CN112689375A - 一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法；采用可编程控制器控制四个伺服电机来控制等离子加热枪以原点为中心单边任意距离循环运动来对钛液进行二次精炼，在运动过程中以终点位置作为触发条件可调节运动速度；并且通过辅以上位机触摸屏对运动状态实时监控，同时辅以摇杆开关对等离子枪手动控制。本发明采用的控制方法能够在低成本下控制伺服电机进行可变速多轴控制，能够有效的提高钛粉的产量和质量。
Description
技术领域
本发明涉及钛液精炼技术领域，具体为一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法。
背景技术
钛合金作为一种新型合金，根据其优良的力学性能，应用于航空航天发动机领域，同时也是一种新型载体材料，被广泛用于航空航天、航海、化工、发电、汽车、体育休闲、医疗等领域。钛及钛合金具有耐蚀性好、比强度高、弹性模量较低、耐疲劳、生物相容性好等特点。其中生物相容性这一特点使其与其它金属相比具有独特的优势，因此在医学领域获得广泛青睐。钛及其合金具有极强的化学活性，在熔融状态下几乎会与所有已知的耐火材料发生化学反应生成化合物。因此，需要对熔融后的钛液进行精炼处理。
目前进行运动控制一般采用运动控制卡，运动控制卡是基于PC总线，利用高性能微处理器(如DSP)及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡，包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能；运动控制卡主要有三种：基于单片机、专用芯片和DSP，基于单片机的运动控制卡：主要有输出脉冲速度慢、精度低的缺点；基于专用芯片(ASIC、FPGA)的运动控制卡：主要有开放性差，不能定制，板上没有缓冲区，Windows环境下的小线段加工的连续性难以保证的缺点。基于DSP的运动控制卡：主要有价格较高，二次开发比较复杂的缺点。该控制方法控制缺点会导致无法有效的提高后续钛粉加工质量，因此，有必要进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法，其方法在于：在钛粉的制备过程中，钛棒经过真空熔炼室熔炼，进入精炼室内的水冷铜坩埚内，在坩埚上部安装等离子枪对钛液精炼；等离子枪安装多个伺服电机：X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z1伺服电机和Z2伺服电机，每一个轴安装有三个位置检测开关，通过可编程控制器PLC控制伺服驱动器驱动伺服电机，上位机触摸屏实时监控运行状态，并且通过摇杆开关手动控制等离子枪运动，以此组成等离子枪多轴运动控制系统；实现等离子枪以原点为中心单边任意距离速度可调的多轴同步循环运动。
具体包括：为实现精准定位，采用高性能伺服驱动器和伺服电机，并且伺服驱动器采用位置控制模式。同时运用PLC的延时中断功能可以快速高效反应断开PLC的高速脉冲输出。
所述伺服电机均带有抱闸功能，因等离子枪在运动过程中存在大惯性和无支撑的情况，采用抱闸功能可确保运行过程中的安全性。且所述上位机运用MCGS触摸屏，通过MODBUS协议和伺服驱动器通讯以及以太网协议与PLC互联，实时监控伺服电机速度、距离和运动状态。
所述摇杆开关手动控制等离子枪，具体是各轴控制均配有摇杆开关，同时配合位置检测开关，可以实现安全范围距离内等离子枪任意运动。
所述等离子枪以原点为中心单边任意距离速度可调的多轴同步循环运动具体控制方法是指：钛液精炼等离子枪在X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z1轴伺服电机和Z2轴伺服电机的作用下，从原点出发向右运动，同时等离子枪在Z1轴伺服电机Z2轴伺服电机控制下向下运动10mm，以确保等离子火炬与坩埚中熔化钛液充分接触；当等离子枪运动到单边设定位置终点，开始换向向左运动同时等离子枪向上运动10mm，当触碰到原点位置开关等离子枪继续向左运动，且变为向下运动10mm，一直运动到单边距离终点，开始换向向右运动且伴随着向上向下运动10mm，直到位置终点重新换向运动，实现循环精炼运动，同时以距离终点为触发条件可以改变运动速度。
所述多轴同步控制具体是指：设置单边运动距离和运动速度参数，控制PLC发送脉冲和方向至X轴伺服驱动器驱动X轴伺服电机匀速运行，并将速度参数传输至Y轴和Z1Z2轴伺服驱动器；Y轴伺服驱动器根据X轴伺服驱动器传输的速度参数和设定的距离，通过PLC发送脉冲和方向至Y轴伺服驱动器驱动Y轴伺服电机其跟随X轴电机运行；Z1Z2轴伺服驱动器根据X轴伺服驱动器传输的速度参数和设定的距离参数计算同步速度，通过PLC发送脉冲和方向至Z1Z2轴伺服驱动器驱动Z1轴伺服电机Z2轴伺服电机其跟随X轴电机运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用PLC作为主控制器实现多轴同步速度可调运动，能够实现等离子精炼枪的连续循环运动，对坩埚内的钛液进行二次精炼。在具备可靠性和快速性的同时，又具有低成本和普遍性，能够提高钛粉加工质量。
附图说明
图1为本发明控制原理图。
图2为本发明等离子枪控制结构图。
图3为本发明控制流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法，其方法在于：在钛粉的制备过程中，钛棒经过真空熔炼室熔炼，进入精炼室内的水冷铜坩埚内，在坩埚上部安装等离子枪对钛液精炼；等离子枪安装多个伺服电机：X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z1伺服电机和Z2伺服电机，每一个轴安装有三个位置检测开关，通过可编程控制器PLC控制伺服驱动器驱动伺服电机，上位机触摸屏实时监控运行状态，并且通过摇杆开关手动控制等离子枪运动，以此组成等离子枪多轴运动控制系统；实现等离子枪以原点为中心单边任意距离速度可调的多轴同步循环运动。
具体包括：为实现精准定位，采用高性能伺服驱动器和伺服电机，并且伺服驱动器采用位置控制模式。同时运用PLC的延时中断功能可以快速高效反应断开PLC的高速脉冲输出。
所述伺服电机均带有抱闸功能，因等离子枪在运动过程中存在大惯性和无支撑的情况，采用抱闸功能可确保运行过程中的安全性。且所述上位机运用MCGS触摸屏，通过MODBUS协议和伺服驱动器通讯以及以太网协议与PLC互联，实时监控伺服电机速度、距离和运动状态。
所述摇杆开关手动控制等离子枪，具体是各轴控制均配有摇杆开关，同时配合位置检测开关，可以实现安全范围距离内等离子枪任意运动。
所述等离子枪以原点为中心单边任意距离速度可调的多轴同步循环运动具体控制方法是指：钛液精炼等离子枪在X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z1轴伺服电机和Z2轴伺服电机的作用下，从原点出发向右运动，同时等离子枪在Z1轴伺服电机Z2轴伺服电机控制下向下运动10mm，以确保等离子火炬与坩埚中熔化钛液充分接触；当等离子枪运动到单边设定位置终点，开始换向向左运动同时等离子枪向上运动10mm，当触碰到原点位置开关等离子枪继续向左运动，且变为向下运动10mm，一直运动到单边距离终点，开始换向向右运动且伴随着向上向下运动10mm，直到位置终点重新换向运动，实现循环精炼运动，同时以距离终点为触发条件可以改变运动速度。
所述多轴同步控制具体是指：设置单边运动距离和运动速度参数，控制PLC发送脉冲和方向至X轴伺服驱动器驱动X轴伺服电机匀速运行，并将速度参数传输至Y轴和Z1Z2轴伺服驱动器；Y轴伺服驱动器根据X轴伺服驱动器传输的速度参数和设定的距离，通过PLC发送脉冲和方向至Y轴伺服驱动器驱动Y轴伺服电机其跟随X轴电机运行；Z1Z2轴伺服驱动器根据X轴伺服驱动器传输的速度参数和设定的距离参数计算同步速度，通过PLC发送脉冲和方向至Z1Z2轴伺服驱动器驱动Z1轴伺服电机Z2轴伺服电机其跟随X轴电机运行。
Claims (8)
1.一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法，其特征在于：在钛粉的制备过程中，钛棒经过真空熔炼室熔炼，进入精炼室内的水冷铜坩埚内，在坩埚上部安装等离子枪对钛液精炼；等离子枪安装多个伺服电机：X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z1轴伺服电机和Z2轴伺服电机，每一个轴安装有三个位置检测开关，通过可编程控制器PLC控制伺服驱动器驱动伺服电机，上位机触摸屏实时监控运行状态，并且通过摇杆开关手动控制等离子枪运动，以此组成等离子枪多轴运动控制系统；实现等离子枪以原点为中心单边任意距离速度可调的多轴同步循环运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为实现精准定位，采用高性能伺服驱动器和伺服电机，并且伺服驱动器采用位置控制模式，并且运用PLC的延时中断功能可以快速高效反应断开PLC的高速脉冲输出。
3.根据权利要求1所述的一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法，其特征在于：所述伺服电机均带有抱闸功能，因等离子枪在运动过程中存在大惯性和无支撑的情况，采用抱闸功能可确保运行过程中的安全性。
4.根据权利要求1所述的一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法，其特征在于：所述上位机运用MCGS触摸屏，通过MODBUS协议和伺服驱动器通讯以及以太网协议与PLC互联，实时监控伺服电机速度、距离和运动状态。
5.根据权利要求1所述的一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法，其特征在于：所述摇杆开关手动控制等离子枪，具体是各轴控制均配有摇杆开关，同时配合位置检测开关，可以实现安全范围距离内等离子枪任意运动。
6.根据权利要求1所述的一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法，其特征在于：上位机设置好单边运动距离和运动速度且每个伺服电机处于原点位置开关，然后上位机输送启动命令给PLC，同时PLC开始发送高速脉冲至X轴伺服驱动器驱动X轴伺服电机运行；同时Y轴和Z1轴Z2轴跟随X轴同步运动，其中X轴电机控制等离子枪作左右运动，Y轴电机控制等离子枪作前后运动，Z1轴伺服电机和Z2轴伺服电机控制等离子枪作上下运动。
7.根据权利要求1所述的一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法，其特征在于：所述等离子枪以原点为中心单边任意距离速度可调的多轴同步循环运动具体控制方法是指：钛液精炼等离子枪在X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z1轴伺服电机和Z2轴伺服电机的作用下，从原点出发向右方位运动，同时等离子枪在Z1轴伺服电机Z2轴伺服电机控制下向下运动10mm，以确保等离子火炬与坩埚中熔化钛液充分接触；当等离子枪运动到单边设定位置终点，开始换向向左方位运动同时等离子枪向上运动10mm，当触碰到原点位置开关等离子枪继续向左方位运动，且变为向下运动10mm，一直运动到单边距离终点，开始换向向右方位运动且伴随着向上向下运动10mm，直到位置终点重新换向运动，实现循环精炼运动，同时以距离终点为触发条件可以改变运动速度。
8.根据权利要求1所述的一种低成本钛液精炼等离子枪的多轴变速调节同步控制方法，其特征在于：所述多轴同步控制具体是指：设置单边运动距离和运动速度参数，控制PLC发送脉冲和方向至X轴伺服驱动器驱动X轴伺服电机匀速运行，并将速度参数传输至Y轴和Z1Z2轴伺服驱动器；Y轴伺服驱动器根据X轴伺服驱动器传输的速度参数和设定的距离，通过PLC发送脉冲和方向至Y轴伺服驱动器驱动Y轴伺服电机其跟随X轴电机运行；Z1Z2轴伺服驱动器根据X轴伺服驱动器传输的速度参数和设定的距离参数计算同步速度，通过PLC发送脉冲和方向至Z1Z2轴伺服驱动器驱动Z1轴伺服电机Z2轴伺服电机其跟随X轴电机运行。
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