Tačkasti zavarivač 1-2-3 Arduino firmver: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Zašto još jedan projekt zavarivača?

Izgradnja točkovnog zavarivača jedan je od (vjerojatno rijetkih) slučajeva u kojima možete izgraditi nešto za djelić cijene komercijalne verzije s usporedivom kvalitetom. Čak i ako izgradnja prije kupovine nije bila dobitna strategija, jako je zabavno!

Zato sam odlučio krenuti u projekt i pogledao kako su drugi ljudi to učinili. Na internetu postoji doslovno mnoštvo zanimljivih informacija i video zapisa o tome, s prilično širokim varijacijama u kvaliteti dizajna i izrade.

Kvalitet izrade koji se realno može postići ovisi o raspoloživom alatu, mašinama i objektima, pa nije iznenađujuće vidjeti prilično široke varijacije na ovom planu. S druge strane, nisam očekivao da će većina projekata koristiti jednostavan ručni prekidač za početak i zaustavljanje procesa zavarivanja.

Zapravo, precizna kontrola vremena zavarivanja ključna je za kvalitetu vaših zavara, a to ne možete postići ručnim prebacivanjem prekidača.

Osetio sam da, iako je izgradnja tačkastog zavarivača tema koja je verovatno već pretučena do smrti, možda bi se moglo napraviti bolja mašina upotrebom procesa zavarivanja u tri koraka sa tačnim vremenskim intervalima, kao što to rade profesionalne mašine. Stoga sam sebi dao pet glavnih dizajnerskih ciljeva za svoj projekt:

Podrška za zavarivanje u tri koraka

Tačna i podesiva vremena

Sposobnost upornog skladištenja i preuzimanja profila za zavarivanje

Jednostavnost dizajna i izrade

Upotreba samo uobičajeno dostupnih komponenti

Rezultat je moj 1-2-3 točkasti zavarivač, a u ovom uputstvu ću objasniti dio projekta kontrole procesa zavarivanja. Video i ovo uputstvo prikazuju slike prototipa zavarivača, prije nego što se sve komponente montiraju u odgovarajuće kućište. Ploča za ovaj projekat opisana je u posebnom uputstvu.

Ako se trebate upoznati s konceptom zavarivačkog zavarivanja i načinom na koji se može napraviti zavarivač pomoću mikrovalnog transformatora, učinite to prije nego nastavite s čitanjem. Koncentrirat ću se na kontrolu zavarivača, a ne na to kako zavarivač radi ili kako ga izgraditi. Mislim da je ovo drugdje dobro pokriveno.

Korak 1: Recept

Pogledajmo komponente otpornog zavarivača:

Transformator za zavarivanje. Omogućuje izlaz niskog napona/velike struje potreban za otporno zavarivanje pretvaranjem mrežnog napona naizmjenične struje. Za zavarivače koji se sami izrađuju, transformator za zavarivanje obično se dobiva pretvaranjem transformatora za mikrovalnu pećnicu za niskonaponski izlaz velike struje. To se postiže uklanjanjem sekundarnog namota visokog napona s TT -a i namotavanjem novog sekundarnog namota koji se sastoji od nekoliko zavoja vrlo debelog bakrenog kabela. Na YouTubeu postoji mnogo video zapisa koji vam pokazuju kako to učiniti

Krug napajanja. Uključuje i isključuje transformator za zavarivanje, a njegov rad kontrolira upravljački krug. Krug napajanja radi na mrežnom naponu

Upravljački krug. Kontrolira sve operacije zavarivača:

Omogućuje korisniku postavljanje i promjenu vremena zavarivanja

• Omogućuje korisniku pohranjivanje i dohvaćanje vremena zavarivanja.
• I na kraju, ali ne najmanje važno, omogućuje korisniku da započne postupak zavarivanja slanjem naredbi u krug napajanja, koji uključuje i isključuje transformator.

UI. Korisnik komunicira s upravljačkim krugom putem korisničkog sučelja

Ova instrukcija opisuje korisničko sučelje i upravljački krug. Dizajn korisničkog sučelja i upravljačkog kruga koji predlažem zapravo su neovisni o ostalim blokovima i mogu se lako nadograditi na postojeći točkasti zavarivač, pod uvjetom da vaša trenutna inkarnacija strujnog kruga može upravljati digitalnim izlaznim signalom iz upravljačkog kruga. Dakle, ako već imate elektronički uključen zavarivač, možete dodati ovdje opisane upravljačke i UI komponente opisane povrh toga, bez drugih izmjena.

Ako upravo imate ručni prekidač za napajanje, morat ćete izgraditi i strujni krug.

Prije nego što opišemo rad firmvera za upravljački krug, pogledajmo malo detaljnije kako funkcionira postupak zavarivanja.

Korak 2: 1-2-3 Zavarivanje

Profesionalni aparati za zavarivanje ne zavaruju u jednom koraku; koriste automatizirani niz od tri koraka. Zavarivanje u tri koraka sastoji se od:

Korak zagrijavanja. Transformator za zavarivanje je uključen, a struja teče kroz elektrode kroz radne komade. Ovo služi samo za zagrijavanje metala

Korak pritiska: Transformator za zavarivanje je isključen; radni komadi se čvrsto drže jedan uz drugi. Površine omekšanih vrućih metala sada imaju vrlo dobar mehanički i električni kontakt

Korak zavarivanja: Transformator za zavarivanje se ponovo uključuje. Metalne površine koje su sada u bliskom kontaktu zavarene su pod pritiskom

Trajanje pojedinačnih koraka općenito nije jednolično i ovisi o raspoloživoj struji zavarivača, vrsti materijala koji pokušavate zavariti (uglavnom njegovu otpornost i talište) i debljini radnih komada.

Mnogi samozaposleni zavarivači o kojima sam saznao nemaju automatiziranu kontrolu vremena, što ponavljajući i pouzdan rad čini vrlo teškim.

Neki imaju mogućnost postavljanja vremena zavarivanja, često putem potenciometra. Kerry Wong učinio je vrlo lijepo u ovoj klasi s dodatnim parom elektroda posebno za zavarivanje baterija.

Vrlo mali broj samostalnih zavarivača može automatski izvršiti tri koraka zavarivanja kako je gore opisano. Neki imaju samo jedan skup fiksnih trajanja, poput ovog i ovog. S drugima možete promijeniti neka od trajanja, poput ovog. Ima fiksno trajanje za korake zagrijavanja i pritiska, dok se trajanje koraka zavarivanja može promijeniti putem potenciometra.

To čini postupak djelomično podesivim, ali može biti teško ponovno pronaći postavku kada želite ponovo zavariti taj materijal s kartice nakon nekog vremena. Nakon što ste pronašli pravo vrijeme za određenu kombinaciju materijala i debljine, ne želite to ponoviti. To je gubljenje vremena (i materijala), a može biti i frustrirajuće.

Ono što vi (pa, ja) ovdje zaista želite je potpuna fleksibilnost (konfigurabilnost) za sva vremena i mogućnost pohrane i preuzimanja postavki kada ih ispravimo.

Srećom, nije tako teško. Pogledajmo kako kontrolirati zavarivanje u tri koraka.

Korak 3: 1-2-3 Kontrola zavarivanja

Upravljački krug implementiramo s mikrokontrolerom (MCU). MCU firmver radi kao državni stroj sa četiri stanja kao što smo vidjeli u prethodnom koraku:

o Stanje 0: Ne zavarivanje

o Stanje 1: Zavarivanje, korak zagrijavanja

o Stanje 2: Zavarivanje, korak prešanja

o Stanje 3: Zavarivanje, korak zavarivanja

Koristim pseudo kod u stilu C da opišem tok programa jer ga je lako povezati sa stvarnim MCU kodom koji je napisan na C/C ++.

Nakon koraka postavljanja, glavna petlja MCU -a upravlja korisničkim unosom i prijelazima stanja na sljedeći način:

01: petlja

02: switch (stanje) {03: case 0: 04: readUserInput 05: case 1, 2, 3: 06: if (mjerač zavarivanja je istekao) {07: // prelazak na sljedeće stanje 08: state = (stanje + 1) % 4; 09: uključite kontrolu snage 10: if (stanje nije 0) {11: postavite trajanje novog koraka i ponovo pokrenite mjerač zavarivanja 12:} 13:} 14: završna petlja

Ako je trenutno stanje 0, tada čitamo stanje korisničkog sučelja za obradu unosa korisnika i prelazimo na sljedeću iteraciju.

Tajmer za zavarivanje koristimo za kontrolu trajanja koraka zavarivanja. Pretpostavimo da je sada redoslijed zavarivanja tek počeo kada unosimo naredbu prekidača. Uključena je kontrola snage, transformator za zavarivanje je pod naponom, a trenutno stanje je 1.

Ako mjerač zavarivanja nije istekao, uvjetno (red 6) procjenjuje se na false, izlazimo iz naredbe switch i prelazimo na sljedeću iteraciju petlje događaja.

Ako je mjerač zavarivanja istekao, unosimo uvjetno (redak 6) i idemo dalje:

1. Izračunajte i spremite sljedeće stanje (red 8). Koristimo modulo 4 aritmetiku da bismo slijedili ispravan slijed stanja 1-2-3-0. Ako je trenutno stanje 1, prelazimo na stanje 2.

2. Zatim prebacujemo kontrolu snage (linija 9). U stanju 1 kontrola snage je bila uključena, pa je sada isključena (kao što bi trebalo biti u stanju 2, pritisnite korak, bez transformatora za zavarivanje).

3. Stanje je sada 2, pa unosimo uvjetni red 10.

4. Postavite mjerač zavarivanja za trajanje novog koraka (trajanje koraka prešanja) i ponovo pokrenite mjerač zavarivanja (linija 11).

Sljedeće iteracije glavne petlje bit će prilično besprijekorne dok mjerač zavarivanja ponovno ne istekne, tj. Korak prešanja nije završen.

U ovom trenutku ulazimo u tijelo uvjeta na liniji 6. Sljedeće stanje (stanje 3) računa se na liniji 8; napajanje transformatora se ponovo uključuje (linija 9); mjerač zavarivanja postavljen je na trajanje koraka zavarivanja i ponovo se pokreće.

Kad mjerač vremena ponovo istekne, sljedeće stanje (stanje 0) izračunava se u retku 8, ali sada se redak 11 ne izvršava, pa se mjerač vremena ne pokreće ponovo jer smo završili s ciklusom zavarivanja.

Na slijedećoj iteraciji petlje vraćamo se na obradu korisničkog unosa (red 4). Gotovo.

Ali kako uopće započeti proces zavarivanja? Pa, počinjemo kada korisnik pritisne dugme za zavarivanje.

Gumb za zavarivanje spojen je na ulazni pin MCU -a, koji je spojen na hardverski prekid. Pritiskom na tipku dolazi do prekida. Rukovalac prekida pokreće postupak zavarivanja postavljanjem stanja na 1, postavljanjem mjerača zavarivanja na trajanje koraka zagrijavanja, pokretanjem mjerača zavarivanja i uključivanjem kontrole snage:

19: startWelding

20: stanje = 1 21: postavite trajanje koraka zagrijavanja i pokrenite mjerač zavarivanja 22: uključite kontrolu snage 23: kraj početka Zavarivanje

Korak 4: UI upravljanje, stanje pripravnosti i druge komplikacije firmvera

Korisničko sučelje sastoji se od zaslona, kodera s tipkom, trenutnog gumba i LED diode. Koriste se na sljedeći način:

Zaslon daje povratnu informaciju korisniku radi konfiguracije i prikazuje napredak tijekom zavarivanja

Davač s gumbom kontrolira svu interakciju s firmverom, osim pokretanja zavarivanja

Pritiskom na kratko dugme započinje sekvenca zavarivanja

LED dioda svijetli tokom zavarivanja i više puta blijedi unutra i van tokom pripravnosti

Postoje brojne stvari koje firmver mora učiniti osim kontrole procesa zavarivanja, kako je objašnjeno u prethodnom koraku:

Čitanje korisničkog unosa. To uključuje čitanje položaja kodera i statusa gumba. Korisnik može rotirati koder lijevo ili desno kako bi prešao s jedne stavke menija na sljedeću i promijenio parametre na ekranu, ili može pritisnuti dugme kodera da potvrdi unesenu vrijednost ili da se pomakne za jedan nivo prema gore u strukturi menija

• Ažuriranje korisničkog sučelja.

  Zaslon je ažuriran kako bi odražavao radnje korisnika

  Zaslon je ažuriran kako bi odražavao napredak procesa zavarivanja (prikazujemo indikator pored trajanja trenutnog koraka u nizu zavarivanja)

  LED dioda se uključuje kada počnemo sa zavarivanjem, a isključuje se kada završimo

Pričekaj. Kod prati koliko je dugo korisnik bio neaktivan i ulazi u stanje pripravnosti kada period neaktivnosti premaši unaprijed postavljeno ograničenje. U stanju pripravnosti, zaslon je isključen, a LED dioda na korisničkom sučelju više puta blijedi unutra i van kako bi signalizirala stanje pripravnosti. Korisnik može izaći iz stanja pripravnosti okretanjem kodera u bilo kojem smjeru. U stanju pripravnosti, korisničko sučelje ne bi trebalo reagirati na druge interakcije korisnika. Imajte na umu da je zavarivaču dopušteno ući u stanje pripravnosti samo u stanju 0, npr. ne za vrijeme zavarivanja

Zadane postavke upravljanja, pohranjivanje i dohvaćanje profila. Firmver podržava 3 različita profila zavarivanja, odnosno postavke za 3 različita materijala/debljine. Profili su pohranjeni u flash memoriji pa se neće izgubiti kada isključite aparat za zavarivanje

U slučaju da se pitate, dodao sam funkciju pripravnosti kako bih spriječio izgaranje ekrana. Kad se zavarivač napaja, a vi ne koristite korisničko sučelje, znakovi prikazani na ekranu se ne mijenjaju i mogu uzrokovati opekotine. Vaša kilometraža može varirati ovisno o tehnologiji prikaza, međutim ja koristim OLED ekran i oni su skloni izgori prilično brzo ako se ne brine, pa je dobro isključiti automatsko isključivanje ekrana.

Sve gore navedeno komplicira, naravno, "pravi" kod. Vidite da ima još mnogo posla od onoga što smo pogledali u prethodnim koracima kako bismo dobili lijepo upakovan softver.

Ovo potvrđuje pravilo da je sa softverom implementacija onoga što gradite oko osnovne funkcionalnosti često složenija od same implementacije osnovne jezgre!

Kompletan kôd ćete pronaći u spremištu na kraju ovog uputstva.

Korak 5: Upravljački krug

Firmver je razvijen i testiran pomoću ovih komponenti:

• Upravljački krug:

  Arduino Pro Mini 5V 16MHz

• UI:

  • Rotacijski davač s gumbom
  • 0,91”128x32 I2C bijeli OLED ekran, uradi sam, baziran na SSD1306
  • Trenutačno dugme sa ugrađenim LED diodama

Naravno da ne morate koristiti baš ove komponente u svojoj verziji, ali možda ćete morati napraviti neke izmjene koda ako to ne učinite, pogotovo ako promijenite sučelje zaslona, vrstu ili veličinu.

Dodjela Arduino pin -ova:

• Ulaz:

  • Igle A1 A2 A3 do rotacijskog davača koriste se za odabir/promjenu profila i parametara
  • Pin 2 je spojen na privremeno dugme koje se pritisne za početak zavarivanja. Gumb se obično montira na ploču pored kodera i može se povezati paralelno s prekidačem za pedale.

• Izlaz:

  • Igle A4/A5 za I2C kontrolišu ekran.
  • Pin 11 za digitalni izlaz na LED diodi, koji se uključuje tokom ciklusa zavarivanja, a bledi unutra i van tokom pripravnosti. Na shemi nema otpornika za ograničavanje struje za LED jer sam koristio LED diodu ugrađenu u dugme za zavarivanje koja je isporučena sa serijskim otpornikom. Ako koristite zasebnu LED diodu, morat ćete ili dodati otpornik u nizu između pina 11 Pro Mini -a i pina 3 konektora J2, ili ga lemiti uzastopno sa LED diodom na prednjoj ploči.
  • Pin 12 za digitalni izlaz u mrežni krug napajanja (ulaz u strujni krug). Ova iglica je obično NISKA i ići će VISOKO-NISKO-VISOKO tokom ciklusa zavarivanja.

Nakon izrade prototipa na ploči za nadzor, montirao sam upravljački krug na samostalnu proto ploču, uključujući modul za napajanje (HiLink HLK-5M05), kondenzator i otpornike za uklanjanje gumba za zavarivanje, te konektore za prikaz, davač, LED, dugme i izlaz strujnog kola. Priključci i komponente prikazani su na shemi (osim modula mrežnog napajanja).

Tu je i konektor (J3 na shemi) za nožni prekidač spojen paralelno s gumbom za zavarivanje, tako da se može početi zavarivati bilo s ploče ili pomoću nožnog prekidača, što smatram da je prikladnije.

Konektor J4 spojen je na ulaz optokaplera strujnog kruga, koji je montiran na zasebnoj proto ploči u prototipu.

Za povezivanje s zaslonom (konektor J6), zapravo mi je bilo lakše koristiti plosnati kabel s 4 žice s dvije žice koje idu do dvopolnog konektora (što odgovara pinovima 1, 2 na J6) i dvije žice s Dupont ženskim konektori koji idu direktno na pinove A4 i A5. Na A4 i A5 lemio sam dvopolni muški zaglavlje direktno na ploču Pro Mini.

Vjerovatno ću u završnoj verziji dodati i debouncing za dugme kodera. Poboljšani dizajn PCB -a za ovaj projekt opisan je u zasebnom uputstvu.

Korak 6: Krug napajanja

UPOZORENJE: Strujni krug radi na mrežnom naponu sa strujama koje su dovoljno velike da vas ubiju. Ako nemate iskustva sa strujnim krugom, nemojte ga pokušavati izgraditi. Najmanje morate koristiti izolacijski transformator za izvođenje bilo kakvih radova na mrežnim naponskim krugovima.

Shema za krug napajanja je vrlo standardna za upravljanje induktivnim opterećenjem s TRIAC -om. Signal iz upravljačkog upravljačkog kruga pokreće stranu emitera MOC1 optičke sprežnice, a strana detektora zauzvrat pokreće vrata T1 triaka. Triac prebacuje opterećenje (MOT) preko snuber mreže R4/CX1.

Optocoupler. MOC3052 je optički sprežnik sa slučajnom fazom, a ne tip prelaska nule. Korištenje prekidača sa slučajnom fazom prikladnije je od prelaska s nulte točke za jako induktivno opterećenje poput MOT-a.

TRIAC. T1 triak je BTA40 ocijenjen za 40A kontinuirane uključene struje, što se može činiti pretjeranim u smislu struje koju vuče MOT u stabilnom stanju. S obzirom na to da opterećenje ima prilično visok induktivitet, ocjena o kojoj trebamo biti zabrinuti je vršna udarna struja u stanju neponavljajućeg prenapona. Ovo je udarna struja opterećenja. On će se tijekom prijelaznog prijelaza uključivanja iscrtavati pomoću MOT-a i bit će nekoliko puta veći od struje uključenog stanja. BTA40 ima neponavljajuću vršnu udarnu struju u stanju od 400A pri 50 Hz i 420A pri 60 Hz.

TRIAC paket. Još jedan razlog za odabir BTA40 je taj što dolazi u paketu RD91 s izoliranim jezičkom i ima muške terminale lopatice. Ne znam za vas, ali radije preferiram izoliranu pločicu za energetske poluvodiče na mrežnom naponu. Dodatno, muški terminali lopatica nude čvrstu mehaničku vezu koja omogućava da se put velike struje (žice označene A na shemi) potpuno drže izvan proto ili PCB ploče. Putanja velike struje prolazi kroz (deblje) smeđe žice označene A na slici. Smeđe žice su spojene na stezaljke triac lopatice putem piggyback terminala koji su također povezani (na tanke) plave žice na RC mrežu na ploči. Ovim montažnim trikom put velike struje odstupa od proto ili PCB ploče. U principu, isto biste mogli učiniti sa žicama za lemljenje na nogama uobičajenijeg paketa TOP3, ali bi sklop bio mehanički manje pouzdan.

Za prototip sam montirao trijak na mali hladnjak s idejom da napravim neka mjerenja temperature i eventualno ga montiram na veći hladnjak ili čak u direktnom dodiru s metalnim kućištem za konačnu izgradnju. Primijetio sam da se triac jedva zagrijava, dijelom zato što je prikladno prevelik, ali uglavnom zato što je većina rasipanja snage u spoju posljedica prebacivanja stanja provodljivosti i očito se triac ne mijenja često u ovoj aplikaciji.

Snubber mreža. R4 i CX1 su snuber mreža koja ograničava brzinu promjene koju vidi triac kada je opterećenje isključeno. Nemojte koristiti kondenzator koji možda imate u kanti za rezervne dijelove: CX1 mora biti kondenzator tipa X (ili boljeg tipa Y) predviđen za rad mrežnog napona.

Varistor. R3 je varistor veličine prema vašoj maksimalnoj vrijednosti mrežnog napona. Shema prikazuje varistor nazivnog za 430V, koji je prikladan za mrežni napon od 240V (ovdje pažljivo, napon u kodu varistora je vršna vrijednost, a ne RMS vrijednost). Koristite varistor naznačen za 220V vrh za mrežni napon od 120V.

Greška komponente. Dobra je praksa da se zapitate koje bi bile posljedice kvara komponente i identificirate najgore scenarije. Loša stvar koja bi se mogla dogoditi u ovom krugu je kvar trijaka i kratki spoj terminala A1/A2. Ako se to dogodi, MOT bi bio pod stalnim naponom sve dok je triac u kratkom spoju. Ako ne biste primijetili šum transformatora i stalno biste ga zavarivali s MOT -om, pregrijali biste/uništili obradak/elektrode (nije lijepo), a moguće bi i pregrijavanje/topljenje izolacije kabela (vrlo loše). Zato je dobra ideja dodati upozorenje za ovo stanje kvara. Najjednostavnije je spojiti svjetiljku paralelno s primarnom. Lampica će zasvijetliti kada je MOT uključen i pružit će vizualni znak da zavarivač radi kako je predviđeno. Ako se lampica upali i ostane upaljena, znate da je vrijeme da izvučete utikač. Ako ste gledali video na početku, možda ste primijetili da se crvena žarulja uključuje i gasi u pozadini tokom zavarivanja. Ovo je ono crveno svetlo.

MOT se ne ponaša baš dobro, ali unatoč tome što sam u početku bio pomalo zabrinut zbog pouzdanosti prebacivanja putem strujnog kruga, nisam vidio nikakvih problema.

Korak 7: Završne napomene

Pa, prvo puno hvala mnogim ljudima koji su odvojili vrijeme da na internetu objasne kako izgraditi tačkasti zavarivač pomoću prenamijenjenog transformatora za mikrovalnu pećnicu. Ovo je bila velika podloga za cijeli projekt.

Što se tiče firmware-a Spot Welder 1-2-3, pisanje koda bilo bi dugotrajan i mučan posao bez apstrakcija koje pružaju brojne biblioteke pored standardnog Arduino IDE-a. Smatram da su ove biblioteke tajmera (RBD_Timer), kodera (ClickEncoder), menija (MenuSystem) i EEPROM (EEPROMex) biblioteke vrlo korisne.

Kôd firmvera može se preuzeti sa spremišta kodova Spot Welder 1-2-3.

Ako namjeravate ovo izgraditi, toplo vam predlažem da koristite ovdje opisani dizajn PCB -a, koji uključuje niz poboljšanja.