CN200997721Y - 数控等离子切割机用弧压自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种数控等离子切割机用弧压自动控制系统。接等离子电源两输出端的弧压信号隔离分压电路的隔离分压输出接弧压延时输入电路，弧压延时输入电路输出接到分压设定放大电路和弧压检测放大电路，分压设定放大电路和弧压检测放大电路分别接到单片机，单片机的输出PWM信号和控制信号接PWM驱动放大电路接直流电机。本实用新型电路简单、灵敏度和精度高、可靠性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种数控等离子切割的自动控制系统，尤其是一种同时具备电源隔离、弧压信号隔离分压、弧压延时输入、电机电流检测功能、多种初始定位、单片机控制、液晶显示人机界面的数控等离子切割机用弧压自动控制系统。
背景技术
在现代社会高速发展的今天，对薄板和铝合金、不锈钢以及其他有色金属的切割越来越多，对切割质量要求也越来越高，等离子切割的应用范围不断扩大，仅仅依靠手工切割和手工调节弧长的半自动切割难以满足切割质量和切割效率的要求。等离子弧压高度控制器利用某些等离子电源具有恒流的特性，在切割过程中，切割电流总是等于设定的电流，而切割的弧电压在固定的速度下跟随割炬与板材的高度变化而变化，当割炬与板材的高度增大时，弧电压上升；当割炬与钢板的高度减小时，弧电压下降。弧压高度控制器就是通过检测弧电压的变化，通过控制割炬的升降电机来控制割炬与板材的距离，使弧电压保持不变，割炬高度同时也保持不变。
目前，等离子切割等离子弧长自动控制来说，实现这些功能的方法有：电容检测跟踪和弧压检测跟踪。电容检测跟踪由于抗干扰性差，可靠性差和跟踪灵敏度低等问题，很少采用且一般只能用于100A一下等离子切割。而原有的弧压自动控制器功能简单，仅具备简单的弧压设定功能；抗干扰性能差，特别是应用于高频起弧的等离子电源时；不具备初始定位功能，难以实现全自动操作；不具备隔离和弧压延时输入，导致起弧时干扰严重，甚至影响正常使用；不具备防碰撞功能，当操作人员错误操作后不能有效保护割枪或焊枪；原有产品故障率高，工作不稳定。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电路简单、灵敏度和精度高、可靠性好的数控等离子切割机用弧压自动控制系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：包括弧压信号隔离分压电路、弧压延时输入电路、分压设定放大电路、弧压检测放大电路、单片机、PWM驱动放大电路、电机电流检测电路、等离子电源弧压输出端和直流电机，等离子电源弧压输出端连接弧压信号隔离分压电路的隔离分压输出接弧压延时输入电路，弧压延时输入电路输出接到分压设定放大电路和弧压检测放大电路，分压设定放大电路和弧压检测放大电路分别接到单片机进行A/D转换和检测，单片机的输出PWM信号和控制信号接PWM驱动放大电路接直流电机。所述单片机采用8位AVR单片机。
为了有效隔离输入电源、等离子电源、数控系统等发出的干扰：本实用新型采用多路输出隔离变压器各功能模块供电独立供给，相互隔离。避免了干扰，提高了可靠性、稳定性。使用一只定做的24V输入、输出6组电压的模块式隔离变压器。将输入电压转换成各功能模块要使用的电压，再经过各自不同的整流、滤波、稳压电路，转换成可供给各模块使用的直流电压。有效的避免了外界干扰。
为了实现切割自动化，提高工作效率：本实用新型具备了多种初时定位功能：割炬保护帽接触定位、电机电流检测定位、接近开关检测定位。可根据不同情况，方便的选用。
为了方便输入信号的匹配，连接不同的输入信号：本实用新型可以通过拨码开关设置为50∶1或100∶1的分压比输入。对非标准的分压输入还可通过电阻调节进行适配。
为了客观地反应工作数据、显示工作状态、进行参数设定：在单片机输出端连接有液晶显示屏。
为了对系统进行设置，控制系统，以及进行测试：在单片机输入端连接有操作面板。
为了有效保护割炬电机和利用电流检测进行初始定位：在单片机与PWM驱动放大电路间连接电机电流检测电路。
为了屏蔽等离子起弧时强大的高频干扰，输入有效的弧压信号：在单片机的输入端连接有弧压延时输入电路。
为了和数控系统实现通讯，同时隔离两者的相互干扰：在单片机输入端连接有数控控制接口电路。
为了有效的控制等离子起弧和熄弧，同时隔离等离子的干扰：在单片机输出端连接有等离子控制接口电路。
为了有效的保护割炬，防止割炬和工件碰撞：系统具有割炬防碰撞功能，当割炬下降碰撞到钢板，弧压自动控制系统的碰撞保护电路会工作，割炬会紧急瞬时提升保护割炬。
为了在等离子喷嘴电极损耗很大快要报废时，防止割炬连续不断碰撞钢板：系统具有弧压自动调整功能，在等离子喷嘴电极损耗很大快要报废时，弧压会升高，很容易引起割炬下降碰撞到钢板，以致损坏等离子割炬、切割工件，弧压自动调整功能可以有效的避免损失。即在连续多次碰撞发生的情况下，弧压自动控制系统自动将给定弧压值提高。
本实用新型是针对背景技术所存在的问题，通过采用单片机和外部硬件电路，结合初始定位电路和PWM控制技术，对等离子弧压自动控制技术进行了系统的研究，以该方法为基础的弧压自动控制系统可以直接利用等离子电源输出的电弧电压线性地反映出弧长的变化即割炬与工件的距离变化，并对弧长的变化进行精确控制。
它通过采用单片机对表征割炬与工件相对位置的特性参数进行软件处理，得出弧长信息，采用软件与硬件相结合对弧长信息和设定参数进行比较运算。单片机根据弧长偏差大小输出相对应的PWM控制信号到PWM驱动放大电路再输出相应的矩形脉冲波，驱动直流电机动作使距离保持一致。从而实现对弧压控制速度优化匹配，使得弧压自动控制过程控制系统结构简单、控制精度高。它主要解决现有弧压自动控制时，控制系统功能简单、控制精度低、抗干扰性能差等技术问题。实际切割测试证明：该控制系统弧压自动控制效果优秀，运行稳定可靠，实用性强。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示的数控等离子切割机用弧压自动控制系统，包括弧压信号隔离分压电路、弧压延时输入电路、分压设定放大电路、弧压检测放大电路、单片机、PWM驱动放大电路、电机电流检测电路、等离子电源弧压输出端和直流电机，等离子电源弧压输出端连接弧压信号隔离分压电路的隔离分压输出接弧压延时输入电路，弧压延时输入电路输出接到分压设定放大电路和弧压检测放大电路，分压设定放大电路和弧压检测放大电路分别接到单片机进行A/D转换和检测，单片机的输出PWM信号和控制信号接PWM驱动放大电路接直流电机。所述单片机采用8位AVR单片机。在单片机与PWM驱动放大电路间连接电流检测电路。另外，操作面板、初始定位电路、数控控制接口电路与单片机输出端连接，液晶显示屏、等离子控制接口电路与单片机输入端连接。
等离子开始切割前，首先必须进行起弧操作，起弧前总要将割枪移到距板材的一定高度才能进行起弧操作，我们将实现这一过程称为初始定位，自动实现初始定位的过程称为自动初始定位。本实用新型具备了以下初始定位功能：等离子割炬保护帽初始定位，接近开关式初始定位，电机电流检测初始定位。
采用等离子割炬保护帽定位：开始切割时，弧压自动控制器首先控制电机旋转，使用割炬向下运动，弧压自动控制器检测割炬保护帽是否接触到钢板(判断两者是否接通)，当割炬接触到工件，则控制割炬向上运动一个预先设定的时间，此时初始定位完成。
采用接近开关式初始定位：此时需安装定位的夹具。开始切割时，弧压自动控制器首先控制电机旋转，使用割炬向下运动，弧压自动控制器检测夹具上的接近开关是否断开，当割炬接触到工件，使接近开关弹开，则控制割炬向上运动一个预先设定的时间，此时初始定位完成。
采用电机电流检测初始定位：开始切割时，弧压自动控制器首先控制电机旋转，使用割炬向下运动，弧压自动控制器检测电机电流是否超过设定值，如果超过说明已经接触到工件，则控制割炬向上运动一个预先设定的时间，此时初始定位完成。
当高频引弧的等离子在起弧时，等离子割枪的电极和喷嘴间加有高频高压，使电极和喷嘴间产生放电，进而产生等离子转移弧，因此，高频引弧的等离子在引弧的瞬间具有很大的干扰。，而且起弧时弧压不稳定，不能接入系统，利用其进行跟踪。本弧压自动控制系统，增加了弧压延时输入功能，当系统给出起弧信号后，系统会自动检测是否产生弧压，检测到以后根据设定的延时时间进行延时。然后才将弧压信号引入，有效避免了等离子起弧时的高频干扰和起弧时弧压不稳的错误动作。
Claims (8)
1.一种数控等离子切割机用弧压自动控制系统，其特征是：包括弧压信号隔离分压电路、弧压延时输入电路、分压设定放大电路、弧压检测放大电路、单片机、PWM驱动放大电路、电机电流检测电路、等离子电源弧压输出端和直流电机，等离子电源弧压输出端连接弧压信号隔离分压电路的隔离分压输出接弧压延时输入电路，弧压延时输入电路输出接到分压设定放大电路和弧压检测放大电路，分压设定放大电路和弧压检测放大电路分别接到单片机，单片机的输出PWM信号和控制信号接PWM驱动放大电路接直流电机。
2.根据权利要求1所述的数控等离子切割机用弧压自动控制系统，其特征是：在单片机输出端连接有液晶显示屏。
3.根据权利要求1所述的数控等离子切割机用弧压自动控制系统，其特征是：在单片机的输入端连接有操作面板。
4.根据权利要求1所述的数控等离子切割机用弧压自动控制系统，其特征是：电机电流检测电路输出端反馈电机工作状态到单片机。
5.根据权利要求1所述的数控等离子切割机用弧压自动控制系统，其特征是：在单片机输入端连接有初始定位电路。
6.根据权利要求1所述的数控等离子切割机用弧压自动控制系统，其特征是：在单片机输入端连接有数控控制接口电路。
7.根据权利要求1所述的数控等离子切割机用弧压自动控制系统，其特征是：在单片机输出端连接有等离子控制接口电路。
8.根据权利要求1所述的数控等离子切割机用弧压自动控制系统，其特征是：所述单片机采用8位、16位或32位通用工业单片机。
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