一种等离子电源拐角切割控制系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种等离子电源拐角切割控制系统及其控制方法。


背景技术：

2.等离子切割机的基本原理是对空气进行电离，产生高温高压高能量密度的电弧，对金属材料进行切割。金属材料厚度越大，所需的电流越大，电弧的能量也越大。传统的等离子切割，切割过程遇到拐角时，控制系统会控制机床减速运行，但是切割电流、气体气压、割炬高度等往往保持不变，这样在拐角处电弧能量集聚，往往容易过烧，造成拐角钝化，无法实现标准的垂直拐角。而高质量的拐角切割需要数控系统、等离子电源、调高器、气体控制装置等设备协调配合。
3.目前，现有的等离子切割技术存在下面的问题：1、大多数等离子电源在拐角切割时，电流、气压、切割高度等不做调整，导致拐角切割质量差，无法满足用户需求；2、虽然有些等离子电源可以提供拐角降低电流功能，但是气压和调高不受控制，控制时序不满足要求，切割质量也无法达到理想状况。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述不足，提供实现高质量拐角切割，使拐角切割柔和顺畅，保护割炬的一种等离子电源拐角切割控制系统及其控制方法。
5.本发明的目的是这样实现的：一种等离子电源拐角切割控制系统，它包括等离子电源、工件、割炬、mcu、cnc数控系统、拐角检测电路、调高使能电路、气体使能电路，等离子电源的正极与工件相连，负极与割炬的负极相连；所述mcu上带有输入端口io1、输出端口io2、输出端口io3、输入端口io4、输入端口io5，所述cnc数控系统上带有输出端口io6和输出端口io7，所述输出端口io6、输出端口io7分别与mcu4的输入端口io4、输入端口io5连接；所述拐角检测电路包括电流传感器cs1、分压电阻r1、分压电阻r2、滤波电容c1、电阻r3、电阻r4、运放u1、上拉电阻r5、比较器u2，其中电流传感器cs1接在等离子电源1的正极上，电流传感器cs1的负极接地，分压电阻r1一端与电流传感器cs1的输出正极连接，另外一端与分压电阻r2连接，滤波电容c1并联在分压电阻r2两端，电阻r3一端接地，另外一端与运放u1的负极连接，电阻r4一端与运放u1的负极连接，另外一端与运放u1的输出端连接，运放u1的正极与分压电阻r1、分压电阻r2连接，比较器u2的输入正极连接拐角电流阈值，比较器u2的输入负极与运放u1的输出端连接，电流信号由比较器u2的负极输入，比较器u2的输出端分别与上拉电阻r5、mcu的输入端口io1连接；所述调高使能电路包括限流电阻r6、光耦o1、下拉电阻r7、调高器，所述光耦o1的输入正极与mcu的输出端口io2连接，光耦o1的输入负极与限流电阻r6的一端连接，限流电
阻r6的另外一端接地，光耦o1输出一端与下拉电阻r7和调高器8的输入端口io8连接，下拉电阻r7的另外一端接地；所述气体使能电路包括限流电阻r8、光耦o2、下拉电阻r9、气控箱，所述光耦o2的输入正极与mcu的输出端口io3连接，光耦o2的输入负极与限流电阻r8的一端连接，限流电阻r8的另外一端接地；光耦o2的输出一端与下拉电阻r9和气控箱的输入端口io9连接，下拉电阻r9另外一端接地；所述割炬上带有升降体，气控箱上连有气管。
6.优选的，调高器与升降体之间通过plc进行通讯。
7.优选的，上拉电阻r5的另外一端与+5v电源连接。
8.优选的，光耦o1的输出另一端与电源5vp1连接。
9.优选的，光耦o2的输出另一端与电源5vp2连接。
10.一种等离子电源拐角切割控制系统的控制方法，切割电流设置为200a，拐角电流设置为150a，拐角电流检测阈值为180a，控制方法包括以下步骤：步骤1：cnc数控系统向等离子电源发送启动信号，等离子电源开始工作，首先进行直线切割，实际负载电流为200a；步骤2：数控系统在切割到拐角之前向等离子电源发送拐角信号，mcu收到拐角信号后允许输入端口io1对拐角检测信号进行检测，等离子电源收到拐角信号后，立即降低切割电流到150a；步骤3：切割电流下降过程中，低于拐角检测阈值180a时，拐角检测电路会检测到电流的变化，并生产拐角检测信号，mcu的输入端io1收到到拐角检测信号后，使输出端口io3立即输出高电平，气控箱收到气体使能信号后，调节气体气压使气体气压与电流大小匹配；步骤4：mcu收到拐角信号并延时约50ms后，使输出端口io2输出高电平，即调高器使能，调高器收到使能信号后，通过plc控制升降体来降低割炬高度，使割炬高度与电流匹配；步骤5：cnc数控系统在拐角结束时发送拐角信号至等离子电源，mcu收到该信号后立即使输出端口io3输出低电平，即气控箱禁止，气控箱将气体恢复至拐角切割前的水平；步骤6：等离子电源mcu收到拐角结束信号时，延时50ms，然后将切割电流恢复到拐角前的水平。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明设计了一套拐角切割控制系统，可以同时控制等离子电源、调高器、气控箱等设备协同工作，控制所有影响拐角处等离子弧形态的元素部件共同作用，共同实现高质量拐角切割。
12.2、此外，这套拐角切割控制系统里添加了时序控制芯片和电路，使等离子弧在拐角处的变化更加协调，柔和，确保每个设备按照严格的时序进行工作，不仅能够实现高质量的切割，使拐角切割更柔和顺畅，而且可以保护割炬。
附图说明
13.图1为本发明一种等离子电源拐角切割控制系统的结构示意图。
14.图2为本发明一种等离子电源拐角切割控制系统的时序图。
15.其中：等离子电源1、工件2、割炬3、mcu4、输入端口io1、输出端口io2、输出端口io3、输入端口io4、输入端口io5、cnc数控系统5、输出端口io6、输出端口io7、拐角检测电路6、电流传感器cs1、分压电阻r1、分压电阻r2、滤波电容c1、电阻r3、电阻r4、运放u1、上拉电阻r5、比较器u2、调高使能电路7、限流电阻r6、光耦o1、下拉电阻r7、调高器8、输入端口io8、气体使能电路9、限流电阻r8、光耦o2、下拉电阻r9、气控箱10、输入端口io9、升降体11、气管12、电源5vp2、电源5vp2。
具体实施方式
16.参见图1和图2，本发明涉及一种等离子电源拐角切割控制系统及其控制方法，控制系统包括等离子电源1、工件2、割炬3、mcu4、cnc数控系统5、拐角检测电路6、调高使能电路7、气体使能电路9。
17.其中等离子电源1的正极与工件2相连，负极与割炬3的负极相连，输出电流产生电弧进行切割。
18.所述mcu4上带有输入端口io1、输出端口io2、输出端口io3、输入端口io4、输入端口io5，所述cnc数控系统5上带有输出端口io6和输出端口io7，所述输出端口io6、输出端口io7分别与mcu4的输入端口io4、输入端口io5连接，分别用于传递启动信号和拐角信号。
19.所述拐角检测电路6包括电流传感器cs1、分压电阻r1、分压电阻r2、滤波电容c1、电阻r3、电阻r4、运放u1、上拉电阻r5、比较器u2。
20.其中电流传感器cs1接在等离子电源1的正极上，电流传感器cs1的负极接地，负责采样负载电流；分压电阻r1一端与电流传感器cs1的输出正极连接，另外一端与分压电阻r2连接；滤波电容c1并联在分压电阻r2两端；分压电阻r1、分压电阻r2、滤波电容c1组成了分压电路，对采集到的电流信号进行降压处理；电阻r3一端接地，另外一端与运放u1的负极连接；电阻r4一端与运放u1的负极连接，另外一端与运放u1的输出端连接；运放u1的正极与分压电阻r1、分压电阻r2连接，运放u1、电阻r3和电阻r4共同组成了电压调理电路，将电流信号调整到合适的范围，用于后续电路处理；比较器u2的输入正极连接拐角电流阈值，比较器u2的输入负极与运放u1的输出端连接，电流信号由比较器u2的负极输入；比较器u2的输出端分别与上拉电阻r5、mcu4的输入端口io1连接，上拉电阻r5的另外一端与+5v电源连接。
21.正常工作时，切割电流大于拐角电流阈值，比较器u2输出高电平；当遇到拐角时，等离子降低电流运行，切割电流小于拐角电流阈值，比较器u2输出低电平。当mcu4的的输入端口io1收到该低电平时，判断为拐角信号。
22.所述调高使能电路7包括限流电阻r6、光耦o1、下拉电阻r7、调高器8。
23.所述光耦o1的输入正极与mcu4的输出端口io2连接，光耦o1的输入负极与限流电阻r6的一端连接，限流电阻r6的另外一端接地，光耦o1的输出一端与电源5vp1连接，输出另外一端与下拉电阻r7和调高器8的输入端口io8连接，下拉电阻r7的另外一端接地。
24.默认状态下，mcu4的输出端口io2为低电平，光耦o1截止，调高器8的输入端口io8为低电平；当mcu4输出高电平时，光耦o1导通，调高器8的输入端口io8收到高电平。
25.所述气体使能电路9包括限流电阻r8、光耦o2、下拉电阻r9、气控箱10。
26.所述光耦o2的输入正极与mcu4的输出端口io3连接，光耦o2的输入负极与限流电
阻r8的一端连接，限流电阻r8的另外一端接地；光耦o2的输出一端与电源5vp2连接，输出另外一端与下拉电阻r9和气控箱10的输入端口io9连接，下拉电阻r9另外一端接地。
27.默认状态下，mcu4的输出端口io3为低电平，光耦o2截止，气控箱10的输入端口io9为低电平；当mcu4输出高电平时，光耦o2导通，气控箱10的输入端口io9收到高电平。
28.所述割炬3上带有升降体11，调高器8与升降体11之间通过plc进行通讯，从而控制割炬3升降，气控箱10上连有气管12，气管12给割炬3提供气体。
29.这一种等离子电源拐角切割控制系统的控制方法为：假设切割电流设置为200a，拐角电流设置为150a，拐角电流检测阈值为180a。
30.步骤1：cnc数控系统向等离子电源发送启动信号，等离子电源开始工作，首先进行直线切割，实际负载电流为200a。
31.步骤2：数控系统在切割到拐角之前向等离子电源发送拐角信号，mcu收到拐角信号后使能拐角检测，即允许mcu的io1对拐角检测信号进行检测。因为只有在拐角阶段，这个拐角检测信号才有作用。等离子电源mcu收到拐角信号后，立即降低切割电流到150a。
32.步骤3：切割电流下降过程中，低于拐角检测阈值180a时，拐角检测电路会检测到电流的变化，并生产拐角检测信号。mcu的io1收到到拐角检测信号后，使io3立即输出高电平，即气控箱使能。气控箱收到气体使能信号后，调节气体气压（一般是降低保护气和离子气的气压），使气体气压与电流大小匹配，否则弧的形态会发生变化，切割会变形。注意：拐角信号收到后立即进行气体调节，中间没有延时，保证电流与气体同时动作。
33.步骤4：mcu收到拐角信号并延时约50ms后，使io2输出高电平，即调高器使能。调高器收到使能信号后，通过plc控制升降体，降低割炬高度，使割炬高度与电流匹配。如果割炬高度不降低，但是弧的形态已经发生变化(电流降低)，那么切割的垂直度会有偏差。注意：调高器需要延时50ms后再动作，这是因为拐角时弧的形态改变需要时间，如果第一时间降低割炬高度，可能会引起反渣，堵塞割炬喷口，造成切割异常。
34.步骤5：cnc数控系统在拐角结束时发送拐角信号至等离子电源，mcu收到该信号后立即使io3输出低电平，即气控箱禁止，气控箱将气体恢复至拐角切割前的水平（一般为提高保护气和离子气的气压）。注意：mcu收到拐角信号后不是第一时间升高电流，而是恢复气压水平，这是因为不提高气压的情况下电流升高，会造成割炬烧毁。同理，mcu收到该拐角信号后立即使io2输出低电平，即调高器禁止，调高器控制升降体，把割炬高度恢复到拐角前的水平。这是因为如果不先提高切割高度就直接提高切割电流，会造成反渣。
35.步骤6：等离子电源mcu收到拐角结束信号时，延时50ms，然后将切割电流恢复到拐角前的水平。
36.整体的时序图如图2所示。