CN103259158A - 一种激光器实时控制系统及激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于激光器控制领域，提供了一种激光器实时控制系统；包括：实时嵌入式控制器、智能气体单元控制模块、激光器高压电源、高压电源电气保护模块、机械光闸、水流量传感器、水温度传感器、变频器电气保护模块、真空泵、真空泵电气保护模块、三路机体温度传感器、变频器和涡轮分子泵；本发明提供的激光器实时控制系统在激光系统运行时建立多任务的控制，根据系统任务的重要性不同将其任务划分为不同的优先级；当有异常请求时，对任务进行分级，根据其优先等级进行实时处理，并实时的监控各个功能模块，提高了系统的响应速度；提高了系统的实时任务的处理能力；避免了激光器在运行中因为多任务处理不及时而发生意外停机或其它的故障。
Description
技术领域
本发明属于激光器控制领域，尤其涉及一种激光器实时控制系统及激光器。
背景技术
现有的激光器采用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)控制或单片机控制，都是基于过程的控制，实时性能不强。在激光器运行过程中如果发生异常情况，则响应速度不及时，往往会造成重大的事故和财产的损失。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种当激光器发生异常时，能够根据异常的重要程度及时处理的激光器实时控制系统。
本发明实施例是这样实现的，一种激光器实时控制系统，包括：
实时嵌入式控制器，分别与所述实时嵌入式控制器连接的智能气体单元控制模块、激光器高压电源、高压电源电气保护模块、机械光闸、水流量传感器、水温度传感器、变频器电气保护模块、真空泵、真空泵电气保护模块和三路机体温度传感器，与所述变频器电气保护模块连接的变频器，以及与所述变频器连接的涡轮分子泵；
实时嵌入式控制器对激光器进行实时的控制，根据所述水流量传感器、所述水温度传感器和所述三路机体温度传感器输出的信号判断是否有异常发生，若是，则优先响应异常并启动电气保护模块；真空泵与所述实时嵌入式控制器实时交互，当发生异常时，实时嵌入式控制器启动真空泵电气保护模块，切断真空泵的电源，待异常排除后重新上电。
更进一步地，所述激光器实时控制系统还包括：与所述实时嵌入式控制器连接的PC上位机监测控制模块，用于实时监控所述控制系统，接收报警信号并实时显示异常状态。
更进一步地，所述激光器实时控制系统还包括：与所述实时嵌入式控制器连接的电源模块，用于给控制系统供电。
更进一步地所述实时嵌入式控制器是基于ARM7内核的μC/OS-II实时操作系统。
更进一步地所述μC/OS-II实时操作系统的运行在主频为50MHz的ARM7处理器上。
更进一步地，所述混合气体包括：氦气、氮气和二氧化氮。
本发明实施例的目的还在于提供一种包括上述的激光器实时控制系统的激光器。
本发明提供的激光器实时控制系统能够在激光系统运行时建立多任务的控制，根据系统任务的重要性不同将其任务划分为不同的优先级；当有异常请求时，对任务进行分级，根据其优先等级进行实时处理，并实时的监控各个功能模块，提高了系统的响应速度；提高了系统的实时任务的处理能力；避免了激光器在运行中因为多任务处理不及时而发生意外停机或其它的故障。
附图说明
图1是本发明实施例提供的激光器实时控制系统的模块结构框图；
图2是本发明实施例提供的激光器实时控制系统中部分模块结构图；
图3是本发明实施例提供的激光器实时控制系统中部分模块的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的激光器实时控制系统主要应用于激光器中，图1示出了该控制系统的模块结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
激光器实时控制系统包括：实时嵌入式控制器1，分别与实时嵌入式控制器1连接的智能气体单元控制模块3、激光器高压电源4、高压电源电气保护模块5、机械光闸6、水流量传感器7、水温度传感器8、变频器电气保护模块9、真空泵12、真空泵电气保护模块13和三路机体温度传感器14，与所述变频器电气保护模块9连接的变频器10，以及与所述变频器10连接的涡轮分子泵11；实时嵌入式控制器1对激光器进行实时的控制，根据水流量传感器7、水温度传感器8和三路机体温度传感器14输出的信号判断是否有异常发生，若是，则优先响应异常并启动电气保护模块；真空泵12与实时嵌入式控制器1实时交互，当发生异常时，实时嵌入式控制器1启动真空泵电气保护模块13，切断真空泵12的电源，待异常排除后重新上电；当激光器谐振腔内的气压达到0mba时，实时嵌入式控制器1给智能气体单元控制模块3发送启动信号，启动气体单元并对谐振腔内充入混合气体，当谐振腔内的混合气体的气压达到120mba时，启动变频器10，涡轮分子泵11压缩空气至90mba后再持续充气，直至谐振腔内的压力维持在120mba；实时嵌入式控制器1控制激光器高压电源对混合气体进行放电，进而产生激光。
本发明实施例提供的激光器实时控制系统能够在激光系统运行时，建立多任务的控制，而且可以根据系统的任务的重要性其优先级也不同，当有异常请求时，首先处理优先级别高的任务。
在本发明实施例中，激光器实时控制系统还包括：与实时嵌入式控制器1连接的PC上位机监测控制模块2，用于实时监控控制系统，接收报警信号并实时显示异常状态。
作为本发明的一个实施例，激光器实时控制系统还包括：与实时嵌入式控制器1连接的电源模块，用于给控制系统供电。
在本发明实施例中，实时嵌入式控制器1为基于ARM7内核的μC/OS-II实时操作系统。μC/OS-II实时操作系统是一种基于可剥夺内核的实时操作系统，能够方便的在激光器的运行过程中，多任务系统的及时响应；在激光器运行过程中，当有比当前更高级的任务到来时，及时的暂停当前正在处理的任务转而去处理当前急需要处理的更高级的任务，从而提高系统的实时任务的处理能力，以便减少激光器在运行的过程当中因为多任务处理不及时而发生意外停机或其它的故障。
作为本发明的一个实施例，μC/OS-II实时操作系统的运行在主频为50MHz的ARM7处理器上，能够自动检测电压的异常，而提前进入保护状体，防止因异常断电而丢失数据。
在本发明实施例中，在高功率CO2轴快流激光器工作运行的过程中，激光器的控制系统需要对相对较多的单元进行控制(如：对涡轮分子泵的控制、对变频器的控制、对真空泵的控制、对气体流量的控制、对激光器高压电源的控制等)，不同单元的控制以及报警有不同的优先级。这样，基于μC/OS-II可剥夺内核的实时操作系统，能够方便的建立多任务的控制，并能够根据不同单元的重要程度实时的处理更重要的单元发出的请求。
如图2所示，在激光器的实际运行当中，假如激光器控制器当前正在运行气体单元部分的控制代码。假如此时，真空泵12和激光器高压电源4同时发来异常的信号，如果使用传统的PLC控制或者单片机控制，则要等待气体单元的控制代码运行完毕后，控制器才能去处理真空泵12和激光器高压电源4发来的异常信号，先处理那个则要根据代码的执行顺序来判断，这样发生事故的可能性就大大的增加了。很明显，在上述的两个异常中，激光器高压电源4异常的重要等级要比真空泵12的异常等级要高。如采用本发明实施例提供的激光器实时控制系统则可以实时的处理这些异常的信号，而不必等待其他的代码执行完毕。具体的工作流程如图3所示，步骤S1：系统上电、初始化、运行；步骤S2：真空泵任务；步骤S3：激光器高压电源任务；步骤S4：智能气体单元任务。采用基于ARM7内核处理器的μC/OS-II实时嵌入式系统，在上电后，μC/OS-II操作系统初始化，接着初始化各个功能模块，检测是否有异常情况发生。当有某个功能模块未连接或者有异常则会产生相应的报警，并将该异常显示在PC上位机监测控制模块2上面。上电自检完成后，启动真空泵对激光器的谐振腔抽真空，当谐振腔内的真空度达到0mba时，启动智能气体控制单元，对激光器的谐振腔内充入混合气体，该混合气体包括：氦气、氮气和二氧化氮。当混合气体的气压达到120mba时，开始启动变频器，再进一步的往谐振腔内冲入混合气体，同时，涡轮分子泵启动，气体被压缩至90mba后再一直冲入混合气体，直到腔内的压力维持在120mba左右时达到平衡。上述工作全部完成并且没有异常报警后，启动激光器高压电源，混合气体会中的CO2会在高压的作用下受激辐射产生激光。
本发明实施例中，在控制系统启动运行的过程中，系统采用的多任务实时处理。当真空泵、智能气体单元、变频器、涡轮分子泵启动的过程中，系统会同时检测水流量传感器、水温度传感器和三路机体温度传感器，当有异常发生时，该实时控制系统能够及时根据激光器发生异常的优先级来处理异常，及时的停止激光器运行，以减少意外的发生或财产损失。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的激光器实时控制系统，现结合图1详述其工作原理如下：
激光器上电后，该控制系统进行初始化，确认各中断的优先等级，检查系统是否有异常情况发生。上述步骤完成后，对激光器进行实时的控制。在对激光器进行实时控制的过程中，同时监测各路的异常信号，当有异常发生时，优先响应异常。并及时启动电气保护模块，停止激光器的运行。真空泵及真空泵保护模块在实时控制系统启动后，开始控制真空泵对谐振腔抽真空。真空泵在运行的过程中，会和控制系统之间实时的交互，当发生过载等异常时，系统便启动真空泵电气保护模块，切断真空泵的电源，停止真空泵的运行，同时发送相应的异常信号给PC上位机监测控制模块，待检排除异常后重新上电。当激光器谐振腔内的气压达到0mba的时候，控制系统给智能气体单元发送启动信号，启动气体单元，并对谐振腔内冲入该混合气体包括：氦气、氮气和二氧化氮。He、N2、CO2的混合气体，当腔内的混合气体的气压达到120mba时，启动变频器，涡轮分子泵开始工作，压缩空气至90mba后再持续充气，直到腔内压力维持在120mba。在气体单元工作过程中，控制系统会实时的监测从气体单元发送过来的异常信号，当有异常发生时，及时的停止充气，并产生报警信号发送给PC上位机监测控制模块2。在混合气体充气过程中，当腔内的气压达到120mba时，控制系统控制变频器启动，涡轮分子泵开始工作，压缩气体，直到腔内气体压力在120mba后，维持稳定的工作状态。在涡轮分子泵工作的过程中，当发生超出范围的抖动、过温或油位不够时，便会产生异常信号，该信号会通过变频器反馈给主控制系统。同时在变频器运行的过程中，当发生过载或过流等异常时，变频器也会产生相应的报警信号，当主控系统收到异常信号后会立即停止当前的工作，启动变频器电气保护模块，停止供电。同时给上位机发送相应的异常报警信号。当谐振腔内的气压稳定在120mba后，控制系统开始控制激光器高压电源对混合气体进行放电，进而产生激光。当激光器高压电源发生过温、过流或功率异常等异常情况时，控制系统便会实时的监测，收到该异常信号后，便会控制高压电源电气保护模块切断高压电源的电源而实现保护。同时发送相应的异常信息给PC上位机监测控制模块2。当激光产生后，控制系统会控制光闸打开，出光。当异常发生，如机械光闸上面吸收体温度异常时，会及时的产生反馈信号给控制系统。控制系统再做相应的处理，同时发送该异常信号给PC上位机监测控制模块2。在上述的控制过程中，控制系统会不断的实时监测各路传感器发送过来的信号，并判断是否有异常发生。当有传感器信号发生异常时，控制系统会及时的停止当先正在运行的工作，转而去处理这些异常信号，待相关的异常处理完成后，再重新开始运行之前的工作。若异常比较严重，则会停止激光器的运行，等待故障排除后，重新上电开始运行。
本发明提供的激光器实时控制系统能够在激光系统运行时建立多任务的控制，根据系统任务的重要性不同将其各任务划分为不同的优先级；当有异常请求时，对各任务进行分级，根据其优先等级进行实时处理，并实时的监控各个功能模块，提高了系统的响应速度；提高了系统的实时任务的处理能力；避免了激光器在运行中因为多任务处理不及时而发生意外停机或其它的故障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种激光器实时控制系统，其特征在于，包括：
实时嵌入式控制器，分别与所述实时嵌入式控制器连接的智能气体单元控制模块、激光器高压电源、高压电源电气保护模块、机械光闸、水流量传感器、水温度传感器、变频器电气保护模块、真空泵、真空泵电气保护模块和三路机体温度传感器，与所述变频器电气保护模块连接的变频器，以及与所述变频器连接的涡轮分子泵；
实时嵌入式控制器对激光器进行实时的控制，根据所述水流量传感器、所述水温度传感器和所述三路机体温度传感器输出的信号判断是否有异常发生，若是，则优先响应异常并启动电气保护模块；真空泵与所述实时嵌入式控制器实时交互，当发生异常时，实时嵌入式控制器启动真空泵电气保护模块，切断真空泵的电源，待异常排除后重新上电。
2.如权利要求1所述的激光器实时控制系统，其特征在于，所述激光器实时控制系统还包括：与所述实时嵌入式控制器连接的PC上位机监测控制模块，用于实时监控所述控制系统，接收报警信号并实时显示异常状态。
3.如权利要求2所述的激光器实时控制系统，其特征在于，所述激光器实时控制系统还包括：与所述实时嵌入式控制器连接的电源模块，用于给控制系统供电。
4.如权利要求1所述的激光器实时控制系统，其特征在于，所述实时嵌入式控制器是基于ARM7内核的μC/OS-II实时操作系统。
5.如权利要求4所述的激光器实时控制系统，其特征在于，所述μC/OS-II实时操作系统的运行在主频为50MHz的ARM7处理器上。
6.如权利要求1所述的激光器实时控制系统，其特征在于，所述混合气体包括：氦气、氮气和二氧化氮。
7.一种包括权利要求1-6任一项所述的激光器实时控制系统的激光器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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