CN202715948U - 全自动等离子切割机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动等离子切割机的控制系统，包括工作台，还包括：可编程控制器PLC、扩展模块、驱动单元、伺服单元、丝杆移动滑杆和切割嘴，其中可编程控制器PLC和扩展模块连接驱动单元；伺服驱动器的CN1通过电缆连接伺服电机，同时伺服电机的光电编码器部分通过电缆连接到伺服驱动器CN2；伺服单元控制丝杆移动滑竿的移动，从而控制工作台和切割嘴的位置。本实用新型具有结构简单，控制灵活，响应快速，定位精准的特点，可完成圆形、圆弧、定长切割等复杂图形的高精度自动切割，该系统能够满足位置控制的基本要求。

Description

全自动等离子切割机的控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种加工设备，尤其涉及一种全自动等离子切割机的控制系统。

背景技术

切割机是一种在加工生产中经常用到的机械设备，它广泛地应用在板材加工、线材加工、机械零件制造等多种场合中。旧的切割机主要靠人工画线，然后进行剪切，既浪费了时间，同时加工精度也不高。为此，也曾提出了用单片机进行控制的数控系统的解决方案，但是存在单片机系统程序修改困难,不能灵活根据现场情况更改设计,抗干扰能力较差，方案修改时间长等问题影响，使用方面受到限制。

等离子切割机是一种先进的热切割技术，这种技术的应用能够把目前热切割工业所存在的环境脏乱差、材料利用率低、劳动强度大、质量差、效率低的局面彻底扭转。

等离子切割机控制系统主要用于板料的自动加工，自动切割能实现点动操作，能实现圆形、圆弧、定长切割等自动切割。该系统能实现启动、停止、暂停、参数输入、实时显示等功能，用户在触摸屏可选择圆形、圆弧、定长切割等图形。

随着我国制造业的不断发展，等离子切割机的需求也不断增加，而目前在数控切割机领域的核心—控制系统仍然存在一些缺陷，使在使用过程中容易出现接触不良、稳定性欠佳等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、灵敏度和精确度高、可靠性好的数控等离子切割机用自动控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种全自动等离子切割机的控制系统，包括工作台，还包括：可编程控制器PLC、扩展模块、驱动单元、伺服单元、丝杆移动滑杆和切割嘴，其中所述可编程控制器PLC和扩展模块连接驱动单元；所述驱动单元为x、y、z轴三个伺服驱动器，所述伺服单元为三个伺服电机，每个伺服驱动器分别连接各自控制的伺服电机；所述伺服驱动器的CN1通过电缆连接伺服电机，同时伺服电机的光电编码器部分通过电缆连接到伺服驱动器CN2；所述在于x轴伺服电机通过联轴器连接x轴丝杆移动滑杆控制工作台x轴方向左右运动；所述在于y轴伺服电机通过联轴器连接y轴丝杆移动滑杆控制工作台y轴方向前后运动；所述在于z轴伺服电机通过联轴器连接z轴丝杆移动滑杆控制安装在z轴的切割嘴上下运动。

    所述可编程控制器PLC连接操作面板。

    所述扩展模块通过可编程控制器PLC与操作面板通信。

    所述伺服单元通过伺服驱动器设定电子齿轮比以及设定脉冲输人形式。

    所述可编程逻辑控制器PLC上集成了两个高速脉冲输出口分别通过Q0.0、Q0.1，两个输出端子输出，输出时采用脉冲串PTO输出方式。

本实用新型具有结构简单，控制灵活，响应快速，定位精准的特点，可完成圆形、圆弧、定长切割等复杂图形的高精度自动切割，该系统能够满足位置控制的基本要求。

附图说明

图1是本实用新型一种全自动等离子切割机的控制系统的总体结构框图。

图2是本实用新型控制系统工作过程流程图。

图3是本实用新型设计控制圆弧切割计算法分析图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种全自动等离子切割机的控制系统，包括工作台，还包括：可编程控制器PLC、扩展模块、驱动单元、伺服单元、丝杆移动滑杆和切割嘴，其中可编程控制器PLC和扩展模块连接驱动单元；驱动单元为x、y、z轴三个伺服驱动器，伺服单元为三个伺服电机，每个伺服驱动器分别连接各自控制的伺服电机；伺服驱动器的CN1通过电缆连接伺服电机，同时伺服电机的光电编码器部分通过电缆连接到伺服驱动器CN2；在于x轴伺服电机通过联轴器连接x轴丝杆移动滑杆控制工作台x轴方向左右运动；在于y轴伺服电机通过联轴器连接y轴丝杆移动滑杆控制工作台y轴方向前后运动；在于z轴伺服电机通过联轴器连接z轴丝杆移动滑杆控制安装在z轴的切割嘴上下运动。

 可编程控制器PLC连接操作面板。扩展模块通过可编程控制器PLC与操作面板通信。伺服单元通过伺服驱动器设定电子齿轮比以及设定脉冲输人形式。可编程逻辑控制器PLC上集成了两个高速脉冲输出口分别通过Q0.0、Q0.1，两个输出端子输出，输出时采用脉冲串PTO输出方式。

操作面板采用触摸屏，可编程控制器PLC采用西门子S7-200，扩展模块采用EM253，伺服驱动器型号采用东元ESDA 15B-CB 301 C 2 7F，伺服电机型号采用东元伺服电机。通过触摸屏设置加工参数，传递到可编程控制器，通过可编程控制器对伺服驱动器进行设定，注意电子齿轮比，设定脉冲输人形式要和软件设计向导一致。可编程控制器PLC、 EM253输出脉冲信号、方向信号，传给伺服驱动器。对伺服电机的控制主要通过位置环、速度环、电流环来控制的，位置环控制通过不断地将当前位置值与设定位置值相比较，通过负反馈使位置最终停留在设定的位置，位置调节器通过PID调节器来实现；速度环控制通过不断地将当前的速度值与设定的值比较，通过负反馈是速度达到设定值，速度控制器一般通过PID调节来实现。电流环将当前实际的电流与设定的电流相比较，差值经过PID调节后作为新的控制信号来控制伺服电机。而工作台和切割嘴主要位置控制模式下伺服控制，通过编码器反馈回来的当前位置值和设定的位置值比较，当一开始，位置相差值最大，信号传给速度偏差放大器，后者传给电流放大器，调节伺服电机，使得伺服电机高速转动，随着编码器反馈回来的数值的增大，最终使得工作停在指定位置。

如附图2，用户在触摸屏输入切割的类型，设定长度、送料的速度、切割数目，然后将长度和速度转化为脉冲数，按下启动按钮后，可编程控制器PLC将这些采集的数据参数进行一系列公式计算，算出每一步切割长度。首先，z轴到达指定的位置，触发中间继电器，启动x、y驱动伺服驱动，x、y轴将会根据用户设置的物料长度运动到设定的位置，加工处理完毕，同时计数器完成一次计数。判断切割的数目是否达到预设的值，如果没有，系统重复刚刚的操作，直到达到用户设定的次数。当PLC中计数器的值与用户设定的次数相同时，x、y、z轴回到起始参考点，工作任务完成。

设计控制思想：

首先，定位到运动到圆心（a,b）,再确定R，

然后根据圆弧切割计算法，无限分割的思想，利用编程实现画圆。

以第Ⅰ象限逆圆为例，设刀具沿圆弧移动，半径为R，P为动点（如附图3），的算法：设圆的圆心坐标（a,b）,半径R，取α=2π/N(N是可以调整)，对于y方向而言，

Δy1=y1-y0=Rsinα

Δy2=y2-y1= Rsin2α- Rsinα

………

ΔYi=Yi-Yi-1= Rsiniα- Rsin(i-1)α

同理

ΔXi=Xi-Xi-1= Rsiniα- Rsin(i-1)α

然后通过递归的方法，每次y轴上移动ΔY，x轴上移动ΔX，当第一次动作完成后驱动下一次运动找到下一点的坐标，直至圆画完整。

以上为本实用新型的最佳实施方式，依据本实用新型公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见的想到一些雷同、替代方案，均应落入本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种全自动等离子切割机的控制系统，包括工作台，其特征在于还包括：可编程控制器PLC、扩展模块、驱动单元、伺服单元、丝杆移动滑杆和切割嘴，

其中所述可编程控制器PLC和扩展模块连接驱动单元；

所述驱动单元为x、y、z轴三个伺服驱动器，所述伺服单元为三个伺服电机，每个伺服驱动器分别连接各自控制的伺服电机；

所述伺服驱动器的CN1通过电缆连接伺服电机，同时伺服电机的光电编码器部分通过电缆连接到伺服驱动器CN2；

所述在于x轴伺服电机通过联轴器连接x轴丝杆移动滑杆控制工作台x轴方向左右运动；

所述在于y轴伺服电机通过联轴器连接y轴丝杆移动滑杆控制工作台y轴方向前后运动；

所述在于z轴伺服电机通过联轴器连接z轴丝杆移动滑杆控制安装在z轴的切割嘴上下运动。

2.根据权利要求1所述的全自动等离子切割机的控制系统，其特征在于：所述可编程控制器PLC连接操作面板。

3.根据权利要求2所述的全自动等离子切割机的控制系统，其特征在于：所述扩展模块通过可编程控制器PLC与操作面板通信。

4.根据权利要求1所述的全自动等离子切割机的控制系统，其特征在于：所述伺服单元通过伺服驱动器设定电子齿轮比以及设定脉冲输人形式。

5.根据权利要求1所述的全自动等离子切割机的控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器PLC上集成了两个高速脉冲输出口分别通过Q0.0、Q0.1，两个输出端子输出，输出时采用脉冲串PTO输出方式。

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