專利名稱：射頻板條CO₂激光器PLC控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻板條CO2激光器，具體地說是一種射頻板條C02激光器PLC控制系統(tǒng)，屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光加工在工業(yè)加工中占有重要地位，利用激光進(jìn)行材料表面熱處理、金屬焊接、金屬或非金屬切割將是當(dāng)今和今后先進(jìn)加工的趨勢。高功率射頻板條C02激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊，光束質(zhì)量高，光學(xué)損耗低，熱穩(wěn)定性高，氣體消耗低等優(yōu)點，在激光切割、激光焊接等激光加工領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。為保證高功率射頻板條激光器各個模塊安全有序的工作和工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行，為激光器設(shè)計一個套安全可靠的控制系統(tǒng)是非常重要的。高功率射頻板條C02激光器控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是系統(tǒng)的抗干擾能力、可靠性和人機互動性。高功率射頻板條C02激光器采用的電源為射頻電源，激光器所用的所有電路單元都工作在射頻干擾環(huán)境下，只有具有良好的抗干擾設(shè)計才能正常工作?？刂葡到y(tǒng)的可靠性可保證高功率射頻板條C02激光器各子模塊正常有序工作，進(jìn)而保證整個激光系統(tǒng)的正常工作。人機互動性可以使操作人員及時的了解高功率射頻板條C02激光器的實時工作狀態(tài)及各種故障報警，同時使操作更加的簡便。目前高功率射頻板條C02激光器采用的控制系統(tǒng)多為單片機、DSP等可編程控制器件。單片機、DSP等可編程控制器控制系統(tǒng)具有數(shù)字模擬控制電路多，具有抗干擾能力差，故障率高，對環(huán)境依賴性強；受芯片布局結(jié)構(gòu)限制，不易擴展，無人機操作界面，操作不便等缺點。此類控制系統(tǒng)的缺陷嚴(yán)重影響了高功率射頻板條C02激光器工作的穩(wěn)定性，激光加工系統(tǒng)作業(yè)的安全性，操作的簡便性。`

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種不但穩(wěn)定性高、故障率低、抗干擾能力強，而且能觸摸屏控制進(jìn)行人機對話的射頻板條CO2激光器PLC控制系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的射頻板條CO2激光器PLC控制系統(tǒng)，包括由操作臺和內(nèi)部控制電路組成的控制箱以及與控制箱連接的激光器，控制箱的內(nèi)部控制電路包括PLC可編程控制器以及與PLC可編程控制器連接的數(shù)字?jǐn)U展模塊和模擬擴展模塊，還包括與PLC可編程控制器及其數(shù)字?jǐn)U展模塊和模擬擴展模塊連接的水冷卻系統(tǒng)控制電路模塊、緊急斷電控制電路模塊、高壓控制電路模塊、放電電流檢測電路模塊、工作氣體控制電路模塊、功率給定電路模塊、報警保護(hù)電路模塊；
所述水冷卻系統(tǒng)控制電路模塊中設(shè)置的水壓控制電路和至少一個流量控制電路同時連接到PLC可編程控制器的I/O端口上，緊急斷電控制電路模塊直接連接到PLC可編程控制器的I/O端口上；所述高壓控制電路模塊中設(shè)置的高壓開關(guān)連接到數(shù)字?jǐn)U展模塊的I/O端口上，高壓控制電路模塊中設(shè)置的高壓電壓檢測電路連接到模擬擴展模塊的I/o端口上；所述放電電流檢測電路模塊連接到模擬擴展模塊的I/o端口上；所述工作氣體控制電路模塊中設(shè)置的充氣開關(guān)、真空泵驅(qū)動電路分別連接在數(shù)字?jǐn)U展模塊的I/o端口上，工作氣體控制電路模塊中設(shè)置的硅橋氣壓檢測電路連接在模擬擴展模塊的I/O端口上；所述功率給定電路模塊連接在模擬模塊的I/o端口上。所述PLC可編程控制器還連接有報警保護(hù)電路模塊；所述報警保護(hù)電路模塊中設(shè)置的報警燈驅(qū)動電路、蜂鳴器驅(qū)動電路同時連接到PLC可編程控制器的I/O端口上。所述PLC可編程控制器還連接有與觸摸屏進(jìn)行連接的觸摸屏接口模塊。所述操作臺上設(shè)置有觸摸屏、急停按鈕、電源開按鈕、電源關(guān)按鈕、高壓開按鈕、高關(guān)按鈕。采用上述的結(jié)構(gòu)后，由于設(shè)置的由操作臺和內(nèi)部控制電路組成的控制箱以及與控制箱連接的激光器，控制箱的內(nèi)部控制電路包括PLC可編程控制器以及與PLC可編程控制器連接的數(shù)字?jǐn)U展模塊和模擬擴展模塊，由此設(shè)置通過PLC可編程控制器連接各種控制模塊可使本控制系統(tǒng)穩(wěn)定性高、故障率低、操作簡單，抗干擾能力強且能觸摸屏控制進(jìn)行人機對話，適合工業(yè)加工對高功率射頻板條CO2激光器的控制要求。


圖1為本發(fā)明中控制箱和激光器的連接結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明中控制箱操作臺的結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明中系統(tǒng)連接示意 圖4為本發(fā)明中控制電路方框原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本發(fā)明的射頻板條CO2激光器PLC控制系統(tǒng)作進(jìn)一步詳細(xì)說明?，F(xiàn)以2500W射頻板條CO2激光器PLC控制系統(tǒng)為例來說明本發(fā)明的實施。如圖所示，本發(fā)明的射頻板條CO2激光器PLC控制系統(tǒng)，包括由操作臺和內(nèi)部控制電路組成的控制箱I以及與控制箱I連接的激光器2，激光器為高功率射頻板條CO2激光器，作為控制系統(tǒng)控制的控制對象，控制箱I的內(nèi)部控制電路包括PLC可編程控制器以及與PLC可編程控制器連接的數(shù)字?jǐn)U展模塊和模擬擴展模塊，如圖所示的數(shù)字模塊EM223，模擬模塊EM231、模擬模塊EM235，還包括與PLC可編程控制器及其數(shù)字?jǐn)U展模塊和模擬擴展模塊連接的水冷卻系統(tǒng)控制電路模塊、緊急斷電控制電路模塊、高壓控制電路模塊、放電電流檢測電路模塊、工作氣體控制電路模塊、功率給定電路模塊、報警保護(hù)電路模塊；
水冷卻系統(tǒng)控制電路模塊中設(shè)置的水壓控制電路和至少一個流量控制電路同時連接到PLC可編程控制器的I/O端口上，緊急斷電控制電路模塊直接連接到PLC可編程控制器的I/O端口上，緊急斷電控制電路，負(fù)責(zé)緊急情況人工斷電；
高壓控制電路模塊中設(shè)置的高壓開關(guān)連接到數(shù)字?jǐn)U展模塊的I/O端口上，高壓控制電路模塊中設(shè)置的高壓電壓檢測電路連接到模擬擴展模塊的I/O端口上；
放電電流檢測電路模塊連接到模擬擴展模塊的I/O端口上，放電電流檢測電路負(fù)責(zé)檢測氣體放電電流；
工作氣體控制電路模塊中設(shè)置的充氣開關(guān)、真空泵驅(qū)動電路分別連接在數(shù)字?jǐn)U展模塊的I/O端口上，工作氣體控制電路模塊中設(shè)置的硅橋氣壓檢測電路連接在模擬擴展模塊的I/O端口上，數(shù)字模塊EM223負(fù)責(zé)高壓開關(guān)、充氣開關(guān)、抽氣開關(guān)與PLC控制信號之間的電路匹配，控制高壓電磁閥、真空泵，模擬模塊EM231負(fù)責(zé)硅橋氣壓檢測電路和PLC控制信號之間的電路匹配，功率給定電路模塊連接在模擬模塊的I/O端口上，功率給定電路負(fù)責(zé)控制激光器對外輸出功率，EM235負(fù)責(zé)高壓檢測電路、放電電流檢測電路和功率給定電路與PLC之間的電路匹配。PLC可編程控制器上還連接有負(fù)責(zé)光閘的打開和關(guān)閉的光路控制電路包括光閘控制電路(圖中未示出)。本發(fā)明的PLC可編程控制器還連接有報警保護(hù)電路模塊；報警保護(hù)電路模塊中設(shè)置的報警燈驅(qū)動電路、蜂鳴器驅(qū)動電路同時連接到PLC可編程控制器的I/O端口上，報警保護(hù)電路包括水冷報警電路、過壓保護(hù)電路和過流保護(hù)電路，負(fù)責(zé)水冷為開報警和整個系統(tǒng)電路保護(hù)。本發(fā)明的PLC可編程控制器還連接有觸摸屏接口模塊，觸摸屏與PLC控制器通過RS422通訊口連接，其顯示內(nèi)容包括充氣按鈕、抽氣按鈕、光閘按鈕、功率給定按鈕、激光功率、氣壓、報警信息，負(fù)責(zé)人機交互，實時顯示和報警提示，PLC可編程控制器負(fù)責(zé)接收來自觸摸屏的操作指令并向相應(yīng)模塊發(fā)出工作指令，實現(xiàn)相應(yīng)控制功能，本施例所用PLC可編程控制器為中由西門子公司生產(chǎn)的Siemens CPU224，本施例中PLC采用的通訊接口為RS422通訊接口，觸摸屏上的操作信息通過RS422通信接口傳遞給CPU422，CPU422根據(jù)接收到的控制信號，進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，CPU422將采集到的機器的工作狀態(tài)信號通過RS422通訊口傳送給觸摸屏進(jìn)行顯示，顯示激光器的功率信息、工作電壓、腔內(nèi)氣壓、光閘狀態(tài)；操作臺上設(shè)置有觸摸屏3、急停按鈕4、電源開按鈕5、電源關(guān)按鈕6、高壓開按鈕7、高關(guān)按鈕8。當(dāng)CPU224接收到檢測電路發(fā)送的故障信號時，可將相應(yīng)的故障以文字提示形式顯示在顯示屏上，同時報警燈和蜂鳴器發(fā)出報警信號；CPU224 I/O端口與氣壓檢測電路、水流量檢測電路、急停開關(guān)、蜂鳴器、報警燈、數(shù)字模塊EM223、模擬模塊EM231、EM235連接；EM223連接高壓開關(guān)、抽氣開關(guān)、充氣開關(guān)、高壓電磁閥、真空泵；EM231連接硅橋氣壓檢測電路；EM235連接高壓電壓電路、放電電流檢測電路、功率給定電路。通過本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)的設(shè)置，使本發(fā)明的控制系統(tǒng)基于PLC可編程控制器，所含控制步驟如下:
(O開機條件檢測與控制:激光器電源開關(guān)打開后控制系統(tǒng)相應(yīng)部位的檢測電路檢測水壓、水流量、諧振腔腔內(nèi)氣壓、電源模塊、各安全保護(hù)開關(guān)。若激光器一切工作條件均正常則PLC控制系統(tǒng)授權(quán)進(jìn)行下一步，若條件不正常則蜂鳴器報警同時顯示屏提示相應(yīng)故障，技術(shù)人員根據(jù)提示解決相應(yīng)故障。(2)工作氣體控制:通過操作觸摸屏上“抽氣開”按鈕啟動真空泵，對諧振腔進(jìn)行抽真空操作，氣壓檢測電路將氣壓的實時數(shù)值送至PLC并顯示于顯示屏上，當(dāng)腔壓系數(shù)達(dá)到規(guī)定系數(shù)時操作“抽氣關(guān)”按鈕關(guān)閉真空泵；操作觸摸屏上“充氣開”按鈕對激光器諧振腔進(jìn)行充氣，至規(guī)定氣壓值。
(3)高壓電路控制:操作高壓開關(guān)給激光器接入高壓，高壓檢測電路檢測實時高壓值并送至PLC并顯示于顯示屏上。同時，檢測電路檢測電路中是否有過流、過壓的故障。當(dāng)檢測到過流或過壓時自動切斷高壓接入電路。(4)光路控制:光路控制電路包括光閘控制電路，負(fù)責(zé)光閘的打開和關(guān)閉，開啟觸摸屏上“光閘開”按鈕則激光器輸出光路打開，高功率射頻板條C02激光器對外輸出可用于激光加工的高質(zhì)量光束。開啟觸摸屏上“光閘關(guān)”按鈕則激光器輸出光路被阻斷，激光器不對外輸出激光。(5)激光器輸出功率控制:改變觸摸屏上的占空比參數(shù)則可以根據(jù)具體需要改變激光器輸出激光的功率。(6)緊急情況控制:激光器工作過程中發(fā)生緊急情況時可按下急停按鈕切斷激光器電源。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實例。本發(fā)明不僅局限于上述具體實施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實施方式
實施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡單的變化或更改的設(shè)計，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種射頻板條CO2激光器PLC控制系統(tǒng)，包括由操作臺和內(nèi)部控制電路組成的控制箱(I)以及與控制箱(I)連接的激光器(2)，其特征在于:所述控制箱(I)的內(nèi)部控制電路包括PLC可編程控制器以及與PLC可編程控制器連接的數(shù)字?jǐn)U展模塊和模擬擴展模塊，還包括與PLC可編程控制器及其數(shù)字?jǐn)U展模塊和模擬擴展模塊連接的水冷卻系統(tǒng)控制電路模塊、緊急斷電控制電路模塊、高壓控制電路模塊、放電電流檢測電路模塊、工作氣體控制電路模塊、功率給定電路模塊、報警保護(hù)電路模塊； 所述水冷卻系統(tǒng)控制電路模塊中設(shè)置的水壓控制電路和至少一個流量控制電路同時連接到PLC可編程控制器的I/O端口上，緊急斷電控制電路模塊直接連接到PLC可編程控制器的I/O端口上；所述高壓控制電路模塊中設(shè)置的高壓開關(guān)連接到數(shù)字?jǐn)U展模塊的I/O端口上，高壓控制電路模塊中設(shè)置的高壓電壓檢測電路連接到模擬擴展模塊的I/O端口上；所述放電電流檢測電路模塊連接到模擬擴展模塊的I/O端口上；所述工作氣體控制電路模塊中設(shè)置的充氣開關(guān)、真空泵驅(qū)動電路分別連接在數(shù)字?jǐn)U展模塊的I/O端口上，所述工作氣體控制電路模塊中設(shè)置的硅橋氣壓檢測電路連接在模擬擴展模塊的I/O端口上；所述功率給定電路模塊連接在模擬模塊的I/O端口上。
2.按照權(quán)利要求1所述的射頻板條CO2激光器PLC控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC可編程控制器還連接有報警保護(hù)電路模塊；所述報警保護(hù)電路模塊中設(shè)置的報警燈驅(qū)動電路、蜂鳴器驅(qū)動電路同時連接到PLC可編程控制器的I/O端口上。
3.按照權(quán)利要求1所述的射頻板條CO2激光器PLC控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC可編程控制器還連接有與觸摸屏進(jìn)行連接的觸摸屏接口模塊。
4.按照權(quán)利要求3所述的射頻板條CO2激光器PLC控制系統(tǒng)，其特征在于:所述操作臺上設(shè)置有觸摸屏(3)、急停按鈕(4)、電源開按鈕(5)、電源關(guān)按鈕(6)、高壓開按鈕(7)、高關(guān)按鈕(8)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射頻板條CO2激光器，具體地說是一種射頻板條CO2激光器PLC控制系統(tǒng)。它包括由操作臺和內(nèi)部控制電路組成的控制箱以及與控制箱連接的激光器，控制箱的內(nèi)部控制電路包括PLC可編程控制器以及與PLC可編程控制器連接的數(shù)字?jǐn)U展模塊和模擬擴展模塊，還包括與PLC可編程控制器及其數(shù)字?jǐn)U展模塊和模擬擴展模塊連接的水冷卻系統(tǒng)控制電路模塊、緊急斷電控制電路模塊、高壓控制電路模塊、放電電流檢測電路模塊、工作氣體控制電路模塊、功率給定電路模塊、報警保護(hù)電路模塊；采用上述的結(jié)構(gòu)后，可使本控制系統(tǒng)穩(wěn)定性高、故障率低、操作簡單，抗干擾能力強且能觸摸屏控制進(jìn)行人機對話，適合工業(yè)加工對高功率射頻板條CO2激光器的控制要求。
文檔編號G05B19/05GK103116308SQ201310031439
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者吳益, 韓蒙蒙, 鄧前松 申請人:江蘇益林金剛石工具有限公司, 華中科技大學(xué)