CN117032087B - 一种多割炬数控切割机的控制方法、控制系统、控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多割炬数控切割机的控制方法，应用于切割机控制器技术领域，通过切割机控制器控制站点内的设备，实现多割炬和单割炬之间工作方式的切换和控制，实现多割炬之间的加工工艺同步控制和单割炬的单体控制。提供一种多割炬数控切割机的控制系统，用于实现上述多割炬数控切割机的控制方法，控制系统包括表现层、应用层、设备驱动层和硬件层。提供一种多割炬数控切割机的控制器，包括上述的多割炬数控切割机的控制系统，所述控制器包括显示面板和操作按钮。基于嵌入式平台开发，实现了多割炬的配置、管理和使用，能够实现多个割炬之间工艺的同步，也可以实现割炬的单体控制，极大的优化了系统的复杂度和使用流程。

Description

一种多割炬数控切割机的控制方法、控制系统、控制器
技术领域
本发明属于切割机控制器技术领域，具体涉及一种多割炬数控切割机的控制方法、控制系统、控制器。
背景技术
数控切割机目前被广泛应用于大型船舶、海洋工程、轨道车辆、工程机械等领域。火焰工艺在厚板切割中具有良好的经济效益，而在中薄板切割中，等离子工艺的切割效率具有一定优势。面对客户复杂的使用场景，传统的单割炬数控系统已经不能覆盖用户复杂的业务需求。
传统的单割炬切割往往同一时间只能控制一把割枪，对于单个较大板材重复切割时，切割效率很低。而现有的多割炬方案，数控系统需要外部控制电路配合PLC实现多割炬控制，所以其使用流程较为复杂，成本高；此外，对于割炬数量的配置调节，需要调整接线以及硬件配置，十分不便；且现有的多割炬方案对于每把枪当前切割状态和效果没有直观的展示，只能通过目测去看实际切割的情况，不便于操作人员的使用。
发明内容
鉴于现有技术中存在上述问题，本发明的目的是提供一种多割炬数控切割机的控制方法、控制系统、控制器，基于嵌入式平台开发，实现了多割炬的配置、管理和使用，能够实现多个割炬之间工艺的同步，也可以实现割炬的单体控制，极大的优化了系统的复杂度和使用流程。
一种多割炬数控切割机的控制方法，通过切割机控制器控制站点内的设备，实现多割炬和单割炬之间工作方式的切换和控制，实现多割炬之间的加工工艺同步控制和单割炬的单体控制；
具体包括如下步骤：
设置运动轴的参数，实现运动轴的运动同步；所述运动轴与割炬连接，用于带动割炬移动；
配置站点参数；所述站点是实现工件加工所需设备的集合；
导入加工文件；所述加工文件为控制代码；
根据配置的站点信息启用使能站点中的割枪，实现多割炬或单割炬切割；
执行加工文件命令后割炬复位，结束加工。
优选的，所述配置站点参数，具体包括如下步骤：
根据需求配置与所需加工割炬数量相同的站点数量；
配置各站点内的加工模式；所述加工模式为加工工艺的组合，包括加工工艺的一种或多种；
配置站点的使能状态，为站点供能。
优选的，所述切割机控制器与站点设备之间通过I/O接口或CAN总线通信，通过I/O接口通信时，站点配置相应的输入输出口的功能；通过CAN总线通信时，站点配置相应的报文协议。
优选的，所述切割机控制器与站点设备之间通过I/O接口通信时，配置站点参数的步骤还包括在配置各站点内的加工模式后计算、配置所有站点所需的升降体数量并对各升降体进行编号，然后配置各升降体对应的I/O接口；所述升降体包括独立升降体和公共升降体。
优选的，所述加工工艺包括等离子切割工艺和火焰切割工艺，一个站点内相同的加工工艺只能存在一个；
所述加工工艺包括组合一、组合二和组合三，所述组合一为一个等离子切割工艺和一个火焰切割工艺的组合，组合二为一个火焰切割工艺，组合三为一个等离子切割工艺；
所述组合一中等离子切割工艺的等离子割炬、火焰切割工艺的氧燃气割炬共同与一个公共升降体连接，或分别与独立升降体连接。
优选的，计算、配置所有站点所需的升降体数量并对各升降体进行编号后，根据需求配置对应的加工设备并编号，所述加工设备包括调高器、等离子电源。
本发明的第二个目的在于，提出一种多割炬数控切割机的控制系统，用于实现上述多割炬数控切割机的控制方法，所述控制系统包括表现层、应用层、设备驱动层和硬件层，所述应用层包括用于实现软件逻辑的运动控制模块，所述设备驱动层包括USB驱动模块、电机驱动模块和通信驱动模块。
优选的，所述运动控制模块的工作流程包括如下步骤：运动控制模块接收控制系统的运动指令后，运动控制模块采集运动轴的信息并通过编码器进行编码再传输至反馈器中，使反馈器向规划器、插补器分别传输反馈信号；
运动控制模块控制规划器对运动命令进行规划，控制插补器对规划后的数据进行插值，再将插值后的数据传输至伺服驱动器中，使伺服驱动器控制电机，从而通过电机控制相应的运动轴。
优选的，所述硬件层包括用于运行应用程序的嵌入式微处理器、用于存储应用程序的存储器、用于加工文件的导入导出USB接口、用于实现人机交互LCD/VGA显示装置和用于实现总线通讯总线通讯芯片。
本发明的第三个目的在于，提出一种多割炬数控切割机的控制器，包括上述的多割炬数控切割机的控制系统，所述控制器包括显示面板和操作按钮，所述控制器配置有OPC-UA协议，用于数据传输，实现远程监控控制系统的实时数据和运行状态。
本发明的有益效果是：该多割炬数控切割机的控制方法、控制系统、控制器，基于嵌入式平台开发，实现了多割炬的配置、管理和使用，能够自由、灵活的配置每个割炬的详细工艺参数。可以实现多个割炬之间工艺的同步，也可以实现割炬的单体控制，极大的优化了系统的复杂度和使用流程。通过实时操作系统，可以在切割过程中实时获取外部设备的状态，通过界面或OPCUA进行反馈并进行有效的控制，不仅让用户对当前多把枪的加工状态有更加直观的了解，而且还能够提升切割效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的控制方法的流程图；
图2是本发明的站点配置的流程图；
图3是本发明的升降体与割炬配置的分类图；
图4是本发明切换加工模式的流程图；
图5是本发明的总线配置的示例图；
图6是本发明多割炬同步的流程图；
图7是本发明火焰穿孔的流程图；
图8是本发明等离子穿孔的流程图；
图9是本发明的控制系统的层级结构示意图；
图10是本发明的运动控制模块的工作流程图。
具体实施方式
实施例一
一种多割炬数控切割机的控制方法，通过切割机控制器控制站点内的设备，实现多割炬和单割炬之间工作方式的切换和控制，实现多割炬之间的加工工艺同步控制和单割炬的单体控制。
切割机控制器支持两种方式的站点配置，分别为IO类型和总线类型，即切割机控制器与站点设备之间可以通过I/O接口或CAN总线实现通信，传输数据。
一方面，切割机控制器与站点设备之间通过CAN总线通信时，站点需要配置相应的报文协议。切割机控制器通过CAN总线连接站点的调高器后，则不需要配置升降体的相关参数，升降体的升降全部通过CAN总线控制调高器执行。此时，该多割炬数控切割机的控制方法，具体包括如下步骤：
如图1所示，设置运动轴的参数，实现运动轴的运动同步；运动轴与割炬连接，用于带动割炬移动；运动轴的参数包括运动轴的速度、加速度和脉冲当量等。
手动运动电机、调整机床坐标系方向至适宜位置处。
配置站点参数，其中站点是实现工件加工所需设备的集合，站点可以实现工件加工的多割炬切割，提高生产效率。
导入加工文件，加工文件为控制代码。
根据配置的站点信息启用使能站点中的割枪，实现多割炬或单割炬切割。
执行加工文件命令后割炬复位，结束加工。
如图2所示，其中，配置站点参数，具体包括如下步骤：
根据需求配置与所需加工割炬数量相同的站点数量。
配置各站点内的加工模式，加工模式为加工工艺的组合，包括加工工艺的一种或多种。
配置站点的使能状态，为站点供能。
在一个具体实施例中，配置三个站点时，三个调高器与控制器的接线如图5所示。
另一方面，切割机控制器与站点设备之间通过I/O接口通信时，站点需要配置相应的输入输出口的功能，包括升降体的升降、输出功能中的起弧、输入功能中的穿孔等功能。此时，该多割炬数控切割机的控制方法，具体包括如下步骤：
如图1所示，设置运动轴的参数，实现运动轴的运动同步；运动轴与割炬连接，用于带动割炬移动；运动轴的参数包括运动轴的速度、加速度和脉冲当量等。
手动运动电机、调整机床坐标系方向至适宜位置处。
配置站点参数，其中站点是实现工件加工所需设备的集合。
导入加工文件，加工文件为控制代码。
根据配置的站点信息启用使能站点中的割枪，实现多割炬或单割炬切割。
执行加工文件命令后割炬复位，结束加工。
如图2所示，其中，配置站点参数，具体包括如下步骤：
根据需求配置与所需加工割炬数量相同的站点数量。
配置各站点内的加工模式，加工模式为加工工艺的组合，包括加工工艺的一种或多种。
计算、配置所有站点所需的升降体数量并对各升降体进行编号。
配置各升降体对应的I/O接口，升降体包括独立升降体和公共升降体。
根据需求配置对应的加工设备并编号，加工设备包括调高器、等离子电源。
配置站点的使能状态，为站点供能。
具体的，加工工艺包括等离子切割工艺和火焰切割工艺，一个站点内相同的加工工艺只能存在一个。
加工工艺包括组合一、组合二和组合三，组合一为一个等离子切割工艺和一个火焰切割工艺的组合，组合二为一个火焰切割工艺，组合三为一个等离子切割工艺。
其中，组合二、组合三中各包括一个切割工艺，则必然需要配置一个独立升降体，从而带动对应割炬运动，而由于组合一中包括两种切割工艺，因此组合一中等离子切割工艺的等离子割炬、火焰切割工艺的氧燃气割炬可以共同与一个公共升降体连接，也可以分别与独立升降体连接。
如图3所示，具体的，升降体与站点内加工工艺中割炬的配置关系包括四种：第一种为一个等离子割炬和一个氧燃气割炬配置一个公共升降体；第二种为一个氧燃气割炬配置一个独立升降体；第三种为一个等离子割炬配置一个独立升降体；第四种为一个等离子割炬和一个氧燃气割炬分别配置一个独立升降体。
当离子切割工艺的等离子割炬、火焰切割工艺的氧燃气割炬分别与独立升降体连接时，需要对两个升降体分别配置，在加工过程中，控制器会根据当前的加工工艺，自动切换加工工艺所对应的升降体。
如图4所示，控制器切换加工工艺的过程具体包括如下步骤：
判断当前站点是否配置了相应的加工工艺若未配置则禁用该站点，若配置了相应的加工模式，则判断当前站点是否使能，若未使能则禁用该站点，若使能则启用该站点。
多割炬同时加工时，每个割炬的移动轨迹是相同并且同步的，其控制每个割炬的运动轴的运动也是相同的，所以在控制切割的过程中，需要实现的是各割炬切割的同步。多割炬同步过程包括各个割炬的启动同步、穿孔同步和停止切割的同步。
如图6所示，具体的同步过程如下：
各割炬同步启动后，各割炬穿孔时，判断是否存在割炬产生的报警信号，若不存在报警信号则正常执行切割流程；若存在报警信号则记录报警的具体割炬编号和报警信息；暂停切割，并使未发生异常的割炬执行退出穿孔动作；提示报警的割炬编号和报警信息。
由于离子切割工艺、火焰切割工艺不同，因此割炬在穿孔过程中存在不同。
如图7所示，氧燃气割炬穿孔流程包括如下步骤：
判断各割炬是否有报警信号，若不存在报警信号则向割炬发送允许穿孔命令，若存在报警信号则暂停切割；
割炬接收允许穿孔命令后各自执行穿孔操作，并向控制系统发送穿孔完成信号，然后等待控制系统指令；
判断是否存在割炬穿孔失败信号，若存在则暂停切割，若不存在则判断控制系统是否收到所有割炬穿孔完成的信号，若控制系统收到所有割炬穿孔完成的信号则开始执行切割操作，若控制系统未收到所有割炬穿孔完成的信号则继续等待接收信号，直至收到所有割炬穿孔完成的信号，开始执行切割操作。
如图8所示，等离子割炬穿孔流程包括如下步骤：
判断各割炬是否有报警信号，若不存在报警信号则向割炬发送定位命令，若存在报警信号则暂停切割；
割炬接收定位命令后各自执行定位流程，完成后向控制系统发送定位完成信号，然后等待控制系统指令；
判断是否存在割炬定位失败信号，若存在则暂停切割，若不存在则判断控制系统是否收到所有割炬定位完成的信号，若控制系统收到所有割炬定位完成的信号则控制各割炬进行起弧穿孔操作，若控制系统未收到所有割炬定位完成的信号则继续等待接收信号，直至收到所有割炬定位完成的信号，控制各割炬进行起弧穿孔操作；
各割炬执行各自的起弧穿孔流程，并向控制系统发送穿孔完成信号，然后等待控制系统指令；
判断是否存在割炬穿孔失败信号，若存在则暂停切割，若不存在则判断控制系统是否收到所有割炬穿孔完成的信号，若控制系统收到所有割炬穿孔完成的信号则开始执行切割操作，若控制系统未收到所有割炬穿孔完成的信号则继续等待接收信号，直至收到所有割炬穿孔完成的信号，开始执行切割操作。
实施例二
如图9所示，本发明的第二方面，提出了一种多割炬数控切割机的控制系统，用于实现上述多割炬数控切割机的控制方法，所述控制系统包括表现层、应用层、设备驱动层和硬件层，所述应用层包括用于实现软件逻辑的运动控制模块，所述设备驱动层包括USB驱动模块、电机驱动模块和通信驱动模块。设备驱动层用于对硬件进行初始化和管理，并向上提供良好的访问接口。
如图10所示，运动控制模块的工作流程包括如下步骤：运动控制模块接收控制系统的运动指令后，运动控制模块采集运动轴的信息并通过编码器进行编码再传输至反馈器中，使反馈器向规划器、插补器分别传输反馈信号；
运动控制模块控制规划器对运动命令进行规划，控制插补器对规划后的数据进行插值，再将插值后的数据传输至伺服驱动器中，使伺服驱动器控制电机，从而通过电机控制相应的运动轴。
硬件层包括用于运行应用程序的嵌入式微处理器、用于存储应用程序的存储器、用于加工文件的导入导出USB接口、用于实现人机交互LCD/VGA显示装置和用于实现总线通讯总线通讯芯片。
实施例三
本发明的第三方面，提出了一种多割炬数控切割机的控制器，包括上述的多割炬数控切割机的控制系统，所述控制器包括显示面板和操作按钮，所述控制器配置有OPC-UA协议，用于数据传输，实现远程监控控制系统的实时数据和运行状态。显示面板能够看到所有站点的主要状态和相关参数，使用户对当前多把枪的加工状态有更加直观的了解。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多割炬数控切割机的控制方法，其特征在于，通过切割机控制器控制站点内的设备，实现多割炬和单割炬之间工作方式的切换和控制，实现多割炬之间的加工工艺同步控制和单割炬的单体控制；
具体包括如下步骤：
设置运动轴的参数，实现运动轴的运动同步；所述运动轴与割炬连接，用于带动割炬移动；
配置站点参数；所述站点是实现工件加工所需设备的集合；
导入加工文件；所述加工文件为控制代码；
根据配置的站点信息启用使能站点中的割枪，实现多割炬或单割炬切割；
执行加工文件命令后割炬复位，结束加工；
所述配置站点参数，具体包括如下步骤：
根据需求配置与所需加工割炬数量相同的站点数量；
配置各站点内的加工模式；所述加工模式为加工工艺的组合，包括加工工艺的一种或多种；
配置站点的使能状态，为站点供能。
2.根据权利要求1所述的多割炬数控切割机的控制方法，其特征在于，所述切割机控制器与站点设备之间通过I/O接口或CAN总线通信，通过I/O接口通信时，站点配置相应的输入输出口的功能；通过CAN总线通信时，站点配置相应的报文协议。
3.根据权利要求2所述的多割炬数控切割机的控制方法，其特征在于，所述切割机控制器与站点设备之间通过I/O接口通信时，配置站点参数的步骤还包括在配置各站点内的加工模式后计算、配置所有站点所需的升降体数量并对各升降体进行编号，然后配置各升降体对应的I/O接口；所述升降体包括独立升降体和公共升降体。
4.根据权利要求3所述的多割炬数控切割机的控制方法，其特征在于，所述加工工艺包括等离子切割工艺和火焰切割工艺，一个站点内相同的加工工艺只能存在一个；
所述加工工艺包括组合一、组合二和组合三，所述组合一为一个等离子切割工艺和一个火焰切割工艺的组合，组合二为一个火焰切割工艺，组合三为一个等离子切割工艺；
所述组合一中等离子切割工艺的等离子割炬、火焰切割工艺的氧燃气割炬共同与一个公共升降体连接，或分别与独立升降体连接。
5.根据权利要求3所述的多割炬数控切割机的控制方法，其特征在于，计算、配置所有站点所需的升降体数量并对各升降体进行编号后，根据需求配置对应的加工设备并编号，所述加工设备包括调高器、等离子电源。
6.一种多割炬数控切割机的控制系统，其特征在于，用于实现如权利要求1至5中任一项所述多割炬数控切割机的控制方法，所述控制系统包括表现层、应用层、设备驱动层和硬件层，所述应用层包括用于实现软件逻辑的运动控制模块，所述设备驱动层包括USB驱动模块、电机驱动模块和通信驱动模块。
7.根据权利要求6所述的多割炬数控切割机的控制系统，其特征在于，所述运动控制模块的工作流程包括如下步骤：运动控制模块接收控制系统的运动指令后，运动控制模块采集运动轴的信息并通过编码器进行编码再传输至反馈器中，使反馈器向规划器、插补器分别传输反馈信号；
运动控制模块控制规划器对运动命令进行规划，控制插补器对规划后的数据进行插值，再将插值后的数据传输至伺服驱动器中，使伺服驱动器控制电机，从而通过电机控制相应的运动轴。
8.根据权利要求6所述的多割炬数控切割机的控制系统，其特征在于，所述硬件层包括用于运行应用程序的嵌入式微处理器、用于存储应用程序的存储器、用于加工文件的导入导出USB接口、用于实现人机交互LCD/VGA显示装置和用于实现总线通讯总线通讯芯片。
9.一种多割炬数控切割机的控制器，其特征在于，包括如权利要求6至8中任一项所述的多割炬数控切割机的控制系统，所述控制器包括显示面板和操作按钮，所述控制器配置有OPC-UA协议，用于数据传输，实现远程监控控制系统的实时数据和运行状态。
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