精细等离子切割电源电流与气体控制关键技术研究

发布时间：2017-10-14 09:24

  本文关键词：精细等离子切割电源电流与气体控制关键技术研究

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【摘要】：等离子切割作为主要的金属热切割方式之一,已经广泛应用于工业板材切割生产中。精细等离子切割作为普通等离子切割的升级,在能耗、切割质量和切割效率方面都有显著提升。等离子切割电源是等离子切割的动力装置,而切割电流和切割气体是影响切割质量的重要工艺参数。因此研究精细等离子切割电源控制系统,实现切割电流和切割气体的精确控制是本文的主要研究工作。基于等离子切割工艺介绍了精细等离子切割的工作原理,设计了基于主从式PLC控制的精细等离子切割电源硬件系统,并对主要的电器元件进行了选型设计,包括电磁换向阀、单向阀、电气比例阀和电流传感器。通过研究等离子电弧特性,设计了切割电流开环控制和闭环控制两种策略。通过研究等离子切割电源的输出特性,建立以电流标定为核心的切割电流开环控制系统;通过研究等离子切割电源阶跃响应特性,建立了等离子切割电流PI控制模型,并借助MATLAB进行PI控制仿真实验;然后对两种切割电流控制策略进行电流测试实验,实验结果证明相比切割电流开环控制,PI控制的波形质量和稳定性更好。通过分析精细等离切割的6种气体工艺要求,设计了气路控制原理图和气体控制台,并编制了切割气体工艺表,实现了多气体选择和切换。并通过分析电气比例阀的工作原理和控制算法,构建了以电气比例阀为控制核心的切割气体控制系统。最后通过切割气体系统测试实验验证了切割气体控制系统的可行性。针对本系统所选用的PLC,对其输入输出点进行了分配,设计了精细等离子切割控制系统的主回路,设计了电气比例阀和电流传感器与模拟量模块的连接电路,以及PLC主机与触摸屏和PLC从机的通讯连接和设置,并根据精细等离子切割工艺设计了PLC控制主程序和子程序软件系统。完成了精细等离子切割电源人机界面软件设计,人机界面包括监控界面、工艺选择界面、调试界面、报警界面和帮助界面,可以实现切割过程监测、工艺设置与选择、系统调试、报警记录以及实时通讯等多个功能,提高了精细等离子切割电源控制系统自动化程度和操作的简洁性。最后结合本文开发的精细等离子切割电源原理样机进行工艺实验测试,验证了控制系统的可行性,同时通过检测切割精度和切割质量,证明了本系统满足设计要求。
【关键词】：精细等离子切割 等离子切割电源 切割电流 切割气体 控制系统
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG483
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外等离子切割电源研究现状11-13
• 1.2.1 国外等离子切割电源研究现状11-12
• 1.2.2 国内等离子切割电源研究现状12-13
• 1.3 等离子切割电源控制策略的研究现状13-14
• 1.4 主要研究内容14-16
• 第二章 精细等离子切割电源控制系统研究16-22
• 2.1 精细等离子切割系统结构组成16-17
• 2.1.1 精细等离子切割电源模组16-17
• 2.1.2 等离子割枪17
• 2.2 精细等离子切割的工作原理17-18
• 2.3 系统硬件总体结构设计18-19
• 2.4 主要元器件选型设计19-21
• 2.4.1 电磁阀和单向阀选型设计19-20
• 2.4.2 电气比例阀选型设计20
• 2.4.3 电流传感器选型设计20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 精细等离子切割电源电流控制技术研究22-34
• 3.1 等离子电弧特性22-23
• 3.1.1 等离子电弧非线性伏安特性22-23
• 3.1.2 等离子电弧脉动特性23
• 3.2 切割电流开环控制23-26
• 3.2.1 等离子电源特性研究23-25
• 3.2.2 等离子切割电源标定研究25-26
• 3.3 切割电流闭环控制26-30
• 3.3.1 精细等离子电流控制对象的建立28-29
• 3.3.2 PI控制参数整定29
• 3.3.3 切割电流闭环控制仿真29-30
• 3.4 切割电流控制系统测试30-33
• 3.4.1 切割电流测试装置31
• 3.4.2 测试结果及分析31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 精细等离子切割电源气体控制技术研究34-42
• 4.1 气路设计34-37
• 4.1.1 气体控制原理图设计34-35
• 4.1.2 气体控制台箱体设计35-36
• 4.1.3 切割气体工艺表设计36-37
• 4.2 切割气体压力控制研究37-39
• 4.2.1 切割气体压力控制系统结构设计37-39
• 4.2.2 切割气体压力控制策略39
• 4.3 切割气体控制系统测试实验39-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 精细等离子切割电源PLC控制系统设计42-56
• 5.1 电气控制系统主回路设计42-43
• 5.2 PLC控制系统硬件设计43-48
• 5.2.1 主机PLC的I/O规划43-44
• 5.2.2 从机PLC的I/O规划44-45
• 5.2.3 主机PLC模拟量与电气比例阀连接电路45-46
• 5.2.4 从机PLC模拟量与电流传感器/电源连接电路46-47
• 5.2.5 通讯电路设计及参数设置47-48
• 5.3 PLC控制系统软件设计48-55
• 5.3.1 主程序模块设计49
• 5.3.2 切割电源自检模块设计49-50
• 5.3.3 工艺设定模块设计50-51
• 5.3.4 气路自检模块设计51-54
• 5.3.5 切割模块设计54-55
• 5.3.6 停机模块设计55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 精细等离子切割电源人机监控系统设计56-66
• 6.1 监控界面设计56-57
• 6.2 工艺选择界面设计57-58
• 6.3 调试界面设计58-62
• 6.3.1 电磁阀测试界面设计58
• 6.3.2 I/O诊断界面设计58-59
• 6.3.3 电流标定界面设计59-60
• 6.3.4 电流PI参数调试界面设计60-61
• 6.3.5 切割工艺库界面设计61-62
• 6.4 参数设置界面设计62
• 6.5 报警界面设计62-63
• 6.6 帮助界面设计63-64
• 6.7 本章小结64-66
• 第七章 精细等离子切割工艺实验66-70
• 7.1 实验条件66-67
• 7.2 工艺实验67-69
• 7.3 本章小结69-70
• 第八章 结论和展望70-72
• 8.1 结论70-71
• 8.2 研究展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 附录78-80
• 附表80-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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10 李浩;;第三代等离子切割技术[J];现代焊接;2011年11期

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本文编号：1030286