專利名稱：一種機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)控等離子切割技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及能準確調(diào)整等離子切割機在切割 工況下切割頭與切割材料距離的控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
在機械加工制造領(lǐng)域，往往涉及到很多金屬板材的切割工作，如對碳鋼，不銹鋼， 銅，鋁材等需要切割，人們常使用等離子來進行切割，尤其是對于不銹鋼，銅，鋁的切割。等 離子切割在切割上述材料的時候，會產(chǎn)生非常刺眼的弧光，操作人員無法看清楚等離子切 割頭和切割材料之間的距離，另外等離子切割機的切割速度非?？欤诩由鲜且环N熱切割， 切割時很容易使切割的材料受熱變形，人工手動不可能快速反應(yīng)利用手動上升和下降來確 定等離子切割頭和切割材料之間的距離，等離子切割頭和切割材料的距離過大，會造成切 割不成功，進而需要重新切割，這不僅浪費時間和電能，并且二次切割會導(dǎo)致切割質(zhì)量非常 差；等離子切割頭和切割材料之間的距離過小，切割的質(zhì)量也不好，切割時容易使等離子切 割頭損壞，嚴重時甚至無法工作，用戶不得不更換等離子切割設(shè)備，造成切割成本過高。目前，可以通過等離子弧壓調(diào)高控制器對割炬高度進行控制，等離子弧壓高度控 制器利用某些等離子電源恒流或者基本恒流的特性，在切割過程中，切割電流和設(shè)定電流 相比變化較小，而切割的弧電壓在一定的速度下跟隨割炬與板材的距離變化而變化，當(dāng)割 炬與板材的距離增大時，弧電壓上升，當(dāng)割炬與鋼板的距離減小時，弧電壓下降，弧壓調(diào)高 控制器的原理就是通過檢測弧電壓的變化，通過控制割炬的升降電機來控制割炬與板材的 距離，使弧電壓保持不變，割炬的高度同時也保持不變。但是目前等離子弧壓高度控制器為 獨立設(shè)備，不便于整個數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)合開發(fā)，而且操作復(fù)雜，價格高。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述等離子弧壓高度控制器在實際應(yīng)用中的不足，本發(fā)明提供一種機用弧壓 調(diào)高控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，具有自動初始定位，弧壓檢測比較，伺服電機驅(qū)動，防 撞，弧壓智能調(diào)節(jié)等優(yōu)點。本發(fā)明的另一目的是提供一種所述機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)的控制方法。該方法便 于整個控制系統(tǒng)聯(lián)合開發(fā)，可用性強，應(yīng)用范圍廣，成本低。上述機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)包括工業(yè)計算機(IPC)、可編程邏輯控制器(PLC)、伺 服驅(qū)動裝置、隔離變換器和等離子電源，其中，可編程邏輯控制器分別與工業(yè)計算機、伺服 驅(qū)動裝置和隔離變換器相連接，等離子電源與隔離變換器電連接，工業(yè)計算機輸出切割參 數(shù)信號到可編程邏輯控制器，隔離變換器輸出采集到的電壓變換信號到可編程邏輯控制 器，可編程邏輯控制器則根據(jù)所采集的信息發(fā)出指令給伺服驅(qū)動裝置。其中，工業(yè)計算機 用于切割參數(shù)設(shè)置；隔離變換器用于對切割頭和板材間的電壓變換為PLC模塊能采集的電 壓；伺服驅(qū)動裝置用于驅(qū)動機械平臺，實現(xiàn)切割頭的上升、下降、自動調(diào)節(jié)等；還包括接近 定位傳感器，其直接與可編程邏輯控制器(PLC)連接，用于反饋限位接近信號，主要實現(xiàn)對切割頭的保護功能。所述的限位接近信號，是切割頭夾具和切割機垂直軸間安裝的三個接近傳感器所 捕獲的，當(dāng)切割頭碰撞到板材時，接近傳感器作用，PLC檢測信號后立即驅(qū)動伺服驅(qū)動裝置， 調(diào)節(jié)切割頭高度，實現(xiàn)切割頭的保護功能。對上述控制系統(tǒng)進一步的提高是該控制系統(tǒng)還包括與工業(yè)計算機(IPC)相連接 的觸摸屏，觸摸屏式人機交互界面可使參數(shù)的輸入更加人性化，更方便快捷，與工業(yè)計算機 (IPC)一起實現(xiàn)切割參數(shù)的輸入和設(shè)置。工業(yè)計算機上運行帶有弧壓調(diào)高參數(shù)設(shè)置的數(shù)控 軟件，參數(shù)設(shè)置主要是設(shè)置切割過程中的切割電流和切割材料等隨切割板材不同而異的參數(shù)。對上述控制系統(tǒng)的進一步改進是工業(yè)計算機(IPC)是通過RS232接口與可編程邏 輯控制器(PLC)連接的。上述伺服驅(qū)動裝置包括伺服驅(qū)動器和伺服電機。伺服電機可為帶位置控制的伺服 電機。上述工業(yè)計算機(IPC)可為普通帶串口功能的工業(yè)計算機。上述可編程邏輯控制器(PLC)可為艾默生EC20系列的PLC。所述機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)的控制方法通過以下步驟實現(xiàn) 第一，通過觸摸屏在工業(yè)計算機上進行參數(shù)設(shè)置；
第二，設(shè)置參數(shù)由工業(yè)計算機傳遞至PLC中；
第三，切割過程中切割頭和板材間的電壓信號經(jīng)過隔離變換器的隔離變換后，傳遞至 PLC的模擬輸入模塊的CHl端口 ；
第四，PLC根據(jù)模擬輸入模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換的信號，結(jié)合上述第一步中設(shè)置的參數(shù)，通過數(shù) 字輸入輸出模塊驅(qū)動伺服驅(qū)動器和伺服電機的運動，當(dāng)電壓上升時，驅(qū)動電機帶動切割頭 下降，電壓下降時，驅(qū)動電機帶動切割頭上升。上述第二步中設(shè)置參數(shù)可由工業(yè)計算機通過RS232經(jīng)Modbus總線傳遞至PLC中。上述第三步中切割過程中切割頭和板材間的電壓信號可經(jīng)過100:1的隔離變換 器的隔離變換后，傳遞至PLC的模擬輸入模塊的CHl端口?？商砑优cPLC連接的接近定位傳感器，其在切割定位過程中將信號傳遞至PLC，對 切割頭起到保護作用。上述接近定位傳感器為3個互成120度角的接近傳感器組成。本發(fā)明性能穩(wěn)定，具有自動初始定位，弧壓檢測比較，伺服電機驅(qū)動，防撞，弧壓智 能調(diào)節(jié)等優(yōu)點；便于整個控制系統(tǒng)聯(lián)合開發(fā)，可用性強，應(yīng)用范圍廣，成本低。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的PLC接線圖3為本發(fā)明的切割頭升降原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的說明。
如圖1所示，本發(fā)明包括工業(yè)計算機1、可編程邏輯控制器2、伺服驅(qū)動裝置3、隔離 變換器4和等離子電源5，其中，可編程邏輯控制器2分別與工業(yè)計算機1、伺服驅(qū)動裝置3 和隔離變換器4相連接，等離子電源5與隔離變換器4電連接，工業(yè)計算機1輸出切割參數(shù) 信號到可編程邏輯控制器2，隔離變換器4輸出采集到的電壓變換信號到可編程邏輯控制 器2，可編程邏輯控制器2則根據(jù)所采集的信息發(fā)出指令給伺服驅(qū)動裝置3。其中，工業(yè)計 算機用于切割參數(shù)設(shè)置；隔離變換器用于對切割頭和板材間的電壓變換為PLC模塊能采集 的電壓；伺服驅(qū)動裝置用于驅(qū)動機械平臺，實現(xiàn)切割頭的上升、下降、自動調(diào)節(jié)等；可編程 邏輯控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)的核心分別與工業(yè)計算機(IPC)、伺服驅(qū)動裝置和隔離變 換器相連接，等離子電源與隔離變換器電連接；還包括接近定位傳感器6，其直接與可編程 邏輯控制器(PLC)連接，用于反饋限位接近信號，主要實現(xiàn)對切割頭的保護功能。所述的限位接近信號，是切割頭夾具和切割機垂直軸間安裝的三個接近傳感器所 捕獲的，當(dāng)切割頭碰撞到板材時，接近傳感器作用，PLC檢測信號后立即驅(qū)動伺服驅(qū)動裝置， 調(diào)節(jié)切割頭高度，實現(xiàn)切割頭的保護功能。對上述控制系統(tǒng)進一步的提高是該控制系統(tǒng)還包括與工業(yè)計算機(IPC)相連接的 觸摸屏7，觸摸屏式人機交互界面可使參數(shù)的輸入更加人性化，更方便快捷，與工業(yè)計算機 (IPC) 一起實現(xiàn)切割參數(shù)的輸入和設(shè)置。工業(yè)計算機上運行帶有弧壓調(diào)高參數(shù)設(shè)置的數(shù)控 軟件，參數(shù)設(shè)置主要是設(shè)置切割過程中的切割電流和切割材料等隨切割板材不同而異的參數(shù)。對上述控制系統(tǒng)的進一步改進是工業(yè)計算機(IPC)是通過RS232接口與可編程邏 輯控制器(PLC)連接的。上述伺服驅(qū)動裝置3包括伺服驅(qū)動器8和伺服電機9。伺服電機9可為帶位置控 制的伺服電機。上述工業(yè)計算機(IPC)可為普通帶串口功能的工業(yè)計算機。上述可編程邏輯控制器(PLC)可為艾默生EC20系列的PLC?；陔娀‰妷赫{(diào)整切割頭高度的控制方法通過以下步驟實現(xiàn) 第一，通過觸摸屏在工業(yè)計算機上進行參數(shù)設(shè)置；
第二，設(shè)置參數(shù)由工業(yè)計算機傳遞至PLC中；
第三，切割過程中切割頭和板材間的電壓信號經(jīng)過隔離變換器的隔離變換后，傳遞至 PLC的模擬輸入模塊的CHl端口 ；
第四，PLC根據(jù)模擬輸入模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換的信號，結(jié)合上述第一步中設(shè)置的參數(shù)，通過數(shù) 字輸入輸出模塊驅(qū)動伺服驅(qū)動器和伺服電機的運動，當(dāng)電壓上升時，驅(qū)動電機帶動切割頭 下降，電壓下降時，驅(qū)動電機帶動切割頭上升。上述第二步中設(shè)置參數(shù)可由工業(yè)計算機通過RS232經(jīng)Modbus總線傳遞至PLC中。上述第三步中切割過程中切割頭和板材間的電壓信號可經(jīng)過100:1的隔離變換 器的隔離變換后，傳遞至PLC的模擬輸入模塊的CHl端口?？商砑优cPLC連接的接近定位傳感器，其在切割定位過程中將信號傳遞至PLC，對 切割頭起到保護作用。上述接近定位傳感器為3個互成120度角的接近傳感器組成。PLC中設(shè)有驅(qū)動電路，是由PLC的高速脈沖輸出口驅(qū)動伺服電機，實現(xiàn)割槍的升降。自動調(diào)節(jié)前先檢測弧壓值，和設(shè)定的弧壓值進行比較，確定是否需要調(diào)節(jié)；如確需要調(diào) 節(jié)，則由PLC高速脈沖輸出口輸出脈沖，驅(qū)動伺服電機運動，進而調(diào)節(jié)割槍的高度，實現(xiàn)弧 壓的自動控制。本實施方式的參數(shù)設(shè)置部分是通過工業(yè)計算機和觸摸屏共同完成，工業(yè)計算機上 運行帶弧壓調(diào)高參數(shù)設(shè)置選項的等離子切割機數(shù)控軟件，為整個切割系統(tǒng)聯(lián)機開發(fā)的一部 分。設(shè)置內(nèi)容主要是切割過程中隨切割材料不同和切割電流不同進行的參數(shù)設(shè)置。設(shè)置的 參數(shù)實時顯示在數(shù)控系統(tǒng)的主界面上，具有直接客觀性。PLC包括模擬輸入(AD)模塊和數(shù)字輸入輸出模塊，模擬輸入模塊用于對經(jīng)過 100:1隔離變換的電源電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將電壓值變換為PLC能處理的數(shù)字量。數(shù)字輸入 輸出模塊包括普通輸入輸出部分和高速輸入輸出部分，普通的輸入輸出部分用于接定位接 近信號，高速輸出接口用于驅(qū)動伺服電機。捕獲割槍定位及碰撞信號的傳感器為3個互成120度角的接近傳感器組成，如果 在定位時或切割過程中割槍碰撞到板材以及其他物體，割槍就會被頂撞脫離定位槽，接近 傳感器就會有信號傳遞至PLC，進而產(chǎn)生相關(guān)動作。如圖3所示，切割過程中切割頭和板材間的電壓信號經(jīng)過100:1的隔離變換器隔 離變換后，傳遞至PLC的模擬輸入模塊的CHl端口，PLC根據(jù)AD模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換的信號，結(jié)合 上層IPC設(shè)置的參數(shù)，驅(qū)動伺服驅(qū)動器和伺服電機的運動。當(dāng)電壓上升時，驅(qū)動電機帶動切 割頭下降；電壓下降時，驅(qū)動電機帶動切割頭上升。電機驅(qū)動部分為PLC驅(qū)動伺服電機。本系統(tǒng)中使用的艾默生EC20系列晶體管輸 出PLC有兩個高速脈沖輸出口，其中一個作為方向控制，一個作為速度控制，則可根據(jù)PLC 運算處理量驅(qū)動伺服電機運動，通過機械平臺進而控制割炬的高度。圖2為本發(fā)明的PLC接線圖。本發(fā)明性能穩(wěn)定，具有自動初始定位，弧壓檢測比較，伺服電機驅(qū)動，防撞，弧壓智 能調(diào)節(jié)等優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)，包括工業(yè)計算機(1)、可編程邏輯控制器(2)、伺服驅(qū) 動裝置(3)、隔離變換器(4)和等離子電源(5)，其中，可編程邏輯控制器(2)分別與工業(yè)計 算機(1)、伺服驅(qū)動裝置(3)和隔離變換器(4)相連接，等離子電源(5)與隔離變換器(4)電 連接，工業(yè)計算機(1)輸出切割參數(shù)信號到可編程邏輯控制器(2)，隔離變換器(4)輸出采 集到的電壓變換信號到可編程邏輯控制器(2)，可編程邏輯控制器(2)則根據(jù)所采集的信 息發(fā)出指令給伺服驅(qū)動裝置(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)，其特征在于所述可編程邏輯控制 器(2 )還連接有接近定位傳感器(6 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)，其特征在于所述接近定位傳感器 (6)為3個互成120度角的接近傳感器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)，其特征在于所述工業(yè)計算機(1)上 設(shè)有觸摸屏(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)，其特征在于所述工業(yè)計算機(1)通 過RS232接口與可編程邏輯控制器(1)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)，其特征在于所述伺服驅(qū)動裝置(3) 包括伺服驅(qū)動器(8)和伺服電機(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)，其特征在于所述伺服電機(9)為帶 位置控制的伺服電機。
8.一種機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟第一，通過觸摸屏(7)在工業(yè)計算機(1)上進行參數(shù)設(shè)置；第二，設(shè)置參數(shù)由工業(yè)計算機(1)傳遞至可編程邏輯控制器(2)中；第三，切割過程中切割頭和板材間的電壓信號經(jīng)過隔離變換器(4)的隔離變換后，傳遞 至可編程邏輯控制器(2)的模擬輸入模塊的CHl端口 ；第四，可編程邏輯控制器(2 )根據(jù)模擬輸入模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換的信號，結(jié)合上述第一步中設(shè) 置的參數(shù)，通過數(shù)字輸入輸出模塊驅(qū)動伺服驅(qū)動器(8)和伺服電機(9)的運動，當(dāng)電壓上升 時，驅(qū)動電機帶動切割頭下降，電壓下降時，驅(qū)動電機帶動切割頭上升。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于第三步中 切割過程中切割頭和板材間的電壓信號是經(jīng)過100:1的隔離變換器的隔離變換后，傳遞至 可編程邏輯控制器(2)的模擬輸入模塊的CHl端口的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機用弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)及其控制方法，所述控制系統(tǒng)包括工業(yè)計算機、可編程邏輯控制器、伺服驅(qū)動裝置、隔離變換器和等離子電源，可編程邏輯控制器作為控制系統(tǒng)的核心分別與工業(yè)計算機、伺服驅(qū)動裝置和隔離變換器相連接，等離子電源與隔離變換器電連接；還包括接近定位傳感器，其直接與可編程邏輯控制器連接，工業(yè)計算機輸出切割參數(shù)信號到可編程邏輯控制器，隔離變換器輸出采集到的電壓變換信號到可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器則根據(jù)所采集的信息發(fā)出指令給伺服驅(qū)動裝置。本發(fā)明性能穩(wěn)定，具有自動初始定位，防撞，弧壓智能調(diào)節(jié)等優(yōu)點。
文檔編號B23K9/095GK102069271SQ20101059521
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者張志剛, 張文武, 程偉, 程良倫, 蘇新凌, 薛航 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)