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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Zašto još jedan projekt točkastih zavarivača?

Izgradnja točkastog 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 kupnje nije bila dobitna strategija, jako je zabavno!

Stoga 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.

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

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

Osjetio sam da, iako je izgradnja točkastog zavarivača tema koja je vjerojatno već pretučena, možda bi se moglo napraviti bolji stroj korištenjem postupka zavarivanja u tri koraka s točnim mjerenjima, kao što to rade profesionalni strojevi. Stoga sam sebi dao pet glavnih dizajnerskih ciljeva za svoj projekt:

Podrška za postupak zavarivanja u tri koraka

Točna i podesiva vremena

Sposobnost upornog skladištenja i preuzimanja profila za zavarivanje

Jednostavnost dizajna i izrade

Korištenje samo uobičajeno dostupnih komponenti

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

Ako se trebate upoznati s konceptom zavarivačkog zavarivanja i načinom na koji se može napraviti zavarivač pomoću mikrovalnog transformatora, učinite to prije nego što 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 izmjenične struje. Za zavarivače koji se sami izrađuju, transformator za zavarivanje obično se dobiva pretvaranjem transformatora za mikrovalnu pećnicu za niskonaponski, visokostrujni izlaz. To se postiže uklanjanjem sekundarnog namota visokog napona s MOT -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 i najmanje važno, omogućuje korisniku da započne postupak zavarivanja slanjem naredbi u strujni krug, koji uključuje i isključuje transformator.

Korisničko sučelje. 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 naknadno ugraditi 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 uključeni zavarivač, možete dodati ovdje opisane komponente upravljanja i korisničkog sučelja, bez ikakvih 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 drže čvrsto pritisnuti jedan uz drugi. Površine omekšanih vrućih metala sada imaju vrlo dobar mehanički i električni kontakt

Korak zavarivanja: Transformator za zavarivanje ponovno se 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 o njegovoj otpornosti i talištu) 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 nakon određenog vremena želite ponovno zavariti taj određeni jezičak baterije. 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 s 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 za opis programskog toka 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: prekidač (stanje) {03: slučaj 0: 04: readUserInput 05: slučaj 1, 2, 3: 06: ako (mjerač zavarivanja je istekao) {07: // prijeđite na sljedeće stanje 08: stanje = (stanje + 1) % 4; 09: uključite kontrolu snage 10: if (stanje nije 0) {11: postavite trajanje novog koraka i ponovno 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.

Odbrojavanjem vremena zavarivanja kontroliramo trajanje koraka zavarivanja. Pretpostavimo da je sada započinjanje zavarivanja tek započelo kada unesemo izjavu o prekidaču. Uključena je kontrola snage, transformator za zavarivanje je pod naponom, a trenutno stanje je 1.

Ako mjerač zavarivanja nije istekao, uvjetno (redak 6) ocjenjuje 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 (redak 8). Koristimo modulo 4 aritmetiku kako bismo slijedili ispravan slijed stanja 1-2-3-0. Ako je trenutno stanje 1, prelazimo na stanje 2.

2. Zatim prebacujemo kontrolu snage (redak 9). U stanju 1 kontrola snage je bila uključena, pa je sada isključena (kao što bi trebala biti u stanju 2, pritisnite korak, pri čemu transformator za zavarivanje nije pod naponom).

3. Stanje je sada 2, pa unosimo uvjetno u redak 10.

4. Namjestite mjerač zavarivanja za trajanje novog koraka (trajanje koraka prešanja) i ponovno pokrenite mjerač zavarivanja (redak 11).

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

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

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

Na sljedećoj iteraciji petlje vraćamo se na obradu korisničkog unosa (redak 4). Gotovo.

Ali kako uopće započeti postupak zavarivanja? Pa, počinjemo kad korisnik pritisne gumb za zavarivanje.

Gumb za zavarivanje spojen je na ulazni pin MCU -a, koji je spojen na hardverski prekid. Pritiskom na gumb dolazi do prekida. Rukovalac prekida započinje 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 sučelje, stanje pripravnosti i ostale 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 pritiskom na gumb kontrolira svu interakciju s firmverom, osim pokretanja zavarivanja

Pritiskom na trenutni gumb započinje niz zavarivanja

LED dioda svijetli tijekom zavarivanja, a tijekom pripravnosti se više puta gasi

Postoje brojne stvari koje firmware 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 ulijevo ili udesno za prelazak s jedne stavke izbornika na sljedeću i za promjenu parametara na zaslonu ili može pritisnuti gumb kodera za potvrdu unesene vrijednosti ili za pomicanje za jednu razinu prema gore u strukturi izbornika

• Ažuriranje korisničkog sučelja.

  Zaslon je ažuriran kako bi odražavao radnje korisnika

  Zaslon se ažurira kako bi odražavao napredak procesa zavarivanja (mi prikazujemo indikator pored trajanja trenutnog koraka u nizu zavarivanja)

  LED dioda se uključuje kad počnemo zavarivati, a isključuje se kad završimo

Pričekaj. Kôd prati koliko je dugo korisnik bio neaktivan i ulazi u stanje pripravnosti kada razdoblje neaktivnosti premaši unaprijed postavljeno ograničenje. U stanju čekanja zaslon se isključuje, 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. Uočite da je zavarivaču dopušten ulazak u stanje pripravnosti samo u stanju 0, npr. ne dok je zavarivanje

Zadane postavke upravljanja, pohranjivanje i dohvaćanje profila. Firmver podržava 3 različita profila zavarivanja, tj. 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 značajku pripravnosti kako bih spriječio izgaranje zaslona. Kad se zavarivač napaja, a ne koristite korisničko sučelje, znakovi prikazani na zaslonu se ne mijenjaju i mogu uzrokovati opekline. Vaša kilometraža može varirati ovisno o tehnologiji prikaza, međutim ja koristim OLED zaslon, a oni su skloni izgorjeti prilično brzo ako se ne brine, pa je dobro isključiti automatsko isključivanje zaslona.

Sve gore navedeno komplicira, naravno, "pravi" kod. Vidite da morate napraviti još malo posla od onoga što smo pogledali u prethodnim koracima kako bismo dobili lijepo upakiran softver.

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

Cjeloviti kôd pronaći ćete u poveznici spremišta na kraju ovog uputstva.

Korak 5: Upravljački krug

Firmver je razvijen i testiran pomoću ovih komponenti:

• Upravljački krug:

  Arduino Pro Mini 5V 16MHz

• Korisničko sučelje:

  • Rotacijski davač s gumbom
  • 0,91 "128x32 I2C bijeli OLED zaslon DIY na temelju SSD1306
  • Trenutačni gumb s 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, osobito ako promijenite sučelje, vrstu ili veličinu zaslona.

Dodjela Arduino pin -ova:

• Ulazni:

  • Igle A1 A2 A3 do rotacijskog davača koriste se za odabir/promjenu profila i parametara
  • Pin 2 spojen na privremeni gumb koji se pritisne za početak zavarivanja. Gumb se obično montira na ploču pored davača, a može se povezati paralelno s prekidačem pedale.

• Izlaz:

  • Igle A4/A5 za I2C upravljaju zaslonom.
  • Pin 11 za digitalni izlaz na LED diodu, koji se uključuje tijekom ciklusa zavarivanja, a blijedi i izlazi tijekom pripravnosti. Na shemi nema otpornika za ograničavanje struje za LED jer sam koristio LED diodu ugrađenu u gumb za zavarivanje koji je isporučen 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). Ovaj klin je obično NISAK i tijekom ciklusa zavarivanja bit će VISOKO-NISKO-VISOK.

Nakon izrade prototipa na ploči za nadzor, montirao sam upravljački krug na samostalnu proto ploču, uključujući modul za napajanje mrežom (HiLink HLK-5M05), kondenzator i otpornike za uklanjanje gumba za zavarivanje, te konektore za prikaz, davač, LED, gumb i izlaz strujnog kruga. 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 nožne sklopke, što smatram da je prikladnije.

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

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

Vjerojatno ću u završnoj verziji dodati i debouncing za gumb 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 dovoljne da vas ubiju. Ako nemate iskustva s strujnim krugom napona, nemojte ga pokušavati izgraditi. Najmanje morate koristiti izolacijski transformator za izvođenje bilo kakvih radova na strujnim krugovima mreže.

Shema energetskog kruga vrlo je standardna za upravljanje induktivnim opterećenjem s TRIAC -om. Signal iz upravljačkog upravljačkog kruga pokreće emitersku stranu optičkog sprežnika MOC1, a strana detektora opet pokreće vratašca T1 triaka. Triac prebacuje opterećenje (MOT) preko snuber mreže R4/CX1.

Optocoupler. MOC3052 je optički sprežnik slučajne faze, a ne tip nultog prijelaza. 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 kontinuiranu uključenu struju, što se može činiti pretjeranim u smislu struje koju vuče MOT u stacionarnom stanju. S obzirom na to da opterećenje ima prilično visok induktivitet, ocjena o kojoj moramo biti zabrinuti je vršna udarna struja u stanju neponavljanja. Ovo je udarna struja opterećenja. Svaki će put tijekom prijelaznog prijelaza uključivanja biti izvučen od strane MOT-a i bit će nekoliko puta veći od struje uključenog stanja. BTA40 ima neponavljajuću vršnu udarnu struju u stanju 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. Ne znam za vas, ali radije preferiram izoliranu pločicu za energetske poluvodiče pri mrežnom naponu. Dodatno, muški terminali lopatica nude čvrstu mehaničku vezu koja omogućuje potpuno držanje putanje velike struje (žice označene A na shemi) potpuno izvan proto ili PCB ploče. Put 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 spojeni na RC mrežu na ploči putem (tanjih) plavih žica. Ovim montažnim trikom put velike struje je izvan proto ili PCB ploče. U načelu biste mogli učiniti isto 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 izravnom dodiru s metalnim kućištem za konačnu izradu. Uočio sam da se triac jedva zagrijava, djelomično zato što je prikladno prevelik, ali uglavnom zato što je većina rasipanja snage u spoju posljedica prebacivanja stanja vodljivosti, a triac se očito 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) naznačen 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 pazite, naziv napona u kodu varistora je vršna vrijednost, a ne RMS vrijednost). Upotrijebite varistor naznačen za 220V vrh za mrežni napon od 120V.

Kvar komponente. Dobra je praksa zapitati se koje bi bile posljedice kvara komponente i identificirati 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 će biti 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 (jako loše). Stoga je dobra ideja dodati upozorenje za ovo stanje kvara. Najlakše je spojiti svjetiljku paralelno s primarnom MOT. Svjetiljka 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 tijekom zavarivanja u pozadini pali i gasi crvena žarulja. Ovo je ono crveno svjetlo.

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 točkasti 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 su pružile brojne biblioteke uz standardni Arduino IDE. Smatram da su ove knjižice timera (RBD_Timer), kodera (ClickEncoder), izbornika (MenuSystem) i EEPROM (EEPROMex) biblioteke vrlo korisne.

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

Ako namjeravate ovo izgraditi, toplo preporučujem korištenje ovdje opisanog dizajna PCB -a, koji uključuje niz poboljšanja.