一种静电粉末喷涂控制器及控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及静电粉末喷涂领域，特别涉及一种静电粉末喷涂控制器及控制方法。
【背景技术】
[0002] 静电粉末喷涂是利用静电场对带电微粒的作用力使带电涂料粉末牢牢吸附在被 加工的工件表面，粉末层经过高温烘烤、熔化、流平和低温固化后，在工件表面形成结实的 涂层。静电粉末喷涂控制器是完成静电粉末喷涂的关键设备，现有的控制器往往只对静电 电压和静电电流实现了自动控制，未对流速气压和雾化气压实施自动控制，许多国外控制 器也只有雾化气压和流速气压的手动调节功能，使得在静电喷涂过程中对气源的气压稳定 性要求很高；现有的控制器所支持的控制模式往往也只有静电电压模式和静电电流模式， 很难满足高质量喷涂要求；此外，在控制模式的实时运行时，采用的控制策略主要为PI控 制策略，缺少适合复杂工件曲面的先进控制策略。本发明实现静电电压、静电电流、流速气 压和雾化气压四个变量的自动控制、提供多种控制模式，并把学习控制策略引入静电喷涂 控制中，实现对复杂工件曲面的高质量喷涂。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种静电粉末喷涂控制器。
[0004] 本发明的另一目的在于提供一种静电粉末喷涂控制方法，能实现多种工作模式、 电气参数和气压参数自动控制并在PI控制基础上增加学习控制策略。
[0005] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：
[0006] -种静电粉末喷涂控制器，包括主控MCU电路，以及分别与主控MCU电路相连的人 机界面电路、触发信号处理电路、喷枪接口信号处理电路和气压信号处理电路，还包括为上 述电路供电的开关电源。
[0007] 所述人机界面电路包括三端LD0稳压器SPX1117、LED、数码管LED驱动器、按键输 入扫描电路；其中三端LD0稳压器SPX1117将+5V降为+3. 3V作为人机界面电路的MCU工 作电源；数码管LED驱动器、按键输入扫描电路采用2片BC7277, BC7277通过SPI接口与人 机界面的MCU通信；人机界面的MCU采用USART1接口和RS422驱动器SP3490与主控MCU 电路通信，采用USART3接口和RS485驱动器SP485与外部RS485总线连接，实现多台静电 粉末喷涂控制器组网。
[0008] 所述主控MCU电路的MCU采用STM32F205VC。
[0009] 所述人机界面电路的MCU采用STM32F100C8。
[0010] 所述主控MCU电路与人机界面电路通过RS422接口（经过SP3490驱动芯片）通 ?目。
[0011] 本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：
[0012] -种静电粉末喷涂控制方法，包括以下步骤：
[0013] 主控MCU电路通过I/O接口与触发信号处理电路连接，接收外部触发信号，结合 静电控制器的工作状态输出触发容许信号；通过喷枪接口信号处理电路获得输出的电压、 电流和电气输出状态反馈信号，结合静电控制器的工作模式和工作状态输出控制电压，调 节输出的静电电压或者静电电流；通过气压信号处理电路获得流速气压和雾化气压反馈信 号，结合静电控制器的工作模式和工作状态输出步进电机控制信号，调节流速气压和雾化 气压输出值；
[0014] 触发信号处理电路接收外部触发信号并转换其逻辑电平后变为主控MCU电路的 触发输入信号；根据外部触发信号和触发容许信号的逻辑与结果决定输出气路开关信号和 电路开关信号的逻辑高和低，实现气路和电路输出的开和关；
[0015] 气压信号处理电路根据气压开关信号和步进电机的调节位置把空气输入压力变 为所需的流速气压和雾化气压压力，同时把输出压力测量值输出给主控MCU电路，在主控 MCU电路内部实现气压的数字控制，喷枪接口信号处理电路外接喷枪，把开关电源提供的 24V电压变为外接喷枪所需的控制电压，接收喷枪的电流反馈输入值，同时把输出电压、电 流和状态（正常、过载和短路）传输给主控MCU电路，与主控MCU电路一起实现静电喷涂控 制器的各种控制模式。
[0016] 所述静电粉末喷涂控制方法的控制模式为静电工作模式，静电工作模式包括常规 的恒电压模式和恒电流模式，还包括恒功率模式和恒电流密度模式；其中恒功率模式为静 电输出电压和电流的乘积不变，恒电流密度模式是在恒电流模式基础上，根据输出气压的 变化对输出电流进行微调，使得输出的电荷数与输出的粉末量近似成正比，实现等电流密 度。
[0017] 所述静电粉末喷涂控制方法，针对自动静电喷涂过程为一重复工件喷涂过程，弓丨 入迭代学习控制思想，在每次静电控制电压输出时，根据前次控制误差用于修正本次的控 制电压输出。提高具有复杂曲面工件静电粉末喷涂控制精度。
[0018] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0019] (1)除电压和电流输出自动控制外，还具有流速气压和雾化气压自动控制，降低对 输入气源气压稳定度要求。
[0020] (2)具有RS485通信外接接口，静电喷涂控制器既可以与静电喷枪组成单台手动 粉末喷涂系统，也可以通过RS485组网成具有多喷枪的大型自动化喷涂系统。
[0021] (3)具有恒电压模式、恒电流模式、恒功率模式和恒电流密度模式共四种静电喷涂 工作模式，适应更高喷涂工艺要求。
[0022] (4)引入了迭代学习控制机制，比普通的PI控制算法具有更高的控制精度，提高 了喷涂质量。
【附图说明】
[0023] 图1为静电喷涂控制器结构框图。
[0024] 图2为静电喷涂控制器人机界面。
[0025] 图3为静电喷涂控制器气压控制原理图。
[0026] 图4为恒电压模式控制回路。
[0027] 图5为恒电流模式控制回路。
[0028] 图6为恒功率模式控制回路
[0029] 图7为恒密度模式原理图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0031] 参考图1，静电粉末喷涂控制器由开关电源、人机界面电路、主控MCU电路、触发信 号处理电路，气压信号处理电路和喷枪接口信号处理电路组成。
[0032] 开关电源采用明炜开关电源NED-100D，把交流220VAC变为直流24V和5V，其中 24V给喷枪接口信号处理电路的电气输出电路和气压信号处理电路的开关电磁阀和步进电 机供电，其它电路采用5V供电。本静电粉末喷涂控制器采用双MCU结构，除了主控MCU电 路含有MCU外，人机界面电路也含有MCU，主控MCU选用STM32F205VC，人机界面MCU选用 STM32F100C8,两者通过RS422接口（经过SP3490驱动芯片）通信。主控MCU电路通过1/ 〇接口与触发信号处理电路连接，接收外部触发信号，结合静电控制器的工作状态（停止或 者运行）输出触发容许信号；通过喷枪接口信号处理电路获得输出的电压、电流和电气输 出状态反馈信号，结合静电控制器的工作模式和工作状态输出控制电压，调节输出的静电 电压或者静电电流；通过气压信号处理电路获得流速气压和雾化气压反馈信号，结合静电 控制器的工作模式和工作状态输出步进电机控制信号，调节流速气压和雾化气压输出值。 触发信号处理电路接收外部触发信号并转换其逻辑电平后变为主控MCU电路的触发输入 信号；根据外部触发信号和触发容许信号的逻辑与结果决定输出气路开关信号和电路开关 信号的逻辑高和低，实现气路和电路输出的开和关。气压信号处理电路根据气压开关信号 和步进电机的调节位置把一定空气输入压力变为所需的流速气压和雾化气压压力，同时把 输出压力测量值输出给主控MCU电路，在主控MCU电路内部实现气压的数字控制。喷涂接 口信号处理电路外接喷枪，把开关电源提供的24V电压变为外接喷枪所需的控制电压，接 收喷枪的电流反馈输入值，同时把输出电压、电流和状态（正常、过载和短路）传输给主控 MCU电路，与主控MCU电路一起实现静电喷涂控制器的各种控制模式。
[0033] 人机界面电路采用三端LD0稳压器SPX1117将+5V降为+3. 3V作为MCU的工作电 源。LED和数码管LED驱动器和按键输入扫描电路采用2片BC7277，BC7277通过SPI接口 与MCU通信。人机界面MCU采用USART1接口和RS422驱动器SP3490与主MCU通信；采用 USART3接口和RS485驱动器SP485与外部RS485总线连接，实现多台静电粉末喷涂控制器 组网。参考图2,人机界面由4个LED指示灯、1个1位数码管、1个2位数码管、4个3位数 码管和12个按键组成。4个LED指示灯分别显示"预设"、"运行"、"触发"和"通信"工作状 态，其中"预设"LED灯亮是指人机界面正处在人工配置工作参数状态；"运行"LED灯亮是指 静电粉末喷涂控制器正在运行，否则停止等待；"触发" LED灯亮是指喷涂控制器接受外界 触发信号并正在输出触发输出电气和气压信号；"通信"LED等量是指喷涂控制正在与外部 RS485总线通信。1位数码管指示喷涂控制器的静电工作模式，可为恒电压模式、恒电流模 式、恒功率模式和恒电流密度模式。2位数码管显示第几组工作参数，喷涂控制器可以存储 从00~99共100组工作参数，其中00~09组参数为固化在喷涂控制器内部，不能修改， 只可调出使用，可以适合目前大多数常用喷涂过程工艺参数，方便用户直接调出使用，不需 要对每个参数逐个配置，其它参数组由用户自行配置。4个3位数码管分别实现静电电压、 静电电流、流速气压和雾化气压数值。12个按键分别有"参数组"、"电压"、"电流"、"静电模 式"和"流速气压"共6个选择配置类型按键，"启动"和"停止" 2个喷涂控制器开始工作 和停止工