DD282802A7 - PROCESS FOR REGULATING THE BRENNERHOEHE IN THERMAL SEPARATION - Google Patents
PROCESS FOR REGULATING THE BRENNERHOEHE IN THERMAL SEPARATION Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Brennerhoehe beim thermischen Trennen unter Ausnutzung der elektrischen Leitfaehigkeit des Gasplasmas zwischen Brenner und Werkstueck. Ziel ist, das thermische Trennen durch eine bessere UEberwachung und Steuerung effektiver zu gestalten. Gemaesz der Aufgabe soll eine reproduzierbare Prozeszauswertung und -steuerung insbesondere hinsichtlich der Brennerhoehe auch bei waehrend des Prozeszablaufs sich veraendernden technologischen Randbedindungen, die durch die Heizgaszusammensetzung hervorgerufen werden, ermoeglicht werden. Kennzeichnend fuer die Erfindung ist, dasz eine periodisch sich wiederholende Folge von mindestens 11 zeitlich kurzen, groeszenmaeszig verschiedenen, positiven Konstantgleichstroemen, die in einem bei 0 beginnenden Intervall liegen, durch das Gasplasma geleitet wird, dasz Spannungsabfaelle gemessen und gespeichert werden, dasz Prozeszsteuergroeszen erfaszt und gespeichert werden, dasz die Merkmale mittlerer Anstieg des linearen Teils der Kennlinie und Knickstrom mit Grenzwerten, verglichen, dasz die Vergleichsergebnisse mit den Prozeszsteuergroeszen logisch verknuepft werden.{thermisches Trennen; Brennschneiden; Schneidprozesz; Prozeszkontrolle; Prozeszsteuerung; elektrische Leitfaehigkeit der Flamme}The invention relates to a method for controlling the torch height during thermal cutting by utilizing the electrical conductivity of the gas plasma between burner and work piece. The goal is to make thermal separation more effective through better monitoring and control. In accordance with the object, a reproducible process evaluation and control is to be made possible, in particular with regard to the torch height, even in the case of technological boundary conditions which change during the course of the process, and which are caused by the composition of the heating gas. Characteristic of the invention is that a periodically repeating sequence of at least 11 time-short, large-scale, positive constant equal currents lying in an interval beginning at 0 is passed through the gas plasma, voltage drops are measured and stored, which detects process rates and the characteristics of the average slope of the linear part of the characteristic curve and the curvilinear flow are compared with threshold values, in order that the comparison results are logically linked to the process control areas. {thermal separation; Flame cutting; Schneidprozesz; Prozeszkontrolle; Prozeszsteuerung; electrical conductivity of the flame}
Description
Es ist bekannt, daß zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Werkstück und einem Schneidbrenner berührungslose Höhenstelleinrichtungen verwendet werden.It is known that contactless height-adjusting devices are used to keep the distance between the workpiece and a cutting torch constant.
Es ist auch bekannt, daß für berührungslose Höhenstelleinrichtungen mechanische, induktive oder kapazitive (DE-OS 1941728) sowie pneumatische (DE-OS 24 02053) und optische (DE-OS 3541134) Höhengeber verwendet werden. Grundsätzlicher Nachteil dieser Lösungen ist, daß zusätzliche Geber am Schneidbrenner befestigt werden müssen, wodurch bei Konturschnitten oder nichtebenen Werkstücken Schneidfehler unvermeidbar sind. Zwar können diese Nachteile teilweise durch Ermittlung von Korrekturgrößen wie in DD-PS 225651 verhindert werden, dennoch bleiben Einschränkungen des Bewegungsraumr des Brenners, die durch die am Brenner befestigten Geber verursacht werden.It is also known that mechanical, inductive or capacitive (DE-OS 1941728) and pneumatic (DE-OS 24 02053) and optical (DE-OS 3541134) altitude sensor are used for non-contact height adjusting devices. The fundamental disadvantage of these solutions is that additional encoders must be attached to the cutting torch, which cutting errors are inevitable in contour cuts or non-planar workpieces. Although these disadvantages can be partially prevented by determining correction quantities as in DD-PS 225651, nevertheless remain restrictions on the Bewegungsraumr of the burner, which are caused by the encoder attached to the burner.
Weiterhin sind Methoden bekannt, die die elektrischen Eigenschaften der Brennerflamme zur Höhensteuerung nutzen (US-PS 2364645, DD-PS 149034, DD-PS 141637 sowie PTC-US 79/00174). Der wesentliche Nachteil dieser Lösungen oesteht darin, daß die EMK und/oder der lineare Teil des positiven Kennlinienastes des Gasplasmas ständigen, teils stochastischen, starken Größenschwankungen unterliegt. Diese starken Änderungen der Leitfähigkt.t entstehen durch unterschiedliche Oberflächenzustände (Rost, Zunder, Konservierungsmitte! und Farbaufstriche in unterschiedlicher Größe und Dicke), durch die wechselnde Größe des Schmelzbades beim Schnitt, durch Massepotentialverschiebungen sowie durch Veränderungen der Gaszusammensetzung. Somit ist mit diesen Verfahren nur unter speziellen technologischen Randbedingungen eine sichere Höhensteuerung möglich.Furthermore, methods are known which use the electrical properties of the burner flame for height control (US-PS 2364645, DD-PS 149034, DD-PS 141637 and PTC-US 79/00174). The main disadvantage of these solutions oesteht is that the EMF and / or the linear part of the positive characteristic load of the gas plasma is subject to constant, sometimes stochastic, large fluctuations in size. These major changes in conductivity are caused by different surface states (rust, scale, preservative !, and paint spreads of different sizes and thicknesses), by the changing size of the melt pool during the cut, by mass potential shifts and by changes in the gas composition. Thus, with these methods, secure height control is only possible under special technological conditions.
Weiterhin gilt nach DE-OS 1954030, daß zwischen der Düse und dem Werkstück eine Sinuswochselspannungsquelle angeschlossen wird, die eine Abweichung einer Kennlinie des durch die Flamme fließenden Stromes von einer Bezugskennlinie registriert. Nachteilig ist dabei, daß bei Veränderung des Flammenbildos bzw. der Gaszusammensetzung infolge der jeweilig vorhandenen Ladungsträger sich der Meßstrom ändert und es zu Fehlmeldungen kommt. Gemäß DD-PS 249598 wird zwar ebenfalls ein Verfahren sowie auch eine Anordnung vorgeschlagen, wobei eine Wechselspannung und dazugehöriger konstanter Wechselstrom an das Gasplasma angelegt werden, jedoch stellt sich dabei als Nachteil heraus, daß es ebenfalls zu Fehlmeldungen bei unkontrollierten Veränderungen in der Zusammensetzung des Gasplasmas kommt.Furthermore, according to DE-OS 1954030 that between the nozzle and the workpiece a sine wave voltage source is connected, which registers a deviation of a characteristic of the current flowing through the flame of a reference characteristic. The disadvantage here is that changes in the Flammenbildos or the gas composition due to the respective existing charge carriers, the measuring current changes and there are false reports. According to DD-PS 249598, although a method and an arrangement is proposed, with an AC voltage and associated constant AC are applied to the gas plasma, but turns out to be a disadvantage that it also leads to false readings in uncontrolled changes in the composition of the gas plasma comes.
Es ist Ziel der Erfindung, das thermische Trennen durch (ine bessere Überwachung/Steuerung der Brennerhöhe effektiver zu gestalten und den Anteil manueller Einflußnahmen dabei drastisch zu reduzieren.It is an object of the invention to make the thermal separation by (better monitoring / control of the burner height more effective and drastically reduce the proportion of manual influence.
Wesen der ErfindungEssence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem unter Ausnutzung der elektrischen Leitfähigkeit des Gasplasmas der Brennerflamme während des Durchflusses eines Meßstroms durch das Gasplasma eine sichere Regelung der Höhe des Brenners über dem Werkstück bei weitgehender Unabhängigkeit vom Prozeßzustand sowie von der Flammengaszusammensetzung möglich ist.The invention has for its object to develop a method by using the electrical conductivity of the gas plasma of the burner flame during the flow of a measuring current through the gas plasma secure control of the height of the burner above the workpiece with substantial independence from the process state and the flame gas composition is possible.
Die Aufgabe wird unter Ausnutzung der ele rtrischen Leitfähigkeit des Gasplasmas zwischen Brenner und Werkstück, wobei ein elektrischer Strom definiertet Stärke und Polarität durch das Gasplasma geleitet wird und dessen Spannungsabfälle über dem Gasplasma erfaßt und die Vergleichsergebnisse als logische Größer, zugeordnet gespeichert werden, wobei die den Prozeßsteuergrößen und die den Kennlinienmerkmalen zugeordneten gespeicherten, logischen Größen untereinander und miteinander logisch verknüpft werden und Signalisationsgrößen für die Prozeßzustände und/oder Prozeßsteuergrößen ausgegeben werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine höchstens 20ms lange periodisch sich wiederholende Folge von mindestens 11 zeitlich kurzen großenmäßig verschiedenen positiven Konstantgleichströmen, die in einem bei 0 beginnenden Intervall liegen, durch das Gasplasma geleitet wird und eine Messung der Spannungsabfälle über dem Gasplasma mit einer Approximation des positiven Kennlinienastos erfolgt und mindestens die Prozeßsteuergrößen „Heizgasgemisch", „Schneidsauerstoff" und „Vorschub" nach ihrem Schaltzustand erfaßt und den Prozeßsteuergrößen als logische Größen zugeordnet gespeichert werden und, daß der positive Kennlinienast hinsichtlich seiner wesentlichen Merkmale mittlerer Anstieg des linearen Teils der Kennlinie und Knickstrom bewertet und die ermittelten Merkmale mit zugehörigen Grenzwerten verglichen werden.The object is achieved by taking advantage of ele rtrischen conductivity of the gas plasma between the burner and workpiece, wherein an electric current defined strength and polarity is passed through the gas plasma and recorded its voltage drops across the gas plasma and the comparison results as logical magnifiers, associated with the Process control variables and the characteristics associated with the stored, logical variables are logically linked with each other and each other and signaling variables for the process states and / or process control variables are output, according to the invention achieved in that a maximum of 20ms long periodically repeating sequence of at least 11 short time moderately different positive constant DC currents , which are in an interval beginning at 0, is passed through the gas plasma and a measurement of the voltage drops across the gas plasma with an approximation of pos itiven characteristic curves and at least the process control variables "heating gas mixture", "cutting oxygen" and "feed" detected according to their switching state and the process control variables are assigned as logical variables and that the positive characteristic load in terms of its essential characteristics mean increase of the linear part of the characteristic and kink current evaluated and the features determined are compared with associated limits.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einem positiven elektrischen Strom durch das Gasplasma, wobei der Brenner positiv gegenüber dem Werkstück gepolt ist, aufgrund der Erwärmung des Werkstücks von dessen Oberfläche Elektronen emittiert werden die aufgrund der entsprechenden Polarität des Werkstücks gegenüber dem Brenner in den Leitungsprozeß des Gasplasmas einbezogen werden. Die besonderen Wirkungen der Erfindung beruhen nunmehr darauf, daß die Anzahl der so emittierten Elektronen begrenzt ist und somit ein Kennlinienknick dann auftritt, wenn zusätzlich zur normalen, bereits nahezu gesättigten Plasmaleitfähigkeit die o. g. Elektronen am Leitungsprozeß beteiligt sind, daß aber die Anzahl der am Leitungsprozeß beteiligten Elektronen in Abhängigkeit vom Prozeßzustand sowie von der Größe des Schmelzbades schwankt und somit der Anstieg des linearen Teils der Kennlinie sehr unterschiedlich ist. In überraschender Weise läßt sich nun jedoch ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem die Anzahl der am Leitungsprozeß beteiligten Elektronen beschreibenden Knickstrom und der zugehörigen Knickspannung bzw. dem mittleren Anstieg des linearen Teils der Kennlinie erkennen, wobei ein wesentlicher Parameter dieses funktionalen Zusammenhangs die Länge des Gasplasmas zwischen Brenner und Werkstück ist. Semit läßt sich aus der Kenntnis des Knickstroms der Kennlinie mittels des Parameters Brennerhöhe eine Knickspannung ermitteln, die einen Sollwert darstellt. Über einen Vergleich zwischen Istwert und Sollwert der Knickspannung ist somit die Regelung der Brennerhöhe möglich.The invention is based on the finding that in a positive electric current through the gas plasma, wherein the burner is positively poled relative to the workpiece, due to the heating of the workpiece from the surface of which electrons are emitted due to the corresponding polarity of the workpiece relative to the burner in the Pipeline process of the gas plasma. The particular effects of the invention are based on the fact that the number of electrons thus emitted is limited and thus a characteristic curve occurs when, in addition to the normal, already almost saturated plasma conductivity o. Electrons are involved in the conduction process, but that the number of electrons involved in the conduction process varies depending on the process state and on the size of the molten bath and thus the increase of the linear part of the characteristic is very different. Surprisingly, however, a functional relationship between the kink current describing the number of electrons involved in the conduction process and the associated kink voltage or the mean slope of the linear part of the characteristic can now be recognized, an essential parameter of this functional relationship being the length of the gas plasma between the burner and workpiece is. Semit can be determined from the knowledge of the buckling current of the characteristic curve by means of the parameter torch height kink voltage, which represents a desired value. By means of a comparison between the actual value and the nominal value of the buckling voltage, it is thus possible to control the burner height.
Hervorhebenswert ist weiterhin die Tatsache, daß der funktionale Zusammenhang zwischen Knickstrom und Knickspannung bzw. mittlerem Anstieg des linearen Kernlinienteils weitgehend unabhängig vom Prozeßzustand sowie von der Größe des Schmelzbades ist.Noteworthy is the fact that the functional relationship between the buckling current and buckling voltage or mean increase of the linear core line part is largely independent of the process state and the size of the molten bath.
AiisführungsbeispielAiisführungsbeispiel
Von einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Anordnung, werden innerhalb von 10ms 11 positive Konstantgleichstiöme li; i = 0,1 ...10 aus einem Intervall (ΟμΑ; 1000μA) in äquidistanten Schritten beginnend mit I0 = ΟμΑ ausgegeben und die Spannungsabfälle U;; i = 0,1...10 über dem Gasplasma bei jedem Konstantgleichstrom I; gemessen und zugeordnet als U,- (U; i = 0,1... 10 gespeichert. Weiterhin werden folgende Prozeßsteuergrößen entsprechend ihrem Schaltzustand erfaßt und als logische Größen Si, S2, S3 den Prozeßsteuorgrößen zugeordnet gespeichert:Of a suitable arrangement for carrying out the method according to the invention, 11 positive Konstantgleichstiöme li within 10ms; i = 0,1 ... 10 is output from an interval (ΟμΑ; 1000μA) in equidistant increments starting with I 0 = ΟμΑ and the voltage drops U ;; i = 0.1 ... 10 above the gas plasma at each constant direct current I; measured and assigned as U, - stored (U; i = 0.1 ... 10. Furthermore, the following process control variables are detected according to their switching state and stored as logical variables Si, S 2 , S3 the process control variables assigned:
S, = („Heizgasgemisch" = Schaltzustand „EIN"),S, = ("heating gas mixture" = switching state "ON"),
52 = („Schneidsauerstoff" = Schaltzustand „EIN"),5 2 = ("cutting oxygen" = switching state "ON"),
53 = („Vorschub" = Schaltzustand „EIN").5 3 = ("feedrate" = switching state "ON").
Danach wird der Grundanstieg Ao ermittelt und gespeichert, wobei jeder Anstieg Aj, j = 0,1... 9 folgendermaßen ermittelt wird:Thereafter, the fundamental slope Ao is determined and stored, each increase Aj, j = 0.1 ... 9 being determined as follows:
I — I· und jedem Anstieg Aj der Stromwert If = -^—-;\ = 0,1 ...9sowie der SpannungswertI - I · and every increase Aj the current value If = - ^ - -; \ = 0,1 ... 9, as well as the voltage value
zugeordnet wird. Danach werden die Anstiege A1; j = 1,2...9 fortlaufend solange ermittelt, bis eine der Bedingungen a), b) oder c):is assigned. Thereafter, the climbs A 1 ; j = 1,2 ... 9 continuously determined until one of the conditions a), b) or c):
b) Uj + , (Ij + 1) > U0;b) Uj + , (Ij + 1 )> U 0 ;
erfüllt ist. Dabei ist Ta ein vorgegebener Toleranzwert und U0 ein aus den Kennwerten der Anordnung resultierender Grenzwert. Je nachdem welche der Abbruchbedingungen a), b) oder c) erfüllt ist werden dann:is satisfied. In this case, Ta is a predetermined tolerance value and U 0 is a limit value resulting from the characteristic values of the arrangement. Depending on which of the termination conditions a), b) or c) is fulfilled then:
a) Ik =ή Uk =Uf Jj(lj)-Uodo)a) Ik = ή Uk = Uf Jj (lj) -Uodo)
Ii-IoIi-Io
b) Ik =lf Uk = U$ . Uj(Ij)-Uo(Io)b) Ik = lf Uk = U $. Uj (Ij) -Uo (Io)
I1 I 1
O Ik =14 Uk =UJO Ik = 14 Uk = UJ
ij+1 — Όij + 1 - Ό
ermittelt und gespeichert, wobei l.< ein Knickstrom, Uk eine Knickspannung und A ein mittlerer Anstieg ist. Aus dem Knickstrom Ik wird eine Sollknickspannung Us ermittelt, wobei folgende Werte der Sollknickspannung Us als Ergebnis eines funktionalen Zusammenhangs bei einer Sollhöhe h = 5mm entstehen:determined and stored, where l. <A kink current, Uk is a kink voltage and A is a medium increase. From the buckling current Ik, a predetermined buckling voltage Us is determined, the following values of the nominal buckling voltage Us arise as a result of a functional relationship at a nominal height h = 5 mm:
ΙκίημΑ Us = fdK«hΙκίημΑ Us = fdK «h
Durch den Vergleich mit 3 Grenzwerten werden folgende logische Größen L1, L2, L3 erzeugt und gespeichert:By comparison with 3 limit values, the following logical quantities L 1 , L 2 , L 3 are generated and stored:
Die logischen Größen L1, L2, L3 werden mit den logischen Größen S1, S2, S3 der Prozeßsteuergrößen logisch verknüpft, so daß die Signalisationsgrößen O1,02, O3, O4 und O6 wie folgt entstehen:The logical quantities L 1 , L 2 , L 3 are logically linked to the logical quantities S 1 , S 2 , S 3 of the process control variables, so that the signal quantities O 1 , O 2 , O 3 , O 4 and O 6 are formed as follows :
01 = S1-L2; „Flamme nicht erfaßbar"0 1 = S 1 -L 2 ; "Flame not detectable"
02 = S1-UV; „Flamme vorhanden"0 2 = S 1 -UV; "Flame available"
03 = L1; „Kurzschluß"0 3 = L 1 ; "Short circuit"
04 = S1-S2-S3-L3; „Brenner heben" Os = Si ·S2 S3·L3; „Brennersenken"0 4 = S 1 -S 2 -S 3 -L 3 ; "Burner lift" Os = Si · S 2 S 3 · L 3 ;
und die Prozeßsteuergrößen S4 und S5 wie folgt entstehen:and the process control variables S 4 and S 5 arise as follows:
54 = O3 + O4; „Brenner heben"5 4 = O 3 + O 4 ; "Burner lift"
55 = Os; „Brennersenken"5 5 = Os; "Burner sinks"
und gespeichert sowie ausgegeben werden.and stored and spent.
Das konkrete Ausführungsbeispiel stellt eine Variante der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Prinzipiell ist diese Variante die schnellste und zugleich Ungenaueste der möglichen Varianten. Durch eine engere Abtastung der Kennlinie, indem die Anzahl der auszugebenden Konstantgleichströme erhöht wird, läßt sich die Genauigkeit steigern, wobei aber zugleich die Geschwindigkeit des Verfahrens sinkt.The concrete embodiment represents a variant of the implementation of the method according to the invention. In principle, this variant is the fastest and at the same time the most inaccurate of the possible variants. By narrower sampling of the characteristic by increasing the number of constant DC currents to be output, the accuracy can be increased, but at the same time the speed of the method decreases.
Resultierend aus den Kennwerten der Anordnung werden zur Durchführung des Verfahrens folgende Toleranz-und Grenzwerte verwendet:As a result of the characteristic values of the arrangement, the following tolerance values and limit values are used to carry out the method:
Uq = 0,9 · Umsx G1 = IkO G2 = IOOkOUq = 0.9 × U msx G 1 = IkO G 2 = IOOkO
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD31548188A DD282802A7 (en) | 1988-05-06 | 1988-05-06 | PROCESS FOR REGULATING THE BRENNERHOEHE IN THERMAL SEPARATION |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DD31548188A DD282802A7 (en) | 1988-05-06 | 1988-05-06 | PROCESS FOR REGULATING THE BRENNERHOEHE IN THERMAL SEPARATION |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD282802A7 true DD282802A7 (en) | 1990-09-26 |
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ID=5599021
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| DD (1) | DD282802A7 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009033556A1 (en) * | 2009-07-16 | 2011-01-20 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover | Method and device with an autogenous burner device |
-
1988
- 1988-05-06 DD DD31548188A patent/DD282802A7/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009033556A1 (en) * | 2009-07-16 | 2011-01-20 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover | Method and device with an autogenous burner device |
| EP2277653A1 (en) | 2009-07-16 | 2011-01-26 | Kjellberg-Stiftung | Method for determining the distance between an autogenous burner device and a workpiece through measuring an electric parameter without providing a proper electric energy supply |
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