CN105137870A - 一种基于dsp的大功率激光器控制系统 - Google Patents

Abstract

一种基于DSP的大功率激光器控制系统主要包括DSP主控模块、供电转换电路、模拟量监测电路、数字量监测电路、DAC电路、数字量扩展电路、模拟量扩展电路、数字电源通信电路、IO控制电路、外控接口电路、数字通信电路、网络通信接口电路、上位机通信接口电路、双触摸屏显示电路、光耦隔离电路、主控程序。本发明由供电转换电路供电，DSP主控模块采用基于数字信号处理器(DSP)dsPIC33FJ128MC710A芯片的主控电路，通过运行于DSP主控模块的主控程序将模拟量监测电路至光耦隔离电路进行检测与控制，实现对激光器各种状态的监测和控制，使激光器达到稳定可靠运行的状态。

Description

一种基于DSP的大功率激光器控制系统

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种基于DSP的大功率激光器控制系统，适用于大功率激光器的控制系统，如半导体激光器、光纤激光器、全固态激光器等。

背景技术

高功率光纤耦合全固态激光器具有效率高、寿命长、可靠性高、光束质量好、可柔性加工等优点，基于该类激光器的加工装备广泛应用于汽车、铁路、船舶、冶金、石化、国防以及航空航天等领域的激光焊接、表面淬火和熔覆等工艺中，在快速成型、再制造领域也有广阔的应用前景。

但是目前大功率激光器产品中，并没有一种统一的通用的功能齐全的控制系统，目前激光器控制系统采用的PLC控制技术开发的系统，虽然在一定程度上满足了激光器的控制需求，但是离成熟稳定的工业控制系统要求还有很大的差距，同时体积大、成本高等，也限制了其广泛应用。

发明内容

针对以上问题，本发明根据激光器控制系统的功能与优点，结合激光加工设备对激光器控制系统的功能要求，满足激光器产品工业化集成的要求，提升激光器产品性能及整机结构简化程度，本发明提出了一种基于DSP的大功率激光器控制系统，主要用于控制、监测大型设备的运行状况，其以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件功能模块化，适用于控制系统对设备的功能、可靠性、成本特别是占用的体积有严格要求的场合。

本发明采用的基于DSP的嵌入式控制系统，可以满足系统控制功能的要求，实现控制系统中被控对象各个参数的实时监测及控制，主要实现激光器设备的温度、湿度、流量、气体压力、冷却水质、光闸开启、电源模块的电压、电流等参数的全面监测，对传感器参数、扩展参数的设置以及进行功率补偿，对激光器电源、待机、缓升缓降、光闸、发射、急停、模式选择等的功能控制，对出现的异常实时报警、诊断以及保护，集成有与其他通讯设备连接的不同的通讯接口，方便了设备间的互联。人机界面的交互作用使得用户方便观察设备的运行参数及状态，用户可以同时控制系统的运行，保证了系统的稳定性运行。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

一种基于DSP的大功率激光器控制系统主要包括DSP主控模块(1)、供电转换电路(2)、模拟量监测电路(3)、数字量监测电路(4)、DAC电路(5)、数字量扩展电路(6)、模拟量扩展电路(7)、数字电源通信电路(8)、IO控制电路(9)、外控接口电路(10)、数字通信电路(11)、网络通信接口电路(12)、上位机通信接口电路(13)、双触摸屏显示电路(14)、光耦隔离电路(15)、主控程序(16)。所述DSP主控模块(1)至光耦隔离电路(15)所有硬件电路通过电路原理图制作成PCB完成一体化硬件结构组成。

主控程序(16)通过C语言编程实现了全面的数字化控制：激光器的待机控制、光闸控制、激光发射与关闭控制、引导光控制、预设功率设置等操作功能，实现了激光功率缓升缓降、PID自动/手动功率标定、点焊、功率闭环控制和自动补偿、整机稳定性自动测试、水冷系统互锁、故障/异常报警保护、上位机控制等后台软件运行功能。功能全面、集成化、小型化、智能化，提升了激光器的整机可靠性、稳定性和产品工业化水平。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的主程序(16)软件编程流程图。

具体实施方式

本发明由供电转换电路(2)供电，DSP主控模块(1)采用基于数字信号处理器(DSP)DSPIC33FJ128MC710A芯片的主控电路，通过运行于DSP主控模块(1)的主控程序(16)将模拟量监测电路(2)至光耦隔离电路(15)进行检测与控制，实现对激光器各种状态的监测和控制，使激光器达到稳定可靠运行的状态。

所述供电转换电路模块(2)将220V交流电转换成稳定可靠的直流电DC24V、DC5V、DC3.3V、DC±15V，为所有电路模块和传感器供电；所述模拟量监测电路(3)用于检测模拟量信号，如温度、压力、流量、水质电导率、反馈功率大小等；所述数字量监测电路(4)用于检测数字量信号(即开关量信号)，如门禁、光纤、漏水、急停等开关量状态；所述DAC电路(5)为数模转换电路，将数字信号转换成模拟量信号输出；所述数字量扩展电路(6)及模拟量扩展电路(7)分别为输入输出的数字量信号和模拟量信号预留接口，以便系统扩展功能；所述IO控制电路(9)为系统控制外部开关量信号提供接口；所述外控接口电路(10)为其他设备(如机床、机械手等)控制激光器的功能提供I/O接口，用户可以通过其他设备实施自动化控制；所述数字通信电路(11)为系统提供与其他数字电路板通信接口，如温湿度数字电路；所述DSP主控模块(1)通过数字电源通信电路(8)实现了与电源的数字通信，实现了快速响应，抗干扰能力强的功能；所述DSP主控模块(1)通过网络通信接口电路(12)可以实现网络远程控制与诊断，从而实现远程操作。所述DSP主控模块(1)通过上位机通信接口电路(13)实现上位机控制激光器的各项功能。所述DSP主控模块(1)通过双触摸屏显示电路(14)，实现远端或近端触摸屏控制，界面布局简洁，人机交互方式友好。通过光耦隔离电路(15)实现了整个控制系统与外部电路、传感器、电子元器件的信号隔离，提升了控制系统的抗干扰能力。

主控程序(16)编程流程图如图2所示，其流程步骤如下：

第一、上电启动；

第二、关中断进行系统时钟配置；

第三、停止看门狗，初始化：ADC1、ADC2、IO口、PWM、SPI、DAC、IIC、CAN、TIMER1、TIMER2、uPD71005、日历芯片、网络芯片、变量等；

第四、CAN接收检查并发送，主要内容：

1)CAN采用主从的通讯方式，每发送一条完整的命令都要等待接收，没有接收超时则接收后紧接着发下一条命令；

2)主板与四个电源模块及腔体功能板间用同一个CAN进行通讯。

3)上电后，对四个电源模块进行通讯，在规定时间内能通讯上的则认为有电源模块，以此来确定电源模块的数量；

4)如四个电源模块中间有缺的则认为故障，如1、2、4能通讯，而3不能能讯，则为故障。

第五、读日期：每隔0.5s读一次日期时间值。

第六、参数保存：实时检测，如有参数保存请求则进行参数保存，分多组进行保存，以减少保存所占用的时间，在有参数改变并确认的地方应设置参数保存标志。

第七、IO口控制：

1)外控接口：冷水机控制，低电平启动，上电后应打开冷水机；

2)外控接口：故障，光闸响应、发射响应，高电平有效；

3)3个警报灯及警报器控制，低电平开启；

4)红光指示灯控制，低电平开启；

5)电源模块待机及发射控制，低电平有效；

6)10个面板指示灯控制，低电平有效；

7)板上蜂鸣器控制，高电平有效，在触摸屏动作时响一下；

8)5个光闸控制，低电平有效。

第八、IO口检测：

1)外控状态：外控请求、光闸开启请求、发射请求、红光开请求、待机请求，低电平有效；

2)发射按键，低电平为发射请求有效；

第九、AD转换处理：

1)5路AD通道轮流转换；

2)其中16路温度及外部输入模拟量需要进行模拟切换；

3)采用查询方式进行AD转换，即查询转换结束后读取AD值并进行下一通道的转换，当然每个通道转换N次后再切换到下一通道。

第十、水温AD值计算：根据腔体功能板传回来的水温计算需要输出到外部的DA值，电压再转成恒流信号。

第十一、自检过程控制：检测系统所有状态是否正常。

第十二、故障检测：

1)冷水机故障、水位故障，24V故障，5V故障，高电平为故障；

2)四个电源模块故障信号：低电平故障；

3)钮扣电池故障，BATV_CHECK提供高电平进行检测，低电平故障；

4)四个盖板状态及光纤故障：高电平故障；

5)5个快门故障检测，开关状态与控制状态不符时则认为故障；

6)过温检测；

7)急停故障，高电平为急停；

8)锁状态，高电平为上锁；

9)腔体功能板会进行故障检测，发回最终的故障信号，所以主板不用对腔体功能板的数据进行检测。

第十三、网络数据更新：定时更新

第十四、SD卡状态检测：检测SD卡是否插进或拔出，如插进则要进行初始化。

第十五、SD卡存取：有存SD卡请求信号则进行数据存储；有读SD卡请求信号则进行数据读取。

第十六、显示更新：定时更新。

第十七、485接收检测及响应

1)与上位机或副屏进行通讯；

2)上位机或副屏为通讯主机，主控板为通讯从机；

3)主发命令，从接收并响应的方式进行通讯。

第十八、返回第三步循环进行。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种基于DSP的大功率激光器控制系统主要包括DSP主控模块(1)、供电转换电路(2)、模拟量监测电路(3)、数字量监测电路(4)、DAC电路(5)、数字量扩展电路(6)、模拟量扩展电路(7)、数字电源通信电路(8)、IO控制电路(9)、外控接口电路(10)、数字通信电路(11)、网络通信接口电路(12)、上位机通信接口电路(13)、双触摸屏显示电路(14)、光耦隔离电路(15)、主控程序(16)。本发明由供电转换电路(2)供电，DSP主控模块(1)采用基于数字信号处理器(DSP)dsPIC33FJ128MC710A芯片的主控电路，通过运行于DSP主控模块(1)的主控程序(16)将模拟量监测电路(2)至光耦隔离电路(15)进行检测与控制，实现对激光器各种状态的监测和控制，使激光器达到稳定可靠运行的状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的大功率激光器控制系统，其特征在于：所述供电转换电路模块(2)将220V交流电转换成稳定可靠的直流电DC24V、DC5V、DC3.3V、DC±15V，为所有电路模块和传感器供电；所述模拟量监测电路(3)用于检测模拟量信号，如温度、压力、流量、水质电导率、反馈功率大小等；所述数字量监测电路(4)用于检测数字量信号(即开关量信号)，如门禁、光纤、漏水、急停等开关量状态；所述DAC电路(5)为数模转换电路，将数字信号转换成模拟量信号输出；所述数字量扩展电路(6)及模拟量扩展电路(7)分别为输入输出的数字量信号和模拟量信号预留接口，以便系统扩展功能；所述IO控制电路(9)为系统控制外部开关量信号提供接口；所述外控接口电路(10)为其他设备(如机床、机械手等)控制激光器的功能提供I/O接口，用户可以通过其他设备实施自动化控制；所述数字通信电路(11)为系统提供与其他数字电路板通信接口，如温湿度数字电路。

3.根据权利要求1所述的一种基于DSP的大功率激光器控制系统，其特征在于：所述DSP主控模块(1)通过数字电源通信电路(8)实现了与电源的数字通信，实现了快速响应，抗干扰能力强的功能。

4.根据权利要求1所述的一种基于DSP的大功率激光器控制系统，其特征在于：所述DSP主控模块(1)通过网络通信接口电路(12)可以实现网络远程控制与诊断，从而实现远程操作。

5.根据权利要求1所述的一种基于DSP的大功率激光器控制系统，其特征在于：所述DSP主控模块(1)通过上位机通信接口电路(13)实现上位机控制激光器的各项功能。

6.根据权利要求1所述的一种基于DSP的大功率激光器控制系统，其特征在于：所述DSP主控模块(1)通过双触摸屏显示电路(14)，实现远端或近端触摸屏控制，界面布局简洁，人机交互方式友好。

7.根据权利要求1所述的一种基于DSP的大功率激光器控制系统，其特征在于：通过光耦隔离电路(15)实现了整个控制系统与外部电路、传感器、电子元器件的信号隔离，提升了控制系统的抗干扰能力。

8.根据权利要求1所述的一种基于DSP的大功率激光器控制系统，其特征在于：主控程序(16)实现了全面的数字化控制：激光器的待机控制、光闸控制、激光发射与关闭控制、引导光控制、预设功率设置等操作功能，实现了激光功率缓升缓降、PID自动/手动功率标定、点焊、功率闭环控制和自动补偿、整机稳定性自动测试、水冷系统互锁、故障/异常报警保护、上位机控制等后台软件运行功能。

9.根据权利要求1所述的主程序16是将模拟量监测电路(2)至光耦隔离电路(15)进行检测与控制，实现对激光器各种状态的监测和控制，使激光器达到稳定可靠运行的状态。

10.根据权利要求1所述的主程序16，其特征在于，是一套独立的工作程序。