一种激光器标定PLC慢控系统

一种激光器标定plc慢控系统
技术领域
1.本发明涉及plc控制技术领域，尤其涉及一种激光器标定plc慢控系统。


背景技术：

2.激光加工在工业加工中占有重要地位，利用激光进行材料表面热处理、金属焊接、金属或非金属切割将是当今和今后先进加工的趋势。激光器具有结构紧凑，光束质量高，光学损耗低，热稳定性高，气体消耗低等优点，在激光切割、激光焊接等激光加工领域得到广泛的应用。为保证激光器各个模块安全有序的工作和工业生产的顺利进行，为激光器设计一个套安全可靠的控制系统是非常重要的。
3.激光器控制系统设计的关键是系统的抗干扰能力、可靠性和人机互动性。激光器所用的所有电路单元都工作在射频干扰环境下，只有具有良好的抗干扰设计才能正常工作。控制系统的可靠性可保证激光器各子模块正常有序工作，进而保证整个激光系统的正常工作。人机互动性可以使操作人员及时的了解激光器的实时工作状态及各种故障报警，同时使操作更加的简便。
4.目前激光器采用的控制系统多为单片机、dsp等可编程控制器件。单片机、dsp等可编程控制器控制系统具有数字模拟控制电路多，具有抗干扰能力差，故障率高，对环境依赖性强；受芯片布局结构限制，不易扩展，无人机操作界面，操作不便等缺点。
5.为解决上述问题，中国发明专利(申请号为cn201320044916.8)提供一种解决方案，公开了一种射频板条co2激光器plc控制系统。它包括由操作台和内部控制电路组成的控制箱以及与控制箱连接的激光器，控制箱的内部控制电路包括plc可编程控制器以及与plc可编程控制器连接的数字扩展模块和模拟扩展模块，还包括与plc可编程控制器及其数字扩展模块和模拟扩展模块连接的水冷却系统控制电路模块、紧急断电控制电路模块、高压控制电路模块、放电电流检测电路模块、工作气体控制电路模块、功率给定电路模块、报警保护电路模块。该专利虽然抗干扰能力强且能触摸屏控制进行人机对话，适合工业加工对高功率射频板条co2激光器的控制要求，但只限于应用于高功率射频板条co2激光器，仅仅实现对激光器工作环境监测，并不能有效对激光器本身进行控制。
6.中国实用新型专利(申请号为cn201620719861.x)公开了一种高精度全自动角度变换转台控制系统，该系统包括plc控制器、控制面板、竖直转动电机、水平转动电机和十字激光器：plc控制器位于主机箱内，控制整个装置工作；控制面板位于主机箱上，与plc控制器电性连接，向plc控制器输入操作命令，并显示操作信息；竖直转动电机位于主机箱内，与plc控制器电性连接，驱动转台在竖直平面内转动；水平转动电机位于转台上，与plc控制器电性连接，驱动放置被检测灯具的检测台水平转动；十字激光器位于转台上，与plc控制器电性连接，用于校准被测灯具中心。而该专利又仅仅只能对激光器角度进行旋转控制。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决现有单片机、dsp等可编程控制器控制系统具有数字模拟
控制电路多，具有抗干扰能力差，故障率高，对环境依赖性强；受芯片布局结构限制，不易扩展，无人机操作界面，操作不便等缺点，严重影响了高功率射频板条激光器工作的稳定性，激光加工系统作业的安全性，操作的简便性，故本发明提供了一种激光器标定plc慢控系统。
8.慢控系统是整个激光器标定系统的运行中枢，主要对激光转台进行控制、对环境变量进行监控和对数据进行通讯控制。由西门子plc及相应的模块实现，功能主要包括激光转台三个方向的转动控制，各方向角度值的实时读取，激光电源的控制及系统其他控制。
9.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
10.一种激光器标定plc慢控系统，包括plc模块、三维角度控制模块、开关门控制模块、激光电源控制模块、通讯模块和电源模块；所述plc模块一端与通信模块一端连接，plc模块另一端与三维角度控制模块、开关门控制模块、激光电源控制模块和电源模块相连接，通信模块另一端与plc模块相连接；
11.plc模块，用于对系统整体进行控制，对数据进行采集与传输；
12.三维角度控制模块，用于控制激光转台实现水平转动、俯仰转动及角位调节；
13.开关门控制模块，用于控制开关门实现激光器的遮挡或遮盖；
14.激光电源控制模块，用于控制电源关断，实现激光器电源控制；
15.通信模块，用于实现plc模块与本地pc机的通信连接；
16.电源模块，用于为本系统用电器供电。
17.所述通信模块采用mpi通信方式。
18.所述本地pc机上装载有西门子wincc监控软件。
19.所述三维角度控制模块包括多个电机驱动器、俯仰电机、角位电机、转台电机a和多个解码器；中央控制单元通过数据量输出模块分别与多个电机驱动器一端相连接，电机驱动器另一端通过解码器分别与俯仰电机、角位电机和转台电机相连接；俯仰电机、角位电机和转台电机分别设置在激光转台上。
20.所述数据量输出模块采用西门子sm318或sm322。
21.所述开关门控制模块包括电机驱动器和转台电机b，中央控制单元通过数据量输出模块与电机驱动器一端连接，电机驱动器另一端与转台电机b一端相连接，转台电机b另一端与激光器开关门轴相连接。
22.所述电源模块为西门子专业电源ps307，5v电源为电机提供限位电压，24v电源给四个电机的驱动器供电。
23.本发明的有益效果：
24.本发明使用方便，编程简单、功能强，性价比高、可靠性高，抗干扰能力强，系统的设计、安装和调试工作量少，易于维护。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
26.图1是本发明的系统结构框图。
具体实施方式
27.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
32.慢控系统是整个激光器标定系统的运行中枢，主要对激光转台进行控制、对环境变量进行监控和对数据进行通讯控制。由西门子plc及相应的模块实现，功能主要包括激光转台三个方向的转动控制，各方向角度值的实时读取，激光电源的控制及系统其他控制。
33.如图1所示，一种激光器标定plc慢控系统，包括plc模块、三维角度控制模块、开关门控制模块、激光电源控制模块、通讯模块和电源模块；所述plc模块一端与通信模块一端连接，plc模块另一端与三维角度控制模块、开关门控制模块、激光电源控制模块和电源模块相连接，通信模块另一端与plc模块相连接；
34.plc模块，用于对系统整体进行控制，对数据进行采集与传输；
35.三维角度控制模块，用于控制激光转台实现水平转动、俯仰转动及角位调节，激光转台目的是为激光束提供精确指向，由于环境温度等参数变化迅速，需要激光转台具备全天区的巡航任务，并且具有灵活机动进行伸出和收回室内等能力；
36.开关门控制模块，用于控制开关门实现激光器的遮挡或遮盖；
37.激光电源控制模块，用于控制电源关断，实现激光器电源控制；
38.通信模块，用于实现plc模块与本地pc机的通信连接；
39.电源模块，用于为本系统用电器供电。
40.所述通信模块采用mpi通信方式。
41.所述本地pc机上装载有西门子wincc监控软件。
42.所述三维角度控制模块包括多个电机驱动器、俯仰电机、角位电机、转台电机a和多个解码器；中央控制单元通过数据量输出模块分别与多个电机驱动器一端相连接，电机驱动器另一端通过解码器分别与俯仰电机、角位电机和转台电机相连接；俯仰电机、角位电机和转台电机分别设置在激光转台上。
43.所述数据量输出模块采用西门子sm318或sm322。
44.所述开关门控制模块包括设置在激光标定室内翻盖门处的电机驱动器和转台电
机b，中央控制单元通过数据量输出模块与电机驱动器一端连接，电机驱动器另一端与转台电机b一端相连接，转台电机b另一端与激光器开关门轴相连接。
45.翻盖门是标定用激光与外界的通道。在实验时，标定室屋顶翻盖门打开，激光伸出屋外，按照设定的自动巡航方案向望远镜方向发射激光脉冲。实验结束后，收回激光装置，紧闭翻盖门。如果遇雨雪大风云层较厚等不适合观测的日子，翻盖门不打开，保护激光标定室内设备。
46.所述电源模块为西门子专业电源ps307，5v电源为电机提供限位电压，24v电源给四个电机的驱动器供电。
47.激光标定室主要三部分构成：激光发射装置(激光转台，激光器，激光器保护罩等)，激光控制系统(翻盖门、慢控箱、监控摄像头2个、监控电脑等)，室内加热装置。
48.标定室每间房间内均配备了电脑，可以实现远程连接。主要用于装载慢控软件，能量测量软件，标准零点测量软件和上传能量测量数据与慢控读回数据。未来慢控及能量设定等将实现远程控制。
49.激光系统每晚使用远程控制，预先设计好发射角度方案，每晚通过设置自动发射流程的起始时间和终止时间来控制每晚的发射流程，其中指令的下达与信号的上传是通过plc慢控系统来完成。在激光慢控操作界面上，通过设置单个发射流程中每一个位置的停留时间、仰角、方位角和转台高度信息。plc慢控系统工作流程具体如下：
50.(1)、通电启动，检测系统环境，包括激光器工作温度，室内温度，室外温度，室内湿度；如一切正常，则进行下一步；如果不正常，则报警，激光器保持关机状态；
51.(2)、开启激光器；
52.(3)、控制转动转台至能量测量位置，读取能量计示数，并记录于服务器中；
53.(4)、若天气状态允许，开启翻盖门；
54.(5)、翻盖门完全到位信号返回后，控制转台爬升至室外；
55.(6)、按照输入的自动巡航流程角度，自动转动角度，并在每一个角度停留一定时间，进行观测；如下表1所示：
[0056][0057]
在自动巡航结束时间，暂停观测；
[0058]
(7)、自动降回激光器，旋转转台至激光口对准能量计；
[0059]
(8)、关闭翻盖门；
[0060]
(9)、测量激光能量；
[0061]
(10)、结束观测，关闭激光器；
[0062]
(11)、在整个过程中，始终记录环境变量参数，如温度、湿度等，如果激光器环境监控超过安全值，则报警，停止观测；始终记录转台角度的位置与时间信息；
[0063]
(12)、上传所有数据至服务器，单个观测日中两次激光能量测量监控(开门前和开门后)，需要的数据包括每次能量测量的平均值统计与展宽统计；每七天的能量数据平均值与展宽graph图片展示；单个观测日内温控系统工作效果图片展示，数据包括温度的时间序列图与hist统计图。
[0064]
本文揭露的结构、功能和连接形式，可以通过其它方式实现。例如，以上所描述的实施例仅是示意性的，例如多个组件可以结合或者集成于另一个组件；另外，在本文各个实施例中的各功能组件可以集成在一个功能组件中，也可以是各个功能组件单独物理存在，也可以两个或两个以上功能组件集成为一个功能组件。
[0065]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本
文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。