应用，电子技术应用，2000年第7期，63～65
44．韩壮志等，光电码盘四倍频分析，电子技术应用，2000年第12期，38～40
45．韩壮志等，方便易用的功放集成电路LMD18245，电子技术应用，2000年第4期，58～61
46．曾繁泰，陈美金，《VHDL程序设计》，2000年8月第一版，清华大学出版社
47．张雄伟，曹铁勇，《DSP芯片的原理与开发应用》，2000年9月第二版，电子工业出版社
48．张芳兰等，《TMS 320C2XX用户指南》，1999年6月第1版，电子工业出版社
49．潘松，王国栋，《VHDL实用教程》，2000年3月第1版，电子科技大学出版社
50．李广军，王厚军，《实用接口技术》，1998年2月第一版，电子科技大学出版社
51．丁元杰，《单片微机原理及应用》，2000年3月第2版，机械工业出版社
52. John M. Yarbrough, 《Digital Logic Applications and Design》. China Machine Press
2．姜焕中 《电弧焊与电渣焊》1988出版，机械工业出版社
3．吴树雄 《电焊条使用指南》1989出版，化学工业出版社
4．奚道岩 《金属结构的电弧焊》1993出版，机械工业出版社
5．管道局二公司 《双联管焊接技术》 1992出版
6．殷树言 《气体保护焊工艺》1989出版，哈尔滨工业大学出版社
7．王震微 《气体保护焊工艺和设备》1991出版，西北工业大学出版社
8. I.S.Plnchuk. Stabilization of transfer and methods of reducing the spattering of metal in CO_2 Welding with a shart arc. Welding Research Aboard,May 1982
9．曾惠林 《管道全位置自动焊机技术探讨》 油气储运 1999
10．胡广书 《数字信号处理—理论、算法、实现》1997出版，清华大学出版社
11. Welding method for metallic pipes Jp10244365
12. Automatic melding apparatus for pipeline Jp09271939
13. Automatic welder for pipeline Jp7214132
14. Auto arc welding with melting electrode in protective gas SU707716
15. Teale R.A. Automatic welding procedure for X80 pipeline system. Proceeding of the Third international offshore and polar engineering conference proc 1993
16．张勇 《管道全位置自动化焊接操作机》 CN2273635
17．李冬青 《管道全位置自动焊机的分布式计算机控制系统》 哈尔滨工业大学学报 1998
18．王鸿捷 《管道环缝自动焊接系统》 中国石油文献库 953919
19．赵松年 张奇鹏 《机电一体化机械系统设计》1996机械工业出版社
20．陈维山 赵杰 《机电系统计算机控制》1994哈尔滨工业大学出版社
21．余永权等 《单片机应用系统的功率接口技术》1992北京航天航空大学出版社
22．赵家瑞等 《焊接自动控制基础》 机械工业出版社 1999
23．潘际玺 《现代弧焊控制》 机械工业出版社 1999
24．潘际玺 《焊接手册》 机械工业出版社 1992
25．王锦标等 《过程计算机控制》 清华大学出版社 1992
26．徐颖 《机械设计手册》 机械工业出版社 1992
27．美国Delta Tau公司 《PMAC用户手册》 1998
28．杜则裕 《工业焊接冶金学》 机械工业出版社 1993
29．金属焊接国家汇编 中国标准出版社 1991
30. Fujimoto,Tomoya,et al. Automatic-controlled circumferential MAG welder
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31．杨可祯 《机械设计基础》 高等教育出版社 1990
32．周可勤 《机械零件手册》 高等教育出版社 1994
33．《CRC公司的管道施工设备手册》 (产品及公司简介)
34．《VIETZ公司的管道施工设备手册》 (产品及公司简介)
35．张建民 《机电一体化设计》 北京理工大学出版社 1996
36．张建民 《机电一体化原理与应用》 国防工业出版社 1992
37．王信文 《机电一体化手册》 机械工业出版社 1994
38．唐介 《控制微电机》 高等教育出版社 1987
39．章云 谢莉萍 熊红艳 《DSP控制器及其应用》2001机械工业出版社
40．《Mycom公司步进电机手册》(日本)
41．秦继荣 《现代直流伺服控制技术及其系统设计》 机械工业出版社 1993
42．陆心如 《数字信号处理原理及应用》 电子工业出版社 1996
43．杨川，王小椿 高密度在系统可编程逻辑器件在数字I/O电路中的应用，电子技术应用，2000年第7期，63～65
44．韩壮志等，光电码盘四倍频分析，电子技术应用，2000年第12期，38～40
45．韩壮志等，方便易用的功放集成电路LMD18245，电子技术应用，2000年第4期，58～61
46．曾繁泰，陈美金，《VHDL程序设计》，2000年8月第一版，清华大学出版社
47．张雄伟，曹铁勇，《DSP芯片的原理与开发应用》，2000年9月第二版，电子工业出版社
48．张芳兰等，《TMS 320C2XX用户指南》，1999年6月第1版，电子工业出版社
49．潘松，王国栋，《VHDL实用教程》，2000年3月第1版，电子科技大学出版社
50．李广军，王厚军，《实用接口技术》，1998年2月第一版，电子科技大学出版社
51．丁元杰，《单片微机原理及应用》，2000年3月第2版，机械工业出版社
52. John M. Yarbrough, 《Digital Logic Applications and Design》. China Machine Press