专利名称：一种机用弧压调高控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于数控等离子切割技术领域，尤其涉及能准确调整等离子切割机在 切割工况下切割头与切割材料距离的控制系统。
背景技术：
在机械加工制造领域，往往涉及到很多金属板材的切割工作，如对碳钢，不锈钢， 铜，铝材等需要切割，人们常使用等离子来进行切割，尤其是对于不锈钢，铜，铝的切割。等 离子切割在切割上述材料的时候，会产生非常刺眼的弧光，操作人员无法看清楚等离子切 割头和切割材料之间的距离，另外等离子切割机的切割速度非常快，在加上是一种热切割， 切割时很容易使切割的材料受热变形，人工手动不可能快速反应利用手动上升和下降来确 定等离子切割头和切割材料之间的距离，等离子切割头和切割材料的距离过大，会造成切 割不成功，进而需要重新切割，这不仅浪费时间和电能，并且二次切割会导致切割质量非常 差；等离子切割头和切割材料之间的距离过小，切割的质量也不好，切割时容易使等离子切 割头损坏，严重时甚至无法工作，用户不得不更换等离子切割设备，造成切割成本过高。目前，可以通过等离子弧压调高控制器对割炬高度进行控制，等离子弧压高度控 制器利用某些等离子电源恒流或者基本恒流的特性，在切割过程中，切割电流和设定电流 相比变化较小，而切割的弧电压在一定的速度下跟随割炬与板材的距离变化而变化，当割 炬与板材的距离增大时，弧电压上升，当割炬与钢板的距离减小时，弧电压下降，弧压调高 控制器的原理就是通过检测弧电压的变化，通过控制割炬的升降电机来控制割炬与板材的 距离，使弧电压保持不变，割炬的高度同时也保持不变。但是目前等离子弧压高度控制器为 独立设备，不便于整个数控系统的联合开发，而且操作复杂，价格高。
发明内容针对上述等离子弧压高度控制器在实际应用中的不足，本实用新型提供一种机用 弧压调高控制系统，该控制系统性能稳定，具有自动初始定位，弧压检测比较，伺服电机驱 动，防撞，弧压智能调节等优点。上述机用弧压调高控制系统包括工业计算机(IPC)、可编程逻辑控制器(PLC)、伺 服驱动装置、隔离变换器和等离子电源，其中，可编程逻辑控制器分别与工业计算机、伺服 驱动装置和隔离变换器相连接，等离子电源与隔离变换器电连接，工业计算机输出切割参 数信号到可编程逻辑控制器，隔离变换器输出采集到的电压变换信号到可编程逻辑控制 器，可编程逻辑控制器则根据所采集的信息发出指令给伺服驱动装置。其中，工业计算机 用于切割参数设置；隔离变换器用于对切割头和板材间的电压变换为PLC模块能采集的电 压；伺服驱动装置用于驱动机械平台，实现切割头的上升、下降、自动调节等；还包括接近 定位传感器，其直接与可编程逻辑控制器(PLC)连接，用于反馈限位接近信号，主要实现对 切割头的保护功能。所述的限位接近信号，是切割头夹具和切割机垂直轴间安装的三个接近传感器所捕获的，当切割头碰撞到板材时，接近传感器作用，PLC检测信号后立即驱动伺服驱动装置， 调节切割头高度，实现切割头的保护功能。对上述控制系统进一步的提高是该控制系统还包括与工业计算机(IPC)相连接 的触摸屏，触摸屏式人机交互界面可使参数的输入更加人性化，更方便快捷，与工业计算机 (IPC)一起实现切割参数的输入和设置。工业计算机上运行带有弧压调高参数设置的数控 软件，参数设置主要是设置切割过程中的切割电流和切割材料等随切割板材不同而异的参数。对上述控制系统的进一步改进是工业计算机(IPC)是通过RS232接口与可编程逻 辑控制器(PLC)连接的。上述伺服驱动装置包括伺服驱动器和伺服电机。伺服电机可为带位置控制的伺服 电机。上述工业计算机(IPC)可为普通带串口功能的工业计算机。上述可编程逻辑控制器(PLC)可为艾默生EC20系列的PLC。所述机用弧压调高控制系统的控制方法通过以下步骤实现第一，通过触摸屏在工业计算机上进行参数设置；第二，设置参数由工业计算机传递至PLC中；第三，切割过程中切割头和板材间的电压信号经过隔离变换器的隔离变换后，传 递至PLC的模拟输入模块的CHl端口 ；第四，PLC根据模拟输入模块模数转换的信号，结合上述第一步中设置的参数，通 过数字输入输出模块驱动伺服驱动器和伺服电机的运动，当电压上升时，驱动电机带动切 割头下降，电压下降时，驱动电机带动切割头上升。上述第二步中设置参数可由工业计算机通过RS232经Modbus总线传递至PLC中。上述第三步中切割过程中切割头和板材间的电压信号可经过100:1的隔离变换 器的隔离变换后，传递至PLC的模拟输入模块的CHl端口。可添加与PLC连接的接近定位传感器，其在切割定位过程中将信号传递至PLC，对 切割头起到保护作用。上述接近定位传感器为3个互成120度角的接近传感器组成。本实用新型性能稳定，具有自动初始定位，弧压检测比较，伺服电机驱动，防撞，弧 压智能调节等优点。
图1为本实用新型结构示意图；图2为本实用新型的PLC接线图；图3为本实用新型的切割头升降原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做进一步的说明。如图1所示，本实用新型包括工业计算机1、可编程逻辑控制器2、伺服驱动装置3、 隔离变换器4和等离子电源5，其中，可编程逻辑控制器2分别与工业计算机1、伺服驱动装
4置3和隔离变换器4相连接，等离子电源5与隔离变换器4电连接，工业计算机1输出切割 参数信号到可编程逻辑控制器2，隔离变换器4输出采集到的电压变换信号到可编程逻辑 控制器2，可编程逻辑控制器2则根据所采集的信息发出指令给伺服驱动装置3。其中，工 业计算机用于切割参数设置；隔离变换器用于对切割头和板材间的电压变换为PLC模块能 采集的电压；伺服驱动装置用于驱动机械平台，实现切割头的上升、下降、自动调节等；可 编程逻辑控制器(PLC)作为控制系统的核心分别与工业计算机(IPC)、伺服驱动装置和隔 离变换器相连接，等离子电源与隔离变换器电连接；还包括接近定位传感器6，其直接与可 编程逻辑控制器(PLC)连接，用于反馈限位接近信号，主要实现对切割头的保护功能。所述的限位接近信号，是切割头夹具和切割机垂直轴间安装的三个接近传感器所 捕获的，当切割头碰撞到板材时，接近传感器作用，PLC检测信号后立即驱动伺服驱动装置， 调节切割头高度，实现切割头的保护功能。对上述控制系统进一步的提高是该控制系统还包括与工业计算机(IPC)相连接的 触摸屏7，触摸屏式人机交互界面可使参数的输入更加人性化，更方便快捷，与工业计算机 (IPC) 一起实现切割参数的输入和设置。工业计算机上运行带有弧压调高参数设置的数控 软件，参数设置主要是设置切割过程中的切割电流和切割材料等随切割板材不同而异的参数。对上述控制系统的进一步改进是工业计算机(IPC)是通过RS232接口与可编程逻 辑控制器(PLC)连接的。上述伺服驱动装置3包括伺服驱动器8和伺服电机9。伺服电机9可为带位置控 制的伺服电机。上述工业计算机(IPC)可为普通带串口功能的工业计算机。上述可编程逻辑控制器(PLC)可为艾默生EC20系列的PLC。基于机用弧压调高控制系统的控制方法通过以下步骤实现第一，通过触摸屏在工业计算机上进行参数设置；第二，设置参数由工业计算机传递至PLC中；第三，切割过程中切割头和板材间的电压信号经过隔离变换器的隔离变换后，传 递至PLC的模拟输入模块的CHl端口 ；第四，PLC根据模拟输入模块模数转换的信号，结合上述第一步中设置的参数，通 过数字输入输出模块驱动伺服驱动器和伺服电机的运动，当电压上升时，驱动电机带动切 割头下降，电压下降时，驱动电机带动切割头上升。上述第二步中设置参数可由工业计算机通过RS232经Modbus总线传递至PLC中。上述第三步中切割过程中切割头和板材间的电压信号可经过100:1的隔离变换 器的隔离变换后，传递至PLC的模拟输入模块的CHl端口。可添加与PLC连接的接近定位传感器，其在切割定位过程中将信号传递至PLC，对 切割头起到保护作用。上述接近定位传感器6为3个互成120度角的接近传感器组成。PLC中设有驱动电路，是由PLC的高速脉冲输出口驱动伺服电机，实现割枪的升 降。自动调节前先检测弧压值，和设定的弧压值进行比较，确定是否需要调节；如确需要调 节，则由PLC高速脉冲输出口输出脉冲，驱动伺服电机运动，进而调节割枪的高度，实现弧压的自动控制。本实施方式的参数设置部分是通过工业计算机和触摸屏共同完成，工业计算机上 运行带弧压调高参数设置选项的等离子切割机数控软件，为整个切割系统联机开发的一部 分。设置内容主要是切割过程中随切割材料不同和切割电流不同进行的参数设置。设置的 参数实时显示在数控系统的主界面上，具有直接客观性。PLC包括模拟输入(AD)模块和数字输入输出模块，模拟输入模块用于对经过 100:1隔离变换的电源电压进行模数转换，将电压值变换为PLC能处理的数字量。数字输入 输出模块包括普通输入输出部分和高速输入输出部分，普通的输入输出部分用于接定位接 近信号，高速输出接口用于驱动伺服电机。捕获割枪定位及碰撞信号的传感器为3个互成120度角的接近传感器组成，如果 在定位时或切割过程中割枪碰撞到板材以及其他物体，割枪就会被顶撞脱离定位槽，接近 传感器就会有信号传递至PLC，进而产生相关动作。如图3所示，切割过程中切割头和板材间的电压信号经过100:1的隔离变换器隔 离变换后，传递至PLC的模拟输入模块的CHl端口，PLC根据AD模块模数转换的信号，结合 上层IPC设置的参数，驱动伺服驱动器和伺服电机的运动。当电压上升时，驱动电机带动切 割头下降；电压下降时，驱动电机带动切割头上升。电机驱动部分为PLC驱动伺服电机。本系统中使用的艾默生EC20系列晶体管输 出PLC有两个高速脉冲输出口，其中一个作为方向控制，一个作为速度控制，则可根据PLC 运算处理量驱动伺服电机运动，通过机械平台进而控制割炬的高度。图2为本实用新型的PLC接线图。本实用新型性能稳定，具有自动初始定位，弧压检测比较，伺服电机驱动，防撞，弧 压智能调节等优点。
权利要求1.一种机用弧压调高控制系统，包括工业计算机(1)、可编程逻辑控制器(2)、伺服驱 动装置(3)、隔离变换器(4)和等离子电源(5)，其中，可编程逻辑控制器(2)分别与工业计 算机(1)、伺服驱动装置(3)和隔离变换器(4)相连接，等离子电源(5)与隔离变换器(4)电 连接，工业计算机(1)输出切割参数信号到可编程逻辑控制器(2)，隔离变换器(4)输出采 集到的电压变换信号到可编程逻辑控制器(2)，可编程逻辑控制器(2)则根据所采集的信 息发出指令给伺服驱动装置(3 )。
2.根据权利要求1所述的机用弧压调高控制系统，其特征在于所述可编程逻辑控制 器(2 )还连接有接近定位传感器(6 )。
3.根据权利要求2所述的机用弧压调高控制系统，其特征在于所述接近定位传感器 (6)为3个互成120度角的接近传感器组成。
4.根据权利要求1所述的机用弧压调高控制系统，其特征在于所述工业计算机(1)上 设有触摸屏(7)。
5.根据权利要求1所述的机用弧压调高控制系统，其特征在于所述工业计算机(1)通 过RS232接口与可编程逻辑控制器(1)连接。
6.根据权利要求1所述的机用弧压调高控制系统，其特征在于所述伺服驱动装置(3) 包括伺服驱动器(8)和伺服电机(9)。
7.根据权利要求6所述的机用弧压调高控制系统，其特征在于所述伺服电机(9)为带 位置控制的伺服电机。
8.根据权利要求1所述的机用弧压调高控制系统，其特征在于所述工业计算机(1)为 普通带串口功能的工业计算机。
9.根据权利要求1所述的机用弧压调高控制系统，其特征在于所述可编程逻辑控制 器(2)为艾默生EC20系列的PLC。
专利摘要本实用新型提供一种机用弧压调高控制系统，包括工业计算机、可编程逻辑控制器、伺服驱动装置、隔离变换器和等离子电源，工业计算机用于切割参数设置；隔离变换器用于对切割头和板材间的电压变换为PLC模块能采集的电压；伺服驱动装置用于驱动机械平台，实现切割头的上升、下降调节等；可编程逻辑控制器作为控制系统的核心分别与工业计算机、伺服驱动装置和隔离变换器相连接，等离子电源与隔离变换器电连接，工业计算机输出切割参数信号到可编程逻辑控制器，隔离变换器输出采集到的电压变换信号到可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器则根据所采集的信息发出指令给伺服驱动装置。本实用新型性能稳定，具有自动初始定位，弧压智能调节等优点。
文档编号B23K10/00GK201922161SQ20102066806
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者张志刚, 张文武, 程伟, 程良伦, 苏新凌, 薛航 申请人:广东工业大学