等离子切割机控制系统

1 引言 
　　在机械制造等工业生产中，作为首道工序的钢板切割，其工艺水平及切割质量的高低对后续生产工序有着重要的影响[1]。常见的钢板切割方式主要有：火焰切割、等离子切割和激光切割等[2]。等离子切割是以压缩空气（或惰性气体）为工作气体，以高温高速的等离子弧为热源，将被切割的金属局部熔化并用高速气流将已熔化的金属吹走形成狭窄的割缝，从而达到切割的目的切割方式。其有可切割厚度大、割缝窄、切口垂直度好、不挂渣、速度快等优点，是三者切割方式中性价比最高的切割方式，是现代金属切割技术发展的趋势之一，广泛为各种机械制造行业采用。 
　　本论文主要研究的是等离子切割机的控制系统，硬件平台在分析等离子切割机控制特点后，设计了IPC+MC206+PLC开放式控制方式；确认软件需求后，采用Visual C++开发上位机软件，采用Trio Basic语言开发出电机驱动平台，并进行实际运用测试，满足系统系能要求。 
　　2 系统组成与控制原理 
　　2.1 等离子切割机机械部分 
　　本文分采龙门架式机械结构，如图1所示。其X、Y方向均采用齿轮、齿条驱动，兼顾精度和成本，主要完成切割图形的运动；Z方向采用精密直线导轨驱动，主要完成等离子切割枪头与钢板间距离的调整。 
　　2.2 等离子切割机控制 
　　完整的等离子切割工艺主要包括：切割前的括喷粉划线、切割过程中割枪的割矩调节、切割图形加工等运动[3]。 
　　喷粉划线是在切割前，通过喷粉划线枪，切割工件上表面标记工艺线、图形和件号，在未切割工件的前期可以及时调整所绘图形，预知切割图形是否存在误差。实现喷粉划线需要控制锌粉枪的开关及调节Z轴高度。 
　　割矩调节是在切割过程中，需保持等离子等割枪的割嘴电极与板材之间的弧压值，以实现割嘴高度的恒定。弧压检测电路实时探测割嘴电极与待切钢板之间的弧压值DC，并通过控制伺服电机驱动割炬自动升降以确保弧压值的恒定而保证割嘴与待切钢板的距离恒定不变[4]。 
　　切割图形加工是依据输入的G code，控制X与Y方向的电机驱动，实现需要图形的切割。
　　2.3 等离子切割机控制系统方案 
　　基于TRIO MC206的等离子切割机控制系统由三部分组成：工控机（IPC）+上位机软件，TRIO MC206多轴运动控制部分，PLC控制及驱动部分。各部分专职完成不通的任务，通过各轴的伺服电机联动，实现精准的图形切割。 
　　3 控制软件的设计 
　　采用IPC机和液晶触摸屏来完成控制系统的人机交互功能，用户获得良好的人机环境。控制软件集成了各轴的运动控制，点火流程，限位报警信号，钢板测量和加工以及文件的保存备份等操作。控制系统结构图如图3所示： 
　　综合考虑到上位机软件运行速率和软件开发的延续性，本系统采用Visual Studio 2010作为开发环境，采用Visual C++作为开发语言。上位机软件主要由：零件代码（G code）输入模块、系统设置模块、切割状态显示模块、底层通信模块四个分组成，实现切割信息输入、切割过程监控及底层驱动部分的控制。 
　　在MC206中，采用TRIO BASIC语言进行程序的编写，主要实现两方面工作:（１）依据上位机软件传递的图形运动指令，完成相应的插补功能，驱动X（包括X1和X2）、Y两方向的电机运转，使整个机械系统平稳、快速的运动；（２）和下层PLC通信，并将相关数据传递给上位机软件。 
　　PLC控制部分采用三菱FX/2N系列PLC，主要是接受MC206传递的控制指令，实现割枪与钢板间高度的自动调节，控制等离子电源开闭，保护切割机限位开关等功能。 
　　4 结束语 
　　本文在分析等离子切割机控制需求的基础上，搭建了IPC+MC206+PLC的等离子切割机控制硬件平台，在此基础上开发了上位机软运动控制软件及PLC逻辑控制软件，实现切割过程中的划线、切割、弧压调高等功。