葉漢民 來(lái)源：《國(guó)外電子元器件》

     摘要：介紹了利用plc特殊功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電子束流的起/起弧的梯度控制、高壓電源的軟啟動(dòng)和軟關(guān)機(jī)、工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度控制等功能。給出了應(yīng)用特殊模塊設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及電路、并對(duì)用該方法設(shè)計(jì)的幾種控制系統(tǒng)的控制原理進(jìn)行了重點(diǎn)說(shuō)明。

     關(guān)鍵詞：電子束焊機(jī)

     高壓 電子束流 梯度 工作臺(tái)

     1 概述

     電子束焊機(jī)是包括真空、高壓、電子技術(shù)、自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)等多種專(zhuān)業(yè)學(xué)科的高能束焊接設(shè)備，它主要由真空系統(tǒng)、高壓電源、柵偏電源、陰極加熱電源及其它控制電源、工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。電子速焊機(jī)包括幾十個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入、模擬量和較多的開(kāi)關(guān)量輸出以及焊接過(guò)程控制。由于用一般的模擬控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)這些功能的控制。因而在大型的電子束焊接設(shè)備中均采用計(jì)算機(jī)控制，如彩管補(bǔ)償帶鋼的焊接生產(chǎn)線的過(guò)程和工藝控制等[1]。而對(duì)于一般的電子束通用設(shè)備用采用plc控制以實(shí)現(xiàn)焊接工藝和過(guò)程的控制，為了確保設(shè)備操作簡(jiǎn)單、可靠性高、自動(dòng)化程度高和滿足電子束焊接機(jī)的不同的焊接工藝需要，在電子束焊接工藝中，電子束焊接中的電子束流必須能夠進(jìn)行起弧和收弧控制，否則，零件在焊接起始階段和結(jié)束階段會(huì)出現(xiàn)缺陷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞零件，為此地控制電路中需要設(shè)計(jì)有起、起弧的專(zhuān)用電路。在plc應(yīng)用以前，大多用分立元件組成的積分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)給定的起、收弧控制，電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，梯度調(diào)節(jié)不方便，線性度差，調(diào)試難度大，可靠性也較差。而在高壓電源控制電路中則必須設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)和軟停止電路，以避免開(kāi)機(jī)和停機(jī)對(duì)高壓電源的沖擊。高壓電源的軟啟動(dòng)和軟停止電路在plc的應(yīng)用初期也是用分立電路構(gòu)成的。另外，由于在焊接不同零件時(shí)，根據(jù)工藝要求要焊接不同的焊縫，所以一般的電子束焊機(jī)都配備了高精度的工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。與此同時(shí)還要配備高精度的工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)來(lái)保證工作臺(tái)的精度，因此，電子束焊機(jī)專(zhuān)用工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)一般采用伺服步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的各種運(yùn)動(dòng)，（如直線和旋轉(zhuǎn)），以滿足各種不同焊縫的焊接精度要求。其中也有用直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)來(lái)完成以上功能的，但由于直流電機(jī)較貴，電流較大，不易實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)控制，而且要設(shè)計(jì)專(zhuān)用接口電路，因此在多工位的工作臺(tái)控制系統(tǒng)中較少采用。在用步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)中，以前的驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用環(huán)形分配器、功率放大電路以及脈沖發(fā)生器等模擬電路，因而電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、不易調(diào)試。本文根據(jù)電子束焊接工藝及設(shè)備功能的需要，并結(jié)合plc控制技術(shù)的特點(diǎn)和功能，介紹一種利用簡(jiǎn)單電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電子束流的起/收弧控制、高壓電源的軟啟動(dòng)和軟停止以及工作臺(tái)和運(yùn)動(dòng)控制等功能的方法。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明。該控制系統(tǒng)具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于調(diào)試、調(diào)節(jié)方便等多種優(yōu)點(diǎn)。

     2 控制原理

     電子束焊接機(jī)中的控制系統(tǒng)很多，這里主要結(jié)合plc特殊模塊的應(yīng)用及與之相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)作簡(jiǎn)要說(shuō)明。它包括高壓梯度控制、電子束流的起/收弧控制以及工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制，筆者利用plc及其特殊模塊設(shè)計(jì)了專(zhuān)用控制電路，其原理圖如圖1所示。圖1中plc為三菱公司的fx2n-80mt可編程程序控制器，其中plc用來(lái)對(duì)整機(jī)進(jìn)行控制，包括過(guò)程控制、開(kāi)關(guān)輸入和輸出控制、模擬量和數(shù)字量的運(yùn)算、條件連鎖設(shè)置以及高速輸出等功能控制。圖1中的控制功能僅能實(shí)現(xiàn)上述三套系統(tǒng)的控制，其它系統(tǒng)的控制限于篇幅本文沒(méi)有列出。fx0n-3a是該公司的特殊a/d功能模塊，它具有2路電壓和電流的模擬輸入，1路電壓和電流的模擬輸出。模擬量輸出和輸入的電壓規(guī)格為0～10v，電流規(guī)格為4～20ma。整個(gè)控制系統(tǒng)采用兩塊a/d特殊功能模塊，一塊用作電子束流的d/a轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬量輸出用來(lái)設(shè)定高壓控制用的pi調(diào)節(jié)器的高壓，而模擬量輸入用作x軸的速度給定控制。另一塊用來(lái)給定高壓控制的d/a轉(zhuǎn)換，其模擬量輸出用作高壓控制用的pi調(diào)節(jié)器高壓，模擬量輸入用作y軸的速度給定，該輸入經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后還可用于控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度。輔助電源采用朝陽(yáng)電源公司的集成一體化線性電源，該電源的穩(wěn)定性很好。電位器分別用作模擬量的輸入調(diào)節(jié)和輸出模擬量的給定調(diào)節(jié)。步進(jìn)電源為專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)電源，工作性能穩(wěn)定，具有制動(dòng)和多種保護(hù)功能。

     3 控制軟件設(shè)計(jì)