摘要：为了解决控制时序和通讯时序的冲突，探索新型的带有网络化功能的点焊控制器。研制的控制器采用双CPU结构，一个单片机完成点焊过程的控制;另一个单片机负责点焊过程信息、质量信息与上位管理机的通信，两个单片机之间采用共用存储器双口RAM方式实现数据的交换。软件设计方面，增加了动态电阻的反馈控制算法。

　　关键字：双CPU 点焊控制器 算法 双口RAM 以太网

　　Abstract: A method of spot welding controller is explored which solve the conflict of the communications timing and control timing. This design of spot welding controller has a dual structure of SCM. One SCM completes the process control of spot welding; Another SCM is responsible for the message of spot welding process and the quality to communicate with the computer. SCM may exchange data by using of two dual-port RAM memory. In the spot welding control software design, a algorithm for feedback control is added based on dynamic resistance.

　　Keywords: dual-cpu spot welding controller algorithm dual-port RAM Ethernet

　　中图分类号TG438.2 文献标识码：A

　　近年来，智能控制技术正被积极地引入点焊控制研究领域，但由于其算法高度复杂、计算密集，因此对系统的实时性要求越来越高。另一方面，单片机技术的蓬勃发展，使得其在工业控制领域的应用越来越广泛。因此在本设计中，使用Silicon Lab公司C8051F020作核心处理器，充分发挥其运算速度快的优势，并尝试利用多种智能控制算法对点焊进行质量控制，以提高焊点的质量和可靠性。

　　1、设计思想和总体方案

　　在实际工作中，点焊需要设置的参数较多，操作者不得不依赖于各种手册、说明书或专家编制的工艺文件来进行设备操作;而且在选定参数之后，往往还需要通过一系列的旋钮、按钮等开关进行设置，操作复杂，容易造成混乱。因此在本设计中，应用MCU实现人机对话功能，并通过以太网连接主控计算机，既充分体现了数字化控制的优势，也有助于实现点焊专家系统。

　　2、控制器算法设计

　　控制算法是控制器软件设计中最为主要的部分，对焊接质量的影响非常大。本设计控制算法主要有两个，一个是恒流控制算法，另一个是动态电阻控制算法。

　　2.1 恒电流控制

　　恒电流控制是一种较为简单可靠的方法，通过对焊接电流的检测，并与给定值相比较，根据其差值调节SCR的触发延迟角使实际焊接电流与给定值相等，达到恒定输出焊接电流的目的。目前欧洲及日本的各大汽车公司几乎均采用恒电流控制。

　　由点焊过程中电压和电流的关系，可以建立恒流控制的基本原理如下：

当控制角为，触发SCR时，线路电流为:

　　式中 Z为折算到变压器一次侧的总阻抗;

为功率因数角。

由上式可知，焊接电流有效值I和焊接电流峰值均为与的函数。在焊接过程中，以一定的触发SCR，测量其焊接电流峰值Im和导通角，便可计算出电流有效值。根据其与给定值Ig之比及本周波的热量H0，便可计算出下一周波的热量Hn+1。

计算出Hn+1后，结合角，查表求出角触发SCR，保证恒定的焊接电流。基于以上原理设计恒流中的软件流程如图1所示：

　　图1 恒流控制算法流程图

　　2.2动态电阻控制算法

对于动态电阻曲线各区域特征比较明显的材料，如点焊生产现场中大量使用的低碳钢板,低合金钢，汽车驾驶室、轿车车身等材料都具有典型的动态电阻特性，可以用动态电阻控制算法控制点焊过程中的质量。即确定热量m与控制角、功率因数角之间的相互对应关系，把m~之间的关系列成表格，根据控制算法计算输出的m值来查取相应的控制角，并把控制角转换为计算机定时器的初值T0去触发晶闸管，其控制流程如图2所示。

　　图2 动态电阻控制算法流程

　　3、控制器硬件设计

　　点焊机通过单片机对焊接主要参数进行采集(如焊接电压、电源)，并将采集到的焊接参数通过以太网上传到主控PC机上，主控PC机通过一定的界面接收数据，并对数据进行相应的分析，然后发出控制指令，指令经以太网传送到单片机，单片发出相应的控制信号，以此来改变点焊机的焊接操作。具体结构如图3所示。

　　图3 点焊控制器硬件设计结构图

　　3.1 双单片机通讯硬件模块设计

　　控制系统的中心器件选用C8051F020单片机，其主要特点如下：1)高速8051微控制器内核，速度可达25MIPS;2)64K可在线编程FLASH存储器;3)2个8通道12位ADC，1个8通道8位ADC，2个12位DAC输出;4)5个通用16位计数器/定时器。双口RAM选用IDT7132。双口RAM连接原理图如图4所示。

　　图4 双口RAM连接原理图

　　对双口RAM的存储空间进行四分区，建立两个通道，以使左右单片机分别对双口进行读写，而互不干扰，以达到快速传输数据的要求和目的，并且避免了因双边存储而带来的数据读写错误。系统分区示意图如图5所示：

　　单片机1

　　C8051F020

　　单片机2

　　C8051F020

　　读一区 写一区

　　A B

　　写二区 读二区

a b 通道一 通道二 图5 双口双通道数据传输示意图 在双口RAM开始读写数据前，先查询BUSY线，如果BUSY线上为高电平，表明当前读写操作无效，单片机将继续查询BUSY线。只有当BUSY线上为低电平时，表明此时单片机才可以对IDT7132进行数据的存取。单片机首先根据读取标识符从IDT7132中的读一区或读二区读取另一单片机发送到双口芯片的数据，然后再通过查询写标识符分别向写一区和写二区写入数据。当在一个区间写完数据后，同时写入写标识符，以便另一单片机通过查询来按区间读取数据，此过程无限循环。

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