CN111805066B - 一种等离子弧压调高系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等离子弧压调高系统及其使用方法，包括信号模块，用于采集弧压信号和多种控制信号；光耦模块，用于对信号模块采集信号的单向传输，光耦模块的输入端连接信号模块；控制模块，用于读取、存贮和处理经光耦模块传输后的采集信号，控制模块的输入端连接光耦模块的输出端；驱动模块，用于将控制模块的输出信号转换为驱动信号输出，驱动模块的输入端连接控制模块的输出端；执行模块，用于执行调高动作，执行模块连接驱动模块的输出端。本发明不用预先设置工作弧压，而是在开始切割的很短时间内，由控制模块自动采集合适的工作弧压并保存，切割工作中就以这个数据作为基准来调节割具高度，操作方便，工作效率高。

Description

一种等离子弧压调高系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及等离子切割和应用领域，具体是一种等离子弧压调高系统及其使用方法。

背景技术

等离子切割是一种利用压缩等离子弧对金属进行切割的加工方法，其特点是：生产效率高、割缝窄、切面平整、工件热变形小、不需要预热、不需要用可燃性气体等等，现在已广泛使用于金属板料的切割加工中。在切割过程中，等离子割具要求与工件保持一定的距离，一般为4-6mm。若太低了，切割过程中的返渣会损坏割具；太高了又会使切割能力下降，甚至断弧。因此，在手动切割工作中，一般是用滚轮之类的机械结构来保持切割距离；而在数控自动化切割工作中，等离子弧压调高器已经是标准配置了。

当等离子切割机进入稳定工作状态时，其输出弧压与割具离工件的高度有一定的比例关系。等离子弧压调高器就是利用这一特点，通过检测切割工作时的弧压，并与原先设置的基准弧压进行比较，然后驱动执行机构升高或降低割具，从而保持割具离工件的高度恒定不变。

然而基准弧压并不是恒定的，要根据不同型号的割具、不同的工件厚度、不同的切割速度、不同的载流气体进行调整，这就需要一定的经验。虽然生产商会提供一些经验数据，但不可能涵盖所有的工况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决上述问题，本发明提供一种等离子弧压调高系统及其使用方法，不用预设工作弧压，在切割过程中根据不同的工况实时采集弧压作为基准弧压。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供的一种等离子弧压调高系统，包括

信号模块，用于采集弧压信号和多种控制信号；

光耦模块，用于对信号模块采集信号的单向传输，完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出隔离的作用，光耦模块的输入端连接信号模块；

控制模块，用于读取、存贮和处理经光耦模块传输后的采集信号，控制模块的输入端连接光耦模块的输出端；

驱动模块，用于将控制模块的输出信号转换为驱动信号输出，驱动模块的输入端连接控制模块的输出端；

执行模块，用于执行调高动作，执行模块连接驱动模块的输出端。

工作过程：在工作开始前，不需要设置基准弧压，只要在信号模块上设置定位高度和穿孔高度即可，也可以由专家系统自动生成这两个数据。当工作过程进入“行走”时，控制模块开始采集弧压数据作为本次切割工作的基准弧压，整个采集和存贮过程耗时不超过30uS,不会影响其它工作流程。在切割过程中实时采集的弧压都与这个基准进行比较，然后驱动执行模块做出相应的动作。

进一步，信号模块包括弧压信号采集模块、碰撞信号采集模块、切割信号采集模块、定位信号采集模块、下降信号采集模块、上升信号采集模块以及自动信号采集模块，上述各个模块均通过光耦隔离后连接控制模块的输入端；各种控制信号模块丰富了控制模块的控制功能，通过光耦隔离实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响。

进一步，一种使用等离子弧压调高系统的方法，包括以下步骤：

S1、控制模块接收到启动信号；

S2、驱动执行模块降低割具高度；

S3、检测到碰撞信号后升高割具至引弧高度；

S4、控制等离子切割机起弧；

S5、升高割具至穿孔高度；

S6、经穿孔延时后降低割具至定位高度；

S7、开始行走并采集弧压信号作为基准；

S8、实时采集弧压信号，与基准值进行比较，并驱动执行模块动作；

S9、接到停止信号后关闭等离子切割机，升高割具。

本方法在每次引弧工作时都会重新采集弧压数据作为新的基准，这就涵盖了因易耗件损耗而引起的弧压误差，使切割质量得到提高。

本发明的有益效果：本发明提供一种等离子弧压调高系统及其使用方法，不用预先设置工作弧压，而是在开始切割的很短时间内，由控制模块自动采集合适的工作弧压并保存，切割工作中就以这个数据作为基准来调节割具高度，操作方便，工作效率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的电路原理图；

图3是本发明的工作过程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-3所示，本发明提供的一种等离子弧压调高系统，包括

信号模块，用于采集弧压信号和多种控制信号；

光耦模块，用于对信号模块采集信号的单向传输，完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出隔离的作用，光耦模块的输入端连接信号模块；

控制模块，用于读取、存贮和处理经光耦模块传输后的采集信号，控制模块采用8位的MCU，不妨使用STC89C52RC，MCU的输入端连接光耦模块的输出端；

驱动模块，用于将MCU的输出信号转换为驱动信号输出，驱动模块用2110电机专用芯片，2110电机专用芯片的输入端连接MCU的输出端；

执行模块，用于执行调高动作，执行模块为直流永磁有刷电机，直流永磁有刷电机连接2110电机专用芯片的输出端。MCU通过脉宽调制加换相的方式控制直流永磁有刷电机执行调高动作，脉宽调制的占空比决定割具升降的速度，换相可以决定割具的运动方向(升或降)。在一些要求较高的场合，也可以输出脉冲来控制伺服电机执行调高动作。

在工作开始前，不需要设置基准弧压，只要在信号模块上设置“定位高度”和“穿孔时间”即可，也可以由专家系统自动生成这两个数据。调高器内置的MCU在待机状态下就会不断地读取、刷新这两个数据，经模/数转换后保存待用。调高器从CNC数控系统得到启动指令，开始进入工作状态(工作过程见图3)。MCU输出的换相+脉宽调制信号驱动电机使割具全速向下运动(为了使2110芯片的自举式升压电路能正常工作，这里留了10％的死区，所以这里的全速是指占空比90％)，当触到切割工件时，“碰撞”传感器会动作。当MCU得到“碰撞”信号后输出的换相+脉宽调制信号驱动电机使割具半速向上运动，延时一定时间后停止。延时的时间根据待机时读到的“定位高度”计算得到，具体可以用以下方式：

式中：t：延时时间；

K：与安装割具的机头的机械结构有关的常数；

D：MCU读取的“定位高度”经模/数转换后的值；

H：等离子切割机的最大引弧高度；

V：调高电机的额定转速；

U：MCU模/数转换的基准电压。

然后，调高器向等离子切割机发出起弧指令，等离子切割机开始工作。此时调高器不断地检测、更新弧压值，当弧压从220VDC以上降到180VDC以下时，判断为引弧成功，则MCU输出的换相+脉宽调制信号驱动电机使割具半速上升，延时一定时间后停止，这个延时时间可以取(式1)的1.2至1.5倍，也可以从专家系统获得，以上的这个过程称为“定位穿孔”。之后,调高器要等待等离子切割机割穿工件，这个等待时间就是“穿孔时间”，这个数据也是在待机时读到的预选设定的值，实际延时时间可以从下式计算得到：

式中：t：延时时间；

C：MCU读取的“穿孔时间”经模/数转换后的值；

T：等离子切割机的最大穿孔时间；

U：MCU模/数转换的基准电压。

“穿孔”过程结束后，MCU输出的换相+脉宽调制信号驱动电机使割具全速下降，下降时间取(式1)的一半；然后，调高器向CNC数控系统发出“成功报告”。CNC数控机床开始“行走”。此时，MCU读取实时的弧压值，经模/数转换后保存，作为弧压基准使用。整个采集和存贮过程耗时不超过30uS,不会影响其它工作流程。为了使数据更加准确，在采集时间要求不高的情况下，可以采集多次弧压值，取平均值作为基准；也可以将采集数据与等离子厂家所提供的参考数据进行加权平均作为基准值。

之后，调高器进入真正的“调高”状态。MCU不断地采集弧压(采集周期小于1mS),采集到的数据与弧压基准进行比较，当实时采集到的弧压值大于弧压基准时，通过换相的方式控制电机转向使割具下降；反之，则控制割具上升。其上升与下降的速度用脉宽调制占空比来控制，具体分为两种情况：

1、当实测弧压与基准弧压之差小于等于10V时，脉宽调制占空比随着压差的增大而增加。具体算法可以在40％至90％之间按等差数列方式分级输出。若电机生产厂家提供其它建议的，可参考厂家的建议。

2、当实测弧压与基准弧压之差大于10V时，脉宽调制最大输出(90％)。

当调高器接收到来自CNC数控的停止信号时，MCU会关闭等离子切割机，并控制调高电机把割具上升至最高限位处，然后，调高器进入待机状态。

整个主函数周期大约为250uS,在这过程中，“碰撞”信号是最高优先级，当检测到“碰撞”时，MCU将无条件控制割具全速向上运动，而忽略其它信号。“手动升/降”信号是第二优先级，并且“手动上升”优于“手动下降”。另外，在整个过程中，当检测到弧压大于220V或小于90V时，将判断为异常，调高器会关闭等离子切割机，向CNC数控系统发出故障代码，而后进入待机状态。

如图2所示，信号模块包括弧压信号采集模块、碰撞信号采集模块、切割信号采集模块、定位信号采集模块、下降信号采集模块、上升信号采集模块以及自动信号采集模块，上述各个模块均通过光耦隔离后连接MCU的输入端；各种控制信号模块丰富了MCU的控制功能，通过光耦隔离实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响。

如图3所示，一种使用等离子弧压调高系统的方法，包括以下步骤：

S1、MCU接收到启动信号；

S2、驱动直流永磁有刷电机降低割具高度；

S3、检测到碰撞信号后升高割具至引弧高度；

S4、控制等离子切割机起弧；

S5、升高割具至穿孔高度；

S6、经穿孔延时后降低割具至定位高度；

S7、开始行走并采集弧压信号作为基准；

S8、实时采集弧压信号，与基准值比较，并驱动直流永磁有刷电机动作；

S9、接到停止信号后关闭等离子切割机，升高割具。

本方法在每次引弧工作时都会重新采集弧压数据作为新的基准，这就涵盖了因易耗件损耗而引起的弧压误差，使切割质量得到提高。

本发明提供一种等离子弧压调高系统及其使用方法，不用预先设置工作弧压，而是在开始切割的很短时间内，由MCU自动采集合适的工作弧压并保存，切割工作中就以这个数据作为基准来调节割具高度，操作方便，工作效率高。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种等离子弧压调高系统的使用方法，其特征在于：系统包括：

信号模块，用于采集弧压信号和多种控制信号；

所述信号模块包括弧压信号采集模块、碰撞信号采集模块、切割信号采集模块、定位信号采集模块、下降信号采集模块、上升信号采集模块以及自动信号采集模块，上述各个模块均通过光耦隔离后连接控制模块的输入端；

光耦模块，用于对所述信号模块采集信号的单向传输，完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出隔离的作用，所述光耦模块的输入端连接所述信号模块；

控制模块，用于读取、存贮和处理经所述光耦模块传输后的采集信号，所述控制模块的输入端连接所述光耦模块的输出端；

驱动模块，用于将所述控制模块的输出信号转换为驱动信号输出，所述驱动模块的输入端连接所述控制模块的输出端；

执行模块，用于执行调高动作，所述执行模块连接所述驱动模块的输出端；

使用方法包括以下步骤：

S1、所述控制模块接收到启动信号；

S2、驱动所述执行模块降低割具高度；

S3、检测到碰撞信号后升高割具至引弧高度；

S4、控制等离子切割机起弧；

S5、升高割具至穿孔高度；

S6、经穿孔延时后降低割具至定位高度；

延时的时间根据待机时读到的“定位高度”计算得到，公式如下：

式中：t：延时时间；

K：与安装割具的机头的机械结构有关的常数；

D：MCU读取的“定位高度”经模/数转换后的值；

H：等离子切割机的最大引弧高度；

V：调高电机的额定转速；

U：MCU模/数转换的基准电压；

调高器向等离子切割机发出起弧指令，等离子切割机开始工作，调高器不断地检测、更新弧压值，当弧压从220VDC以上降到180VDC以下时，判断为引弧成功；

S7、开始行走并采集弧压信号作为基准；

S8、实时采集弧压信号，与基准值进行比较，并驱动所述执行模块动作；

S9、接到停止信号后关闭等离子切割机，升高割具。

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