导　　师： 黄石生

学科专业： H0503

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 中、大型换热器（冷凝器）是电站发电设备中的一个关键部件，一旦出现问题，对产品的质量、运行安全、环境和设备等将造成重大损失。换热器中数量庞大的换热管与管板之间的角接接头圆形焊缝的质量是整台设备制造质量的关键，必须采用自动化的精密焊接工艺，对焊接电源提出了柔性化和精确化的要求。柔性化要求一台电源可以适应多种焊接方法的需要，而精确化要求焊接电源的输出更精确、稳定和可控，这两方面的要求都需要通过先进的数字化控制技术来实现。本课题从工程实际出发，在国家自然科学基金项目（资助编号：50805051）的资助下，设计了一种基于ARM CORTEX-M3的全数字化多功能管板焊接电源，并对其进行了功能测试和工艺实验研究。
　　 本课题首先对全数字化多功能管板焊接电源进行了理论分析和总体设计，选择了合适的主电路拓扑结构，设计了电源的外特性和控制算法，并通过实验进行了验证。在此基础上，本课题设计了电源的控制系统和人机交互界面。
　　 为了满足控制精度和响应速度的要求，本课题选用了基于ARM公司最新32位内核CORTEX-M3的LM3S8971 MCU作为主控芯片，以其为核心设计了包括反馈信号采样电路、IGBT驱动电路、机头旋转控制电路、CAN总线及以太网通信电路等在内的焊接过程控制系统，并基于实时内核RTX-KERNEL编写了适应多种焊接方法需要的控制软件。
　　 为了解决焊接过程中大量工艺参数的输入与显示问题，本课题设计了基于MCU+CPLD结构的管板焊接电源数字化面板。该面板利用按键和编码器输入参数，同时通过数码管显示，具有结构简单、工作可靠的特点。数字化面板的设计采用了模块化的设计思想，功能相对独立，通过RS232总线与焊接过程控制系统进行通讯，方便系统的移植和升级。
　　 最后，本课题在实验室利用所设计的全数字化多功能管板焊接电源构建了全自动管板焊工艺实验平台，针对各工艺参数进行了工艺实验，得到了确定工况下的理想工艺参数，并利用此参数在国内最大的100万KW超临界燃煤发电机组施工现场进行了小批量试焊。实验证明，本课题所设计的电源可以满足电力建设行业对焊接设备的要求，具有先进性和实用性。

关 键 词： 换热器 燃煤发电设备 管板焊接 焊接电源 微处理器 数字化控制

分 类 号： [TG434.1 TM621.3]

领　　域： [金属学及工艺] [电气工程]