专利名称：大功率二氧化碳激光器的双放电控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光器电源的控制技术，具体的说是一种大功率二氧化碳激
光器的双放电控制系统。
背景技术：
传统的大功率二氧化碳激光器的控制系统多采用运放加上机电联锁控制，后来出
现单片机控制或PLC控制。运放加上机电联锁控制和单片机控制两种控制方式虽然材料成
本稍低，但用工成本却很高，且安全可靠性及易用性、可维护性远低于PLC控制。 目前市场上流行的大功率激光器在控制上或者操作比较繁琐，或者功能不足，不
能对设备给予很好的支持。 另外，为实现高功率输出，目前的大功率激光器都使用两个放电盒，但电气控制系 统不支持双放电控制，一般情形是用一个电位器或一路模拟输出来控制一个交流模块，进 而控制输出电压，同时控制控制两个放电盒。这种结构的缺点是两个放电盒的放电电流差 异较大，对放电盒的制造精度要求较高，其原因是很难在机械上保证两个放电盒本身及其 所处环境的一致性。当工程实际对放电提出更高要求时，单放电控制难以适应激光器放电 的需要。
实用新型内容针对现有技术中存在的两个放电盒的放电电流差异较大等缺陷，本实用新型要解 决的技术问题是提供一种独立控制的可以使两个放电盒放电电流完全相等的大功率二氧 化碳激光器的双放电控制系统。 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是 安装于大功率二氧化碳激光器电气系统中，以PLC为控制核心，该PLC配置A/D转 换模块、AD-PT转换模块、D/A转换模块，其中PLC的主控制模块通过A/D转换模块接有电压 传感器、电流传感器以及压力变送器，通过AD-PT转换模块接有温度传感器，通过D/A转换 模块接至风机控制回路及激光器电气系统中的智能模块。PLC的主控制模块的数字量输入 端还接有流量开关和电源断相与相序保护继电器。 所述风机控制回路具有变频器，其控制端接收通过D/A转换模块输出的控制信 号。所述电压传感器并联于大功率二氧化碳激光器放电盒两端。所述电流传感器串联于大 功率二氧化碳激光器放电盒回路中。所述压力变送器设于大功率二氧化碳激光器的封闭箱
体上。所述温度传感器为多个，分别设于大功率二氧化碳激光器的电阻箱及箱体内，分别检 测电阻箱内的变压器油温度和箱体内的气体温度。所述流量开关设于大功率二氧化碳激光 器的换热器总水管内。还具有触摸屏，其通过数据线与PLC的主控制模块相连。 本实用新型具有以下有益效果及优点 1.实现了双放电。本实用新型采用一套控制系统控制两个放电回路实现双路放 电，由于控制系统以PLC为控制核心，所以系统安全可靠，功能强大，扩展能力强。[0011] 2.放电效果好。由于本实用新型使两个放电盒的放电通过不同回路单独控制，保 证了两个放电盒放电的均匀性，使激光器出光效率和模式更好。 3.功能齐全。本实用新型的PLC主控制模块通过运行其控制程序实现了调试功 能，极大地方便了设备出厂前的调试及设备维修；实现了风速调节功能，使系统的放电和出 光效果更好；实现了自动充排气功能，保证了设备的长期稳定运行；实现了自动运行功能， 方便了使用操作；实现了待机功能，能够减少停机次数并方便操作人员使用；实现了 Ar/He 转换功能，方便了使用气体的转换。
图1为本实用新型电气结构框图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型双放电控制系统安装于大功率二氧化碳激光器电气系统 中，其以PLC为控制核心，该PLC配置A/D转换模块、AD-PT转换模块、D/A转换模块，其中PLC 的主控制模块通过A/D转换模块接有电压传感器、电流传感器以及压力变送器，通过AD-PT 转换模块接有温度传感器，通过D/A转换模块接至风机控制回路及激光器电气系统中的智 能模块。 PLC的主控制模块的数字量输出端还通过继电器接有各类电磁阀，各类电磁阀设 于混合气气体管路，自动实现充气和排气。 PLC的主控制模块的数字量输入端还接有流量开关和电源断相与相序保护继电 器；风机控制回路具有变频器，其电源端接有380V的交流电，输出端接到风机电机的接线 盒中，控制端接收通过D/A转换模块输出的控制信号； 所述电压传感器为两个，分别并联于大功率二氧化碳激光器的两个放电盒两端， 用于采集放电盒的放电电压；电流传感器也为两个，分别串联于大功率二氧化碳激光器两 个放电盒回路中，用于采集放电盒的放电电流。 压力变送器为一个，设于大功率二氧化碳激光器的封闭箱体上，用于检测箱体内
的气体压力，该气体为二氧化碳、氮气以及氦气(或氩气)三种气体混合气。 温度传感器为四个，大功率二氧化碳激光器的两个电阻箱分别设有一个，两个箱
体内分别设有一个，分别检测两个电阻箱内的变压器油的温度和两个箱体内的气体温度。 流量开关为一个，设于大功率二氧化碳激光器的换热器总水管内，用于检测换热
器的冷却水管路中总水管的水流量，保证水管流量正常。 还具有触摸屏，其通过数据线与PLC的主控制模块相连，用于参数的设定、调整， 显示各测量参数数据。 本实用新型还具有操作面板，其上的各种控制按键接至PLC的数字输入端。 在本实施例中，需要采集两路电压信号和两路电流信号，需要对这两路信号进行 独立显示和控制，这里通过控制输出电压的高低来控制电流的大小，此项功能由两路D/A 模块来完成。本实施例中用了一个四路D/A模块，两路用来控制电压，另外两路用来控制风 机电机的转速。电压的控制方法是用D/A模块的两路输出通过控制两个智能模块进一步控 制放电盒两端电压的大小。[0024] 本实用新型中，PLC采用三菱FX2N-48MR，配置了 A/D转换模块及D/A转换模块；还 具有触摸屏作为PLC系统的上位机。各模块的配置如下PLC主控制模块FX2N-48MR ;A/D扩展模块FX2N_8AD ;A/D扩展模块 FX2N-4AD-PT ;D/A扩展模块FX2N-4DA。 触摸屏采用型号为GT1155-QSBD-C。 温度传感器使用PT100的热电阻。 本实用新型通过软件设置了调试功能、风速调节功能、自动运行功能、待机功能、 自动充排气功能以及Ar/He转换功能，对放电盒回路的电流进行PID控制，常见故障可以通 过触摸屏显示；具有过电压、过电流、过气压、欠气压、水压、超温、相序等系列保护。在触摸 屏上已开发的界面有启动界面、设备调试界面、自动运行界面、参数设置界面以及状态显 示界面等。 利用PLC系统的灵活性，把上述各功能集成到一个系统之中。A/D转换模块的作用 是把现场各类传感器采集到的电压、电流、气压、温度等参数输入给PLC的主控制模块，显 示在触摸屏上，由PLC的主控制模块运行控制程序进行各种处理，与设定的标准值进行比 较，超过设定值时做出保护响应，保证了大功率二氧化碳激光器系统的安全以及人身安全； 通过D/A模块对放电盒的电压和风机转速进行线性控制，以便达到所需要的工作值。 调试功能是将风机运行、抽真空、电压加载、充气、风速调整的操作独立处理或开 环控制，便于找到可能发生的问题点并提高调试过程的安全性，开机后在触摸屏上按"手 动"按钮，即可进入设备调试界面。 风速调节功能的作用是通过风机电机调节大功率二氧化碳激光器箱体内混合气 气体的流速，使系统的放电和出光效率达到最佳值。D/A模块输出的模拟电压信号接到 变频器的模拟输入控制端，就可以很方便地控制风机的旋转速度，本实施例采用的是三菱 FR-E740变频器；在设备调试界面中有风速加减按钮，也可以直接输入风速值。 自动运行功能是为简化操作而设，电流闭环控制的设计在很大程度上提高了功率 的稳定性。只要在触摸屏上进入自动运行界面，直接按下"开始"按钮，系统就可以完成从 充气到高电压启动的过程。电压启动之后，可以直接在触摸屏上输入放电电流值，也可以通 过外设的控制按键(设于操作面板上)对电流进行微调。此功能的原理是PID控制，通过 控制电压的大小对电流进行控制当电流大于设定值时使输出电压降低，电流等于设定值 时输出电压不变，电流小于设定值时提高输出电压。 待机功能有助于节能，减少停机次数并方便操作人员使用。当大功率二氧化碳激 光器运行后，如果暂时不用，此时可以在自动运行界面，直接按"待机"按钮，就可以使设备 进入待机状态，按"待机停"按钮就可以再次回到原来的运行状态。待机功能的原理是降低 工作电流值(可以设为零)，当需要工作时，可以在不到l秒的时间里使电流恢复到工作值， 也就同时使功率恢复到正常值。 自动充排气功能保证了设备的长期稳定运行。进入设置界面，在"是否自动充排" 一项中选择"是"，系统在工作时就能够通过对充排气管路相应的电磁阀进行间歇控制，使 箱体里的气体得到更新。当激光器的箱体里气压较低时开启快充阀以提高充气速度，当气 压达到工作点时关闭快充阀，开启慢充阀继续对箱体进行充气；当箱体气压超过设定的气 压值时就开启慢抽阀，从而保证箱体内的气压在一个小的范围内保持不变。
5[0035] Ar/He转换功能当前大功率二氧化碳激光器一般都既可以使用氦气，也可以使 用氩气，这时两种气体的工作气压不同，相对于氮气以及二氧化碳气的充气比例也不同，这 种转换功能方便了使用操作。进入设置界面，在"工作气体"一项中选择"Ar"或"He"即 可。通过这种选择，系统自动选择气体的工作气压，各种气体的充气比例可以通过调节相应 的气体流量计来完成。 本实用新型利用PLC系统的灵活性，把各功能集成到一个系统之中。A/D扩展模块 的作用是把电压、电流、气压、温度各参数输入到PLC，由PLC进行处理，显示在触摸屏上，并 与设定的标准值进行比较，超过设定值时做出保护响应，停止机器的运行，保证了系统的安 全。D/A模块对电压和风机转速进行线性控制，以便达到所需要的工作值。利用系统内置的 1/0点，通过编程进行输入输出控制，实现相应的功能。
权利要求一种大功率二氧化碳激光器的双放电控制系统，安装于大功率二氧化碳激光器电气系统中，其特征在于以PLC为控制核心，该PLC配置A/D转换模块、AD-PT转换模块、D/A转换模块，其中PLC的主控制模块通过A/D转换模块接有电压传感器、电流传感器以及压力变送器，通过AD-PT转换模块接有温度传感器，通过D/A转换模块接至风机控制回路及激光器电气系统中的智能模块。
2. 按权利要求l所述大功率二氧化碳激光器的双放电控制系统，其特征在于PLC的主 控制模块的数字量输入端还接有流量开关和电源断相与相序保护继电器。
3. 按权利要求1所述大功率二氧化碳激光器的双放电控制系统，其特征在于所述风 机控制回路具有变频器，其控制端接收通过D/A转换模块输出的控制信号。
4. 按权利要求1所述大功率二氧化碳激光器的双放电控制系统，其特征在于所述电 压传感器并联于大功率二氧化碳激光器放电盒两端。
5. 按权利要求1所述大功率二氧化碳激光器的双放电控制系统，其特征在于所述电流传感器串联于大功率二氧化碳激光器放电盒回路中。
6. 按权利要求1所述大功率二氧化碳激光器的双放电控制系统，其特征在于所述压力变送器设于大功率二氧化碳激光器的封闭箱体上。
7. 按权利要求l所述的双放电控制系统，其特征在于所述温度传感器为多个，分别设 于大功率二氧化碳激光器的电阻箱及箱体内，分别检测电阻箱内的变压器油温度和箱体内 的气体温度。
8. 按权利要求1所述大功率二氧化碳激光器的双放电控制系统，其特征在于所述流 量开关设于大功率二氧化碳激光器的换热器总水管内。
9. 按权利要求1所述大功率二氧化碳激光器的双放电控制系统，其特征在于还具有触摸屏，其通过数据线与PLC的主控制模块相连。
专利摘要本实用新型涉及一种激光器电源的控制技术，具体的说是一种大功率二氧化碳激光器的双放电控制系统。安装于大功率二氧化碳激光器电气系统中，以PLC为控制核心，该PLC配置A/D转换模块、AD-PT转换模块、D/A转换模块，其中PLC的主控制模块通过A/D转换模块接有电压传感器、电流传感器以及压力变送器，通过AD-PT转换模块接有温度传感器，通过D/A转换模块接至风机控制回路及激光器电气系统中的智能模块。本实用新型采用一套控制系统控制两个放电回路实现双路放电，由于控制系统以PLC为控制核心，所以系统安全可靠，功能强大，扩展能力强，放电效果好，功能齐全。
文档编号H01S5/042GK201541051SQ20092024821
公开日2010年8月4日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者宫铭辉, 邢飞, 邱晓杰, 韩国春 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司