一種靜電粉末噴涂控制器及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及靜電粉末噴涂領(lǐng)域，特別涉及一種靜電粉末噴涂控制器及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 靜電粉末噴涂是利用靜電場對帶電微粒的作用力使帶電涂料粉末牢牢吸附在被 加工的工件表面，粉末層經(jīng)過高溫烘烤、熔化、流平和低溫固化后，在工件表面形成結(jié)實的 涂層。靜電粉末噴涂控制器是完成靜電粉末噴涂的關(guān)鍵設(shè)備，現(xiàn)有的控制器往往只對靜電 電壓和靜電電流實現(xiàn)了自動控制，未對流速氣壓和霧化氣壓實施自動控制，許多國外控制 器也只有霧化氣壓和流速氣壓的手動調(diào)節(jié)功能，使得在靜電噴涂過程中對氣源的氣壓穩(wěn)定 性要求很高；現(xiàn)有的控制器所支持的控制模式往往也只有靜電電壓模式和靜電電流模式， 很難滿足高質(zhì)量噴涂要求；此外，在控制模式的實時運行時，采用的控制策略主要為PI控 制策略，缺少適合復(fù)雜工件曲面的先進控制策略。本發(fā)明實現(xiàn)靜電電壓、靜電電流、流速氣 壓和霧化氣壓四個變量的自動控制、提供多種控制模式，并把學(xué)習(xí)控制策略引入靜電噴涂 控制中，實現(xiàn)對復(fù)雜工件曲面的高質(zhì)量噴涂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種靜電粉末噴涂控制器。
[0004] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種靜電粉末噴涂控制方法，能實現(xiàn)多種工作模式、 電氣參數(shù)和氣壓參數(shù)自動控制并在PI控制基礎(chǔ)上增加學(xué)習(xí)控制策略。
[0005] 本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] -種靜電粉末噴涂控制器，包括主控MCU電路，以及分別與主控MCU電路相連的人 機界面電路、觸發(fā)信號處理電路、噴槍接口信號處理電路和氣壓信號處理電路，還包括為上 述電路供電的開關(guān)電源。
[0007] 所述人機界面電路包括三端LD0穩(wěn)壓器SPX1117、LED、數(shù)碼管LED驅(qū)動器、按鍵輸 入掃描電路；其中三端LD0穩(wěn)壓器SPX1117將+5V降為+3. 3V作為人機界面電路的MCU工 作電源；數(shù)碼管LED驅(qū)動器、按鍵輸入掃描電路采用2片BC7277, BC7277通過SPI接口與人 機界面的MCU通信；人機界面的MCU采用USART1接口和RS422驅(qū)動器SP3490與主控MCU 電路通信，采用USART3接口和RS485驅(qū)動器SP485與外部RS485總線連接，實現(xiàn)多臺靜電 粉末噴涂控制器組網(wǎng)。
[0008] 所述主控MCU電路的MCU采用STM32F205VC。
[0009] 所述人機界面電路的MCU采用STM32F100C8。
[0010] 所述主控MCU電路與人機界面電路通過RS422接口（經(jīng)過SP3490驅(qū)動芯片）通 ?目。
[0011] 本發(fā)明的另一目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0012] -種靜電粉末噴涂控制方法，包括以下步驟：
[0013] 主控MCU電路通過I/O接口與觸發(fā)信號處理電路連接，接收外部觸發(fā)信號，結(jié)合 靜電控制器的工作狀態(tài)輸出觸發(fā)容許信號；通過噴槍接口信號處理電路獲得輸出的電壓、 電流和電氣輸出狀態(tài)反饋信號，結(jié)合靜電控制器的工作模式和工作狀態(tài)輸出控制電壓，調(diào) 節(jié)輸出的靜電電壓或者靜電電流；通過氣壓信號處理電路獲得流速氣壓和霧化氣壓反饋信 號，結(jié)合靜電控制器的工作模式和工作狀態(tài)輸出步進電機控制信號，調(diào)節(jié)流速氣壓和霧化 氣壓輸出值；
[0014] 觸發(fā)信號處理電路接收外部觸發(fā)信號并轉(zhuǎn)換其邏輯電平后變?yōu)橹骺豈CU電路的 觸發(fā)輸入信號；根據(jù)外部觸發(fā)信號和觸發(fā)容許信號的邏輯與結(jié)果決定輸出氣路開關(guān)信號和 電路開關(guān)信號的邏輯高和低，實現(xiàn)氣路和電路輸出的開和關(guān)；
[0015] 氣壓信號處理電路根據(jù)氣壓開關(guān)信號和步進電機的調(diào)節(jié)位置把空氣輸入壓力變 為所需的流速氣壓和霧化氣壓壓力，同時把輸出壓力測量值輸出給主控MCU電路，在主控 MCU電路內(nèi)部實現(xiàn)氣壓的數(shù)字控制，噴槍接口信號處理電路外接噴槍，把開關(guān)電源提供的 24V電壓變?yōu)橥饨訃姌屗璧目刂齐妷?，接收噴槍的電流反饋輸入值，同時把輸出電壓、電 流和狀態(tài)（正常、過載和短路）傳輸給主控MCU電路，與主控MCU電路一起實現(xiàn)靜電噴涂控 制器的各種控制模式。
[0016] 所述靜電粉末噴涂控制方法的控制模式為靜電工作模式，靜電工作模式包括常規(guī) 的恒電壓模式和恒電流模式，還包括恒功率模式和恒電流密度模式；其中恒功率模式為靜 電輸出電壓和電流的乘積不變，恒電流密度模式是在恒電流模式基礎(chǔ)上，根據(jù)輸出氣壓的 變化對輸出電流進行微調(diào)，使得輸出的電荷數(shù)與輸出的粉末量近似成正比，實現(xiàn)等電流密 度。
[0017] 所述靜電粉末噴涂控制方法，針對自動靜電噴涂過程為一重復(fù)工件噴涂過程，弓丨 入迭代學(xué)習(xí)控制思想，在每次靜電控制電壓輸出時，根據(jù)前次控制誤差用于修正本次的控 制電壓輸出。提高具有復(fù)雜曲面工件靜電粉末噴涂控制精度。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0019] (1)除電壓和電流輸出自動控制外，還具有流速氣壓和霧化氣壓自動控制，降低對 輸入氣源氣壓穩(wěn)定度要求。
[0020] (2)具有RS485通信外接接口，靜電噴涂控制器既可以與靜電噴槍組成單臺手動 粉末噴涂系統(tǒng)，也可以通過RS485組網(wǎng)成具有多噴槍的大型自動化噴涂系統(tǒng)。
[0021] (3)具有恒電壓模式、恒電流模式、恒功率模式和恒電流密度模式共四種靜電噴涂 工作模式，適應(yīng)更高噴涂工藝要求。
[0022] (4)引入了迭代學(xué)習(xí)控制機制，比普通的PI控制算法具有更高的控制精度，提高 了噴涂質(zhì)量。
【附圖說明】
[0023] 圖1為靜電噴涂控制器結(jié)構(gòu)框圖。
[0024] 圖2為靜電噴涂控制器人機界面。
[0025] 圖3為靜電噴涂控制器氣壓控制原理圖。
[0026] 圖4為恒電壓模式控制回路。
[0027] 圖5為恒電流模式控制回路。
[0028] 圖6為恒功率模式控制回路
[0029] 圖7為恒密度模式原理圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
[0031] 參考圖1，靜電粉末噴涂控制器由開關(guān)電源、人機界面電路、主控MCU電路、觸發(fā)信 號處理電路，氣壓信號處理電路和噴槍接口信號處理電路組成。
[0032] 開關(guān)電源采用明煒開關(guān)電源NED-100D，把交流220VAC變?yōu)橹绷?4V和5V，其中 24V給噴槍接口信號處理電路的電氣輸出電路和氣壓信號處理電路的開關(guān)電磁閥和步進電 機供電，其它電路采用5V供電。本靜電粉末噴涂控制器采用雙MCU結(jié)構(gòu)，除了主控MCU電 路含有MCU外，人機界面電路也含有MCU，主控MCU選用STM32F205VC，人機界面MCU選用 STM32F100C8,兩者通過RS422接口（經(jīng)過SP3490驅(qū)動芯片）通信。主控MCU電路通過1/ 〇接口與觸發(fā)信號處理電路連接，接收外部觸發(fā)信號，結(jié)合靜電控制器的工作狀態(tài)（停止或 者運行）輸出觸發(fā)容許信號；通過噴槍接口信號處理電路獲得輸出的電壓、電流和電氣輸 出狀態(tài)反饋信號，結(jié)合靜電控制器的工作模式和工作狀態(tài)輸出控制電壓，調(diào)節(jié)輸出的靜電 電壓或者靜電電流；通過氣壓信號處理電路獲得流速氣壓和霧化氣壓反饋信號，結(jié)合靜電 控制器的工作模式和工作狀態(tài)輸出步進電機控制信號，調(diào)節(jié)流速氣壓和霧化氣壓輸出值。 觸發(fā)信號處理電路接收外部觸發(fā)信號并轉(zhuǎn)換其邏輯電平后變?yōu)橹骺豈CU電路的觸發(fā)輸入 信號；根據(jù)外部觸發(fā)信號和觸發(fā)容許信號的邏輯與結(jié)果決定輸出氣路開關(guān)信號和電路開關(guān) 信號的邏輯高和低，實現(xiàn)氣路和電路輸出的開和關(guān)。氣壓信號處理電路根據(jù)氣壓開關(guān)信號 和步進電機的調(diào)節(jié)位置把一定空氣輸入壓力變?yōu)樗璧牧魉贇鈮汉挽F化氣壓壓力，同時把 輸出壓力測量值輸出給主控MCU電路，在主控MCU電路內(nèi)部實現(xiàn)氣壓的數(shù)字控制。噴涂接 口信號處理電路外接噴槍，把開關(guān)電源提供的24V電壓變?yōu)橥饨訃姌屗璧目刂齐妷?，?收噴槍的電流反饋輸入值，同時把輸出電壓、電流和狀態(tài)（正常、過載和短路）傳輸給主控 MCU電路，與主控MCU電路一起實現(xiàn)靜電噴涂控制器的各種控制模式。
[0033] 人機界面電路采用三端LD0穩(wěn)壓器SPX1117將+5V降為+3. 3V作為MCU的工作電 源。LED和數(shù)碼管LED驅(qū)動器和按鍵輸入掃描電路采用2片BC7277，BC7277通過SPI接口 與MCU通信。人機界面MCU采用USART1接口和RS422驅(qū)動器SP3490與主MCU通信；采用 USART3接口和RS485驅(qū)動器SP485與外部RS485總線連接，實現(xiàn)多臺靜電粉末噴涂控制器 組網(wǎng)。參考圖2,人機界面由4個LED指示燈、1個1位數(shù)碼管、1個2位數(shù)碼管、4個3位數(shù) 碼管和12個按鍵組成。4個LED指示燈分別顯示"預(yù)設(shè)"、"運行"、"觸發(fā)"和"通信"工作狀 態(tài)，其中"預(yù)設(shè)"LED燈亮是指人機界面正處在人工配置工作參數(shù)狀態(tài)；"運行"LED燈亮是指 靜電粉末噴涂控制器正在運行，否則停止等待；"觸發(fā)" LED燈亮是指噴涂控制器接受外界 觸發(fā)信號并正在輸出觸發(fā)輸出電氣和氣壓信號；"通信"LED等量是指噴涂控制正在與外部 RS485總線通信。1位數(shù)碼管指示噴涂控制器的靜電工作模式，可為恒電壓模式、恒電流模 式、恒功率模式和恒電流密度模式。2位數(shù)碼管顯示第幾組工作參數(shù)，噴涂控制器可以存儲 從00~99共100組工作參數(shù)，其中00~09組參數(shù)為固化在噴涂控制器內(nèi)部，不能修改， 只可調(diào)出使用，可以適合目前大多數(shù)常用噴涂過程工藝參數(shù)，方便用戶直接調(diào)出使用，不需 要對每個參數(shù)逐個配置，其它參數(shù)組由用戶自行配置。4個3位數(shù)碼管分別實現(xiàn)靜電電壓、 靜電電流、流速氣壓和霧化氣壓數(shù)值。12個按鍵分別有"參數(shù)組"、"電壓"、"電流"、"靜電模 式"和"流速氣壓"共6個選擇配置類型按鍵，"啟動"和"停止" 2個噴涂控制器開始工作 和停止工