电子束焊接设备的计算机集成控制系统设计.doc

电子束焊接设备的计算机集成控制系统设计
叶汉民,刘晓菲
(桂林理工大学信息科学与工程学院,广西桂林 541004)
摘要:本文介绍了一种基于计算机和PLC控制技术的电子束焊接控制系统。通过PLC控制技术实现焊接过程的自动化,并采用高频逆变高压电源,实现高压的自动化联锁保护,改善电子束斑品质、提高焊接工艺。结合设备的技术要求和工艺需要,设计了计算机通信软件和PLC应用软件。最后,通过设备的实际运行验证该设计方法的可行性。
关键词:PLC;电子束焊接;高压电源;控制系统
1 引言
电子束焊接技术是20世纪60年代从高能物理中发展起来的一门高新加工技术,融合了当今先进的科学技术,并成功应用到国民经济如原子工业、特别是国防工业、航空工业、汽车制造、自动控制等对电子束焊机有特殊工艺要求的领域。它包含了PLC技术、计算机、自动控制、精密机械、电磁场与高电压工程、真空技术、数控技术等多种专业学科的机电一体化新技术[1]。本文重点研究智能控制技术和计算机技术在电子束焊接设备中的集成设计方法,并通过设备的实际运行结果验证设计方法的可行性。
2 高压电源及其控制系统的组成
在电子束焊接过程中,要求电子束重复性好,工艺稳定,焊缝成型好,电子束焊设备能长期稳定可靠工作,而高压电源及其控制系统是电子束焊设备的关键部分,它主要为电子枪提供加速电压,其性能的好坏直接关系着设备工作的可靠性和电子束焊接工艺,严重时会损坏工件并引起设备和人身事故[2]。结合以上要求,在本文的集成控制系统设计中,高压电源使用高频逆变技术,该技术的使用能够减小电源的滤波电容量和控制系统的响应时间,从而实现对高压打火的快速保护。
电子束焊机高压电源控制系统主要由主电路、控制电路和PLC控制软件组成,其系统框图如图1所示。
主电路的构成
主电路由EMC滤波电路、晶闸管直流调压模块、逆变电路、高压整流电路等组成,其电路原理框图如图2所示:
。主要由L和C组成的电源线路滤波器附加入电路的内部,包括常模抑制和共模抑制电路,能有效抑制常模和共模噪声。
。由集成一体化智能调压模块组成,电感L1和电容C3组成滤波电路以获得较为平稳的直流电压,Rc和Rd组成精密的反馈取样电路,确保输出电压在控制电路的作用下保持稳定。
。包括半桥电容C、IGBT、高压变压器、保护元件等。
、高压滤波电容器、保护电阻及取样电路组成。
控制电路的组成:
控制电路由整流移相控制电路、PI给定调节电路、PWM及其驱动电路等组成。
,工作过程为整流后的直流电压经电阻分压器取样并经电量隔离电路送入PI调节器的反馈端,PI调节器在给定和反馈的共同作用下并经放大后输出一直流
信号给智能调压模块控制端以控制可控硅的导通角,实现直流输出电压的稳定和调节。
、PI调节器、反馈信号取样及隔离电路等组
成。
,PWM信号由TL494调制,TL494内部的另一放大器外接电流信号作为过流保护用。
3 电子束焊机的工作原理及控制系统组成
电子束焊机的工作过程
电子束焊接机的工作过程是真空系统完成对电子枪