射频板条CO₂激光器PLC控制系统的制作方法

专利名称：射频板条CO₂激光器PLC控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种射频板条CO2激光器，具体地说是一种射频板条C02激光器PLC控制系统，属于激光器技术领域。
背景技术：
激光加工在工业加工中占有重要地位，利用激光进行材料表面热处理、金属焊接、金属或非金属切割将是当今和今后先进加工的趋势。高功率射频板条C02激光器具有结构紧凑，光束质量高，光学损耗低，热稳定性高，气体消耗低等优点，在激光切割、激光焊接等激光加工领域得到广泛的应用。为保证高功率射频板条激光器各个模块安全有序的工作和工业生产的顺利进行，为激光器设计一个套安全可靠的控制系统是非常重要的。高功率射频板条C02激光器控制系统设计的关键是系统的抗干扰能力、可靠性和人机互动性。高功率射频板条C02激光器采用的电源为射频电源，激光器所用的所有电路单元都工作在射频干扰环境下，只有具有良好的抗干扰设计才能正常工作。控制系统的可靠性可保证高功率射频板条C02激光器各子模块正常有序工作，进而保证整个激光系统的正常工作。人机互动性可以使操作人员及时的了解高功率射频板条C02激光器的实时工作状态及各种故障报警，同时使操作更加的简便。目前高功率射频板条C02激光器采用的控制系统多为单片机、DSP等可编程控制器件。单片机、DSP等可编程控制器控制系统具有数字模拟控制电路多，具有抗干扰能力差，故障率高，对环境依赖性强；受芯片布局结构限制，不易扩展，无人机操作界面，操作不便等缺点。此类控制系统的缺陷严重影响了高功率射频板条C02激光器工作的稳定性，激光加工系统作业的安全性，操作的简便性。`

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不但稳定性高、故障率低、抗干扰能力强，而且能触摸屏控制进行人机对话的射频板条CO2激光器PLC控制系统。为了解决上述技术问题，本发明的射频板条CO2激光器PLC控制系统，包括由操作台和内部控制电路组成的控制箱以及与控制箱连接的激光器，控制箱的内部控制电路包括PLC可编程控制器以及与PLC可编程控制器连接的数字扩展模块和模拟扩展模块，还包括与PLC可编程控制器及其数字扩展模块和模拟扩展模块连接的水冷却系统控制电路模块、紧急断电控制电路模块、高压控制电路模块、放电电流检测电路模块、工作气体控制电路模块、功率给定电路模块、报警保护电路模块；
所述水冷却系统控制电路模块中设置的水压控制电路和至少一个流量控制电路同时连接到PLC可编程控制器的I/O端口上，紧急断电控制电路模块直接连接到PLC可编程控制器的I/O端口上；所述高压控制电路模块中设置的高压开关连接到数字扩展模块的I/O端口上，高压控制电路模块中设置的高压电压检测电路连接到模拟扩展模块的I/o端口上；所述放电电流检测电路模块连接到模拟扩展模块的I/o端口上；所述工作气体控制电路模块中设置的充气开关、真空泵驱动电路分别连接在数字扩展模块的I/o端口上，工作气体控制电路模块中设置的硅桥气压检测电路连接在模拟扩展模块的I/O端口上；所述功率给定电路模块连接在模拟模块的I/o端口上。所述PLC可编程控制器还连接有报警保护电路模块；所述报警保护电路模块中设置的报警灯驱动电路、蜂鸣器驱动电路同时连接到PLC可编程控制器的I/O端口上。所述PLC可编程控制器还连接有与触摸屏进行连接的触摸屏接口模块。所述操作台上设置有触摸屏、急停按钮、电源开按钮、电源关按钮、高压开按钮、高关按钮。采用上述的结构后，由于设置的由操作台和内部控制电路组成的控制箱以及与控制箱连接的激光器，控制箱的内部控制电路包括PLC可编程控制器以及与PLC可编程控制器连接的数字扩展模块和模拟扩展模块，由此设置通过PLC可编程控制器连接各种控制模块可使本控制系统稳定性高、故障率低、操作简单，抗干扰能力强且能触摸屏控制进行人机对话，适合工业加工对高功率射频板条CO2激光器的控制要求。


图1为本发明中控制箱和激光器的连接结构示意 图2为本发明中控制箱操作台的结构示意 图3为本发明中系统连接示意 图4为本发明中控制电路方框原理图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
，对本发明的射频板条CO2激光器PLC控制系统作进一步详细说明。现以2500W射频板条CO2激光器PLC控制系统为例来说明本发明的实施。如图所示，本发明的射频板条CO2激光器PLC控制系统，包括由操作台和内部控制电路组成的控制箱I以及与控制箱I连接的激光器2，激光器为高功率射频板条CO2激光器，作为控制系统控制的控制对象，控制箱I的内部控制电路包括PLC可编程控制器以及与PLC可编程控制器连接的数字扩展模块和模拟扩展模块，如图所示的数字模块EM223，模拟模块EM231、模拟模块EM235，还包括与PLC可编程控制器及其数字扩展模块和模拟扩展模块连接的水冷却系统控制电路模块、紧急断电控制电路模块、高压控制电路模块、放电电流检测电路模块、工作气体控制电路模块、功率给定电路模块、报警保护电路模块；
水冷却系统控制电路模块中设置的水压控制电路和至少一个流量控制电路同时连接到PLC可编程控制器的I/O端口上，紧急断电控制电路模块直接连接到PLC可编程控制器的I/O端口上，紧急断电控制电路，负责紧急情况人工断电；
高压控制电路模块中设置的高压开关连接到数字扩展模块的I/O端口上，高压控制电路模块中设置的高压电压检测电路连接到模拟扩展模块的I/O端口上；
放电电流检测电路模块连接到模拟扩展模块的I/O端口上，放电电流检测电路负责检测气体放电电流；
工作气体控制电路模块中设置的充气开关、真空泵驱动电路分别连接在数字扩展模块的I/O端口上，工作气体控制电路模块中设置的硅桥气压检测电路连接在模拟扩展模块的I/O端口上，数字模块EM223负责高压开关、充气开关、抽气开关与PLC控制信号之间的电路匹配，控制高压电磁阀、真空泵，模拟模块EM231负责硅桥气压检测电路和PLC控制信号之间的电路匹配，功率给定电路模块连接在模拟模块的I/O端口上，功率给定电路负责控制激光器对外输出功率，EM235负责高压检测电路、放电电流检测电路和功率给定电路与PLC之间的电路匹配。PLC可编程控制器上还连接有负责光闸的打开和关闭的光路控制电路包括光闸控制电路(图中未示出)。本发明的PLC可编程控制器还连接有报警保护电路模块；报警保护电路模块中设置的报警灯驱动电路、蜂鸣器驱动电路同时连接到PLC可编程控制器的I/O端口上，报警保护电路包括水冷报警电路、过压保护电路和过流保护电路，负责水冷为开报警和整个系统电路保护。本发明的PLC可编程控制器还连接有触摸屏接口模块，触摸屏与PLC控制器通过RS422通讯口连接，其显示内容包括充气按钮、抽气按钮、光闸按钮、功率给定按钮、激光功率、气压、报警信息，负责人机交互，实时显示和报警提示，PLC可编程控制器负责接收来自触摸屏的操作指令并向相应模块发出工作指令，实现相应控制功能，本施例所用PLC可编程控制器为中由西门子公司生产的Siemens CPU224，本施例中PLC采用的通讯接口为RS422通讯接口，触摸屏上的操作信息通过RS422通信接口传递给CPU422，CPU422根据接收到的控制信号，进行相应的控制操作，CPU422将采集到的机器的工作状态信号通过RS422通讯口传送给触摸屏进行显示，显示激光器的功率信息、工作电压、腔内气压、光闸状态；操作台上设置有触摸屏3、急停按钮4、电源开按钮5、电源关按钮6、高压开按钮7、高关按钮8。当CPU224接收到检测电路发送的故障信号时，可将相应的故障以文字提示形式显示在显示屏上，同时报警灯和蜂鸣器发出报警信号；CPU224 I/O端口与气压检测电路、水流量检测电路、急停开关、蜂鸣器、报警灯、数字模块EM223、模拟模块EM231、EM235连接；EM223连接高压开关、抽气开关、充气开关、高压电磁阀、真空泵；EM231连接硅桥气压检测电路；EM235连接高压电压电路、放电电流检测电路、功率给定电路。通过本发明上述结构的设置，使本发明的控制系统基于PLC可编程控制器，所含控制步骤如下:
(O开机条件检测与控制:激光器电源开关打开后控制系统相应部位的检测电路检测水压、水流量、谐振腔腔内气压、电源模块、各安全保护开关。若激光器一切工作条件均正常则PLC控制系统授权进行下一步，若条件不正常则蜂鸣器报警同时显示屏提示相应故障，技术人员根据提示解决相应故障。(2)工作气体控制:通过操作触摸屏上“抽气开”按钮启动真空泵，对谐振腔进行抽真空操作，气压检测电路将气压的实时数值送至PLC并显示于显示屏上，当腔压系数达到规定系数时操作“抽气关”按钮关闭真空泵；操作触摸屏上“充气开”按钮对激光器谐振腔进行充气，至规定气压值。
(3)高压电路控制:操作高压开关给激光器接入高压，高压检测电路检测实时高压值并送至PLC并显示于显示屏上。同时，检测电路检测电路中是否有过流、过压的故障。当检测到过流或过压时自动切断高压接入电路。(4)光路控制:光路控制电路包括光闸控制电路，负责光闸的打开和关闭，开启触摸屏上“光闸开”按钮则激光器输出光路打开，高功率射频板条C02激光器对外输出可用于激光加工的高质量光束。开启触摸屏上“光闸关”按钮则激光器输出光路被阻断，激光器不对外输出激光。(5)激光器输出功率控制:改变触摸屏上的占空比参数则可以根据具体需要改变激光器输出激光的功率。(6)紧急情况控制:激光器工作过程中发生紧急情况时可按下急停按钮切断激光器电源。以上仅为本发明的优选实例。本发明不仅局限于上述具体实施方式
，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式
实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种射频板条CO2激光器PLC控制系统，包括由操作台和内部控制电路组成的控制箱(I)以及与控制箱(I)连接的激光器(2)，其特征在于:所述控制箱(I)的内部控制电路包括PLC可编程控制器以及与PLC可编程控制器连接的数字扩展模块和模拟扩展模块，还包括与PLC可编程控制器及其数字扩展模块和模拟扩展模块连接的水冷却系统控制电路模块、紧急断电控制电路模块、高压控制电路模块、放电电流检测电路模块、工作气体控制电路模块、功率给定电路模块、报警保护电路模块； 所述水冷却系统控制电路模块中设置的水压控制电路和至少一个流量控制电路同时连接到PLC可编程控制器的I/O端口上，紧急断电控制电路模块直接连接到PLC可编程控制器的I/O端口上；所述高压控制电路模块中设置的高压开关连接到数字扩展模块的I/O端口上，高压控制电路模块中设置的高压电压检测电路连接到模拟扩展模块的I/O端口上；所述放电电流检测电路模块连接到模拟扩展模块的I/O端口上；所述工作气体控制电路模块中设置的充气开关、真空泵驱动电路分别连接在数字扩展模块的I/O端口上，所述工作气体控制电路模块中设置的硅桥气压检测电路连接在模拟扩展模块的I/O端口上；所述功率给定电路模块连接在模拟模块的I/O端口上。
2.按照权利要求1所述的射频板条CO2激光器PLC控制系统，其特征在于:所述PLC可编程控制器还连接有报警保护电路模块；所述报警保护电路模块中设置的报警灯驱动电路、蜂鸣器驱动电路同时连接到PLC可编程控制器的I/O端口上。
3.按照权利要求1所述的射频板条CO2激光器PLC控制系统，其特征在于:所述PLC可编程控制器还连接有与触摸屏进行连接的触摸屏接口模块。
4.按照权利要求3所述的射频板条CO2激光器PLC控制系统，其特征在于:所述操作台上设置有触摸屏(3)、急停按钮(4)、电源开按钮(5)、电源关按钮(6)、高压开按钮(7)、高关按钮(8)。
全文摘要
本发明公开了一种射频板条CO2激光器，具体地说是一种射频板条CO2激光器PLC控制系统。它包括由操作台和内部控制电路组成的控制箱以及与控制箱连接的激光器，控制箱的内部控制电路包括PLC可编程控制器以及与PLC可编程控制器连接的数字扩展模块和模拟扩展模块，还包括与PLC可编程控制器及其数字扩展模块和模拟扩展模块连接的水冷却系统控制电路模块、紧急断电控制电路模块、高压控制电路模块、放电电流检测电路模块、工作气体控制电路模块、功率给定电路模块、报警保护电路模块；采用上述的结构后，可使本控制系统稳定性高、故障率低、操作简单，抗干扰能力强且能触摸屏控制进行人机对话，适合工业加工对高功率射频板条CO2激光器的控制要求。
文档编号G05B19/05GK103116308SQ201310031439
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者吴益, 韩蒙蒙, 邓前松 申请人:江苏益林金刚石工具有限公司, 华中科技大学