CN1538256A - 大功率轴快流co2激光器plc控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，采用可编程控制器(PLC)和进口的电气元件以及高精度探测元器件，通过触摸屏进行人机对话，实现了控制系统的全模块化、数字化。其控制方法包括如下步骤：检测激光器工作条件；开启激光器；抽真空；高压电源控制部分通电；打开进气阀和抽气调节阀；检查变频器的工作状态；启动风机，启动授权程序；关闭进气阀；根据智能耗气量程序确定耗气量；根据耗气量开、关调节阀；开高压电源指令；检查开高压授权；开高压电源，激光器准备好；激光功率调节及闭环反馈；激光器自检。本发明所述方法使激光器的功能更完全，控制性能更高，提高了系统的稳定性和可靠性。

Description

大功率轴快流CO2激光器PLC控制方法

技术领域

本发明涉及控制方法，尤其涉及一种大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法。

背景技术

大功率轴快流CO₂激光器是一种先进的千瓦级激光器，目前一般采用单片机或可编程控制器进行控制，但在控制系统中都存在模拟/数字电路板较多，可靠性差，无人机对话界面，功能不全，不易操作的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决所述背景技术存在的不足，提出一种能通过触摸屏进行人机对话的全模块化、数字化的大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，取消了所有的模拟/数字电路板，使控制系统功能更完全，控制性能更高，而出故障的可能性却大大降低，能长时间稳定工作，提高了系统的可靠性。

控制系统是保证激光器放电参数，光腔参数、温度控制、功率控制等关键参数稳定，自动调整和安全保护的关键技术。本发明采用德国西门子公司的可编程控制器PLC和进口的电气元件以及高精度探测元器件，通过触摸屏进行人机对话，实现了控制系统的全模块化、数字化。其控制方法包括如下步骤：

(1)、通电启动，检测激光器工作条件，包括：水流量、水温、各种工作气压、风机温度、电源相序、各处安全保护开关，如果工作条件正常，则转入下一步骤；如果不正常，则报警，并使激光器保持关机状态；

(2)、开启激光器；

(3)、开真空泵，抽真空；

(4)、延时打开快抽阀，当激光器谐振腔腔压小于等于真空到达压力时，转入下一步骤；当腔压大于真空到达压力时，快抽阀继续工作；

(5)、高压电源控制部分通电；

(6)、关闭快抽阀，打开进气阀和抽气调节阀，一定时间后关闭抽气调节阀；

(7)、当腔压大于等于风机启动气压时，转入下一步骤；当腔压小于风机启动气压时，进气阀继续进气；

(8)、检查变频器的工作状态，工作正常，转入下一步骤；工作不正常，则关闭激光器；

(9)、启动风机，启动授权程序；

(10)、当激光器谐振腔腔压大于等于工作气压时，转入下一步骤；否则返回步骤(9)；

(11)关闭进气阀；

(12)根据智能耗气量程序确定耗气量；

(13)根据耗气量开、关调节阀；

(14)开高压电源指令；

(15)检查开高压授权；

(16)开高压电源，激光器准备好。

在上述方法中，所述授权程序包括如下步骤：

(1)、风机速度到达额定转速时，分别检查光闸状态和电源工作状态；

(2)、当光闸正常时，授权开光闸；当光闸不正常时，关闭激光器；

(3)、当电源正常时，授权开高压；当电源不正常时，关闭激光器。

在上述方法中，所述智能耗气量程序包括如下步骤：

(1)、通电启动，计时开始；

(2)、当计时满30分钟，转入下一步骤；当计时未满30分钟，耗气量为最大值，转入步骤(5)；

(3)、检测激光功率；

(4)、根据不同的激光功率选取不同的耗气量；

(5)、耗气量赋值。

在上述方法中，对激光器功率调节及闭环反馈程序包括如下步骤：

(1)、进行功率调节时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、若有自检命令，则转激光器自检程序，否则转入下一步骤；

(3)、读取设定的功率值，并转换成控制激光器高压电源的相应控制值；

(4)、由PLC对实际激光输出功率进行检测；

(5)、与设定的功率值进行比较，若超过误差范围，则调整激光器的高压电源控制值，返回步骤(3)，使实际激光输出功率接近设定的功率值，实现闭环的功率反馈；否则返回步骤(4)。

在上述方法中，所述激光器谐振腔真空检测程序包括如下步骤：

(1)、进行真空检测时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、工作状态正常时，开始抽真空；

(3)、当抽到指定的真空压力时，停止抽真空，进行真空保持；

(4)、每隔一定时间，检测一次真空压力，记录并在触屏上以变化的曲线进行显示；

(5)、保持了预定的时间后，按起始压力与结束时的压力差，进行真空漏率计算。

(6)循环进行真空检测，直至接到中止检测命令。

在上述方法中，所述激光器回充程序包括如下步骤：

(1)、接收到回充指令时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、再检查风机是否完全停止；

(3)、工作状态正常时，打开回充阀，进行激光器保护气体回充；

(4)、当到达回充压力时，自动停止回充；否则返回步骤(3)。

在上述方法中，所述激光器快抽程序包括如下步骤：

(1)、接收到快抽指令时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、工作状态正常时，开真空泵；

(3)、延时开快抽阀进行抽真空，直至接到停止命令。

在上述方法中，所述激光器自检程序包括如下步骤：

(1)、接收到自检指令时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、工作状态正常时，分别以30％、60％和90％的激光输出功率运行一定的时间，对激光器的情况进行自我检查。

在上述方法中，所述激光点射程序包括如下步骤：

(1)、接收到点射指令时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、工作状态正常时，通过触摸屏人机对话，设定点射时间；

(3)、按设定的点射时间，打开激光器的电子光闸，完成点射。

在上述方法中，所述传感器校准程序包括如下步骤：

(1)、接收到传感器校准指令时，按指令选择要进行校准的传感器；

(2)、通过触摸屏人机对话，输入两个不同状态点的实测值，同时由PLC通过传感器，读入检测值；

(3)、按指定的程序计算出传感器检测值的转换参数，完成对传感器的校准。

本发明所述方法使PLC功能更完全，从而取代了以往激光器控制系统中不可缺少的进行信号监测和处理的模拟/数字电路板，使设备的控制性能大大提高，而出故障的可能性却大大降低，能长时间稳定工作，提高了系统的可靠性。全中文化的触摸屏人机界面，使激光器的操作非常直观、方便、可靠。

本发明所述方法具有如下功能：

●由触摸屏显示所有信息，并完成对控制系统的操作；

●测激光器冷却水流量、真空压力、机内温度、冷却水温度、风机温度；

●报警显示及故障关机；

●功率、耗气量设定及调节；

●激光器电源控制；

●激光器功率调节及反馈控制；

●外部信号处理；

●真空检测及图形显示；

●激光器回充与快抽；

●激光器中所有电气元件的控制；

●激光器工作计时；

●激光器中所有的传感器的自动校准；

●光闸控制；

●控制烧光斑；

●激光器自检；

智能化的充排气系统，与PLC控制系统相配合，根据激光器的运行情况，自动对激光器的耗气量进行实时和精密的自适应调节和控制，使激光器始终工作在最佳状态。

附图说明

图1是激光器工作主程序流程图。

图2是授权程序流程图。

图3是智能耗气量程序流程图。

图4是激光器功率调节及闭环反馈程序流程图。

图5是激光器谐振腔真空检测程序流程图。

图6是激光器回充程序流程图。

图7是激光器快抽程序流程图。

图8是激光器自检程序流程图。

图9是激光点射程序流程图。

图10是传感器校准程序流程图。

图11是本发明应用于3500W大功率轴快流CO₂激光器控制系统的PLC I/O功能表。

图12是图11中Siemens CPU224特定硬件I/O地址表。

具体实施方式

现以3500W大功率轴快流CO₂激光器控制系统为例来说明本发明的实施。采用西门子公司生产的可编程控制器(Siemens CPU224)及台达公司生产的触摸屏为主要元件，与外围电气元件和探测元件一起构成控制系统的硬件，开发出能实现前述功能的PLC和触摸屏软件，成功地实现了控制目标。PLC I/O功能表见图11，Siemens CPU224特定硬件I/O地址表见图12。其控制方法与前述方法相同。

Claims (10)

1、一种大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，包括如下步骤：

(1)、通电启动，检测激光器工作条件，包括：水流量、水温、各种工作气压、风机温度、电源相序、各处安全保护开关，如果工作条件正常，则转入下一步骤；如果不正常，则报警，并使激光器保持关机状态；

(2)、开启激光器；

(3)、开真空泵，抽真空；

(4)、延时打开快抽阀，当激光器谐振腔腔压小于等于真空到达压力时，转入下一步骤；当腔压大于真空到达压力时，快抽阀继续工作；

(5)、高压电源控制部分通电；

(6)、关闭快抽阀，打开进气阀和抽气调节阀，一定时间后关闭抽气调节阀；

(7)、当腔压大于等于风机启动气压时，转入下一步骤；当腔压小于风机启动气压时，进气阀继续进气；

(8)、检查变频器的工作状态，工作正常，转入下一步骤；工作不正常，则关闭激光器；

(9)、启动风机，启动授权程序；

(10)、当激光器谐振腔腔压大于等于工作气压时，转入下一步骤；否则返回步骤(9)；

(11)、关闭进气阀；

(12)、根据智能耗气量程序确定耗气量；

(13)、根据耗气量开、关调节阀；

(14)、开高压电源指令；

(15)、检查开高压授权；

(16)、开高压电源，激光器准备好。

2、按照权利要求1所述大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，

其特征是所述授权程序包括如下步骤：

(1)、风机速度到达额定转速时，分别检查光闸状态和电源工作状态；

(2)、当光闸正常时，授权开光闸；当光闸不正常时，关闭激光器；

(3)、当电源正常时，授权开高压；当电源不正常时，关闭激光器。

3、  按照权利要求1所述大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，

其特征是所述智能耗气量程序包括如下步骤：

(1)、通电启动，计时开始；

(2)、当计时满30分钟，转入下一步骤；当计时未满30分钟，耗气量为最大值，转入步骤(5)；

(3)、检测激光功率；

(4)、根据不同的激光功率选取不同的耗气量；

(5)、耗气量赋值。

4、按照权利要求1所述大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，

其特征是所述激光器功率调节及闭环反馈程序包括如下步骤：

(1)、进行功率调节时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、若有自检命令，则转激光器自检程序，否则转入下一步骤；

(3)、读取设定的功率值，并转换成控制激光器高压电源的相应控制值；

(4)、由PLC对实际激光输出功率进行检测；

(5)、与设定的功率值进行比较，若超过误差范围，则调整激光器的高压电源控制值，返回步骤(3)，使实际激光输出功率接近设定的功率值，实现闭环的功率反馈；否则返回步骤(4)。

5、按照权利要求1所述大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，

其特征是所述激光器谐振腔真空检测程序包括如下步骤：

(1)、进行真空检测时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、工作状态正常时，开始抽真空；

(3)、当抽到指定的真空压力时，停止抽真空，进行真空保持；

(4)、每隔一定时间，检测一次真空压力，记录并在触屏上以变化的曲线进行显示；

(5)、保持了预定的时间后，按起始压力与结束时的压力差，进行真空漏率计算。

(6)循环进行真空检测，直至接到中止检测命令。

6、按照权利要求1所述大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，

其特征是所述激光器回充程序包括如下步骤：

(1)、接收到回充指令时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、再检查风机是否完全停止；

(3)、工作状态正常时，打开回充阀，进行激光器保护气体回充；

(4)、当到达回充压力时，自动停止回充；否则返回步骤(3)。

7、按照权利要求1所述大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，

其特征是所述激光器快抽程序包括如下步骤：

(1)、接收到快抽指令时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、工作状态正常时，开真空泵；

(3)、延时开快抽阀进行抽真空，直至接到停止命令。

8、按照权利要求1所述大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，

其特征是所述激光器自检程序包括如下步骤：

(1)、接收到自检指令时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、工作状态正常时，分别以30％、60％和90％的激光输出功率运行一定的时间，对激光器的情况进行自我检查。

9、按照权利要求1所述大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，

其特征是所述激光点射程序包括如下步骤：

(1)、接收到点射指令时，首先进行激光器工作状态检查；

(2)、工作状态正常时，通过触摸屏人机对话，设定点射时间；

(3)、按设定的点射时间，打开激光器的电子光闸，完成点射。

10、按照权利要求1所述大功率轴快流CO₂激光器PLC控制方法，

其特征是所述传感器校准程序包括如下步骤：

(1)、接收到传感器校准指令时，按指令选择要进行校准的传感器；

(2)、通过触摸屏人机对话，输入两个不同状态点的实测值，同时由PLC通过传感器，读入检测值；

(3)、按指定的程序计算出传感器检测值的转换参数，完成对传感器的校准。

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