基于MFC的厚板等离子切割系统关键技术研究

发布时间：2020-04-26 13:15

【摘要】：在海工船舶、核电能源、石油化工等领域,随着设备主体结构的大型化和复杂化,对厚板热切割技术的要求不断提高,等离子切割具有较好的工艺性和经济性而广泛应用。目前厚板等离子切割过程存在的切割质量不佳、切割电源效率不高、切割自动化程度较低等不足,严重影响厚板等离子切割设备推广应用。针对上述问题,本文设计了一种基于MFC的厚板等离子切割系统。该系统由MFC控制面板、等离子切割控制柜、两台模块式结构的数字化等离子切割电源、机器人控制系统、厚板等离子割炬、气路系统和冷却系统组成;系统通过MFC控制面板实现人机交互,利用CAN总线通信对厚板等离子切割过程进行协同控制,并实现两台电源的并联均流以提高输出功率,提升切割能力,改善切割质量。论文主要工作包括:首先,阐述了课题背景,分析了厚板等离子切割方面的国内外研究现状,指出提高厚板等离子切割能力和切割质量的关键在于提升等离子弧的功率密度和稳定度。在此基础上,结合数字化电源技术、并联均流技术和系统协同控制技术,提出了一种基于MFC的厚板等离子切割系统整体解决方案,通过多台模块式等离子切割电源的并联均流输出和数字化协同控制,提升系统切割能力和动态响应速度。其次,根据厚板等离子切割设备的性能要求和技术指标,分别设计了等离子切割电源和等离子切割控制柜主电路,并以STM32最小系统为控制核心,设计了等离子切割电源系统的控制电路,实现切割电源和控制柜的数字化控制。再次,针对厚板等离子切割系统中多台电源并联均流的难题,提出了数字化均流控制策略,利用CAN总线实现多台电源的并联均流;设计了基于MFC控制面板的协同控制系统方案,开发了基于MFC的人机交互界面与控制程序,并利用CAN总线通信,实现了厚板等离子切割过程的全数字化协同控制。最后,搭建了系统试验平台,进行系统测试和厚板切割工艺试验。分别开展了单台等离子切割电源以及两台电源并联情况下的厚板等离子切割系统性能测试;整机效率高、动态性能良好,系统的并联均流不平衡度小于2%;研制的厚板等离子切割系统工作稳定可靠,切割过程可控,在切割30mm和40mm厚低碳钢板时均能获得较好的切割质量。
【图文】：

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18的工作状态的控制。其中的控制电路原理设计基本上是大同小异，典型的继电器控制电路如图2-6所示。当STM32芯片控制引脚PC4输出高电平时，隔离光耦的副边不导通，此时Polit点的电压为高电平，使开关管M1导通，继而高压继电器开始导通，开关K闭合，高频起弧电路开始工作。反之，当PC4端为低电平时，高压继电器不工作，高频起弧电路也不工作。气路系统的开通关断的原理也是如此，只是将高压继电器换成电磁阀，控制电磁阀的开关来控制气路的工作。图2-6 高频起弧继电器控制电路原理图3）按枪信号和测试信号检测控制电路设计按枪信号和检气、检水的测试信号的工作原理都是相似的

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第二章厚板等离子切割系统总体设计19图2-7 焊枪信号检测电路原理图（3）控制软件设计1）延时防抖动程序在程序运行过程中对按枪信号、检水和检气等开关信号增加了延时防抖动的程序，防止等离子切割控制柜在运行过程中误触发。在保证程序快速反应的同时，又可以减少电流尖峰等信号的干扰。2）切割流程控制程序等离子切割控制柜的切割流程如图2-8所示，等离子切割控制柜主要是负责切割前对气路和水冷路的测试以及切割流程开始之后对高频起弧电路、送气电路、送冷却水电路的开关控制和发送等离子切割电源的工作信号。等离子切割控制柜的工作流程如下：1.当没有收到开始切割信号时，程序会检测是否收到检气开关信号；2.如果收到检气开关信号，则会打开气阀，并开始送气，直到关闭检气开关信号。如果没有收到检气开关信号，则程序在任务等待循环；3.如果收到开始切割信号时，，将会开始提前送气和提前水冷工作，会开启高频起弧，并会向等离子切割电源发送启动空载输出信息
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG483

【参考文献】