發(fā)布時間：2017-10-14 09:24

  本文關(guān)鍵詞：精細(xì)等離子切割電源電流與氣體控制關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：等離子切割作為主要的金屬熱切割方式之一,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)板材切割生產(chǎn)中。精細(xì)等離子切割作為普通等離子切割的升級,在能耗、切割質(zhì)量和切割效率方面都有顯著提升。等離子切割電源是等離子切割的動力裝置,而切割電流和切割氣體是影響切割質(zhì)量的重要工藝參數(shù)。因此研究精細(xì)等離子切割電源控制系統(tǒng),實現(xiàn)切割電流和切割氣體的精確控制是本文的主要研究工作�；诘入x子切割工藝介紹了精細(xì)等離子切割的工作原理,設(shè)計了基于主從式PLC控制的精細(xì)等離子切割電源硬件系統(tǒng),并對主要的電器元件進(jìn)行了選型設(shè)計,包括電磁換向閥、單向閥、電氣比例閥和電流傳感器。通過研究等離子電弧特性,設(shè)計了切割電流開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種策略。通過研究等離子切割電源的輸出特性,建立以電流標(biāo)定為核心的切割電流開環(huán)控制系統(tǒng);通過研究等離子切割電源階躍響應(yīng)特性,建立了等離子切割電流PI控制模型,并借助MATLAB進(jìn)行PI控制仿真實驗;然后對兩種切割電流控制策略進(jìn)行電流測試實驗,實驗結(jié)果證明相比切割電流開環(huán)控制,PI控制的波形質(zhì)量和穩(wěn)定性更好。通過分析精細(xì)等離切割的6種氣體工藝要求,設(shè)計了氣路控制原理圖和氣體控制臺,并編制了切割氣體工藝表,實現(xiàn)了多氣體選擇和切換。并通過分析電氣比例閥的工作原理和控制算法,構(gòu)建了以電氣比例閥為控制核心的切割氣體控制系統(tǒng)。最后通過切割氣體系統(tǒng)測試實驗驗證了切割氣體控制系統(tǒng)的可行性。針對本系統(tǒng)所選用的PLC,對其輸入輸出點進(jìn)行了分配,設(shè)計了精細(xì)等離子切割控制系統(tǒng)的主回路,設(shè)計了電氣比例閥和電流傳感器與模擬量模塊的連接電路,以及PLC主機與觸摸屏和PLC從機的通訊連接和設(shè)置,并根據(jù)精細(xì)等離子切割工藝設(shè)計了PLC控制主程序和子程序軟件系統(tǒng)。完成了精細(xì)等離子切割電源人機界面軟件設(shè)計,人機界面包括監(jiān)控界面、工藝選擇界面、調(diào)試界面、報警界面和幫助界面,可以實現(xiàn)切割過程監(jiān)測、工藝設(shè)置與選擇、系統(tǒng)調(diào)試、報警記錄以及實時通訊等多個功能,提高了精細(xì)等離子切割電源控制系統(tǒng)自動化程度和操作的簡潔性。最后結(jié)合本文開發(fā)的精細(xì)等離子切割電源原理樣機進(jìn)行工藝實驗測試,驗證了控制系統(tǒng)的可行性,同時通過檢測切割精度和切割質(zhì)量,證明了本系統(tǒng)滿足設(shè)計要求。
【關(guān)鍵詞】：精細(xì)等離子切割 等離子切割電源 切割電流 切割氣體 控制系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：濟南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG483
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外等離子切割電源研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 國外等離子切割電源研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)等離子切割電源研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 等離子切割電源控制策略的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 主要研究內(nèi)容14-16
• 第二章 精細(xì)等離子切割電源控制系統(tǒng)研究16-22
• 2.1 精細(xì)等離子切割系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成16-17
• 2.1.1 精細(xì)等離子切割電源模組16-17
• 2.1.2 等離子割槍17
• 2.2 精細(xì)等離子切割的工作原理17-18
• 2.3 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計18-19
• 2.4 主要元器件選型設(shè)計19-21
• 2.4.1 電磁閥和單向閥選型設(shè)計19-20
• 2.4.2 電氣比例閥選型設(shè)計20
• 2.4.3 電流傳感器選型設(shè)計20-21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 第三章 精細(xì)等離子切割電源電流控制技術(shù)研究22-34
• 3.1 等離子電弧特性22-23
• 3.1.1 等離子電弧非線性伏安特性22-23
• 3.1.2 等離子電弧脈動特性23
• 3.2 切割電流開環(huán)控制23-26
• 3.2.1 等離子電源特性研究23-25
• 3.2.2 等離子切割電源標(biāo)定研究25-26
• 3.3 切割電流閉環(huán)控制26-30
• 3.3.1 精細(xì)等離子電流控制對象的建立28-29
• 3.3.2 PI控制參數(shù)整定29
• 3.3.3 切割電流閉環(huán)控制仿真29-30
• 3.4 切割電流控制系統(tǒng)測試30-33
• 3.4.1 切割電流測試裝置31
• 3.4.2 測試結(jié)果及分析31-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 第四章 精細(xì)等離子切割電源氣體控制技術(shù)研究34-42
• 4.1 氣路設(shè)計34-37
• 4.1.1 氣體控制原理圖設(shè)計34-35
• 4.1.2 氣體控制臺箱體設(shè)計35-36
• 4.1.3 切割氣體工藝表設(shè)計36-37
• 4.2 切割氣體壓力控制研究37-39
• 4.2.1 切割氣體壓力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計37-39
• 4.2.2 切割氣體壓力控制策略39
• 4.3 切割氣體控制系統(tǒng)測試實驗39-41
• 4.4 本章小結(jié)41-42
• 第五章 精細(xì)等離子切割電源PLC控制系統(tǒng)設(shè)計42-56
• 5.1 電氣控制系統(tǒng)主回路設(shè)計42-43
• 5.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計43-48
• 5.2.1 主機PLC的I/O規(guī)劃43-44
• 5.2.2 從機PLC的I/O規(guī)劃44-45
• 5.2.3 主機PLC模擬量與電氣比例閥連接電路45-46
• 5.2.4 從機PLC模擬量與電流傳感器/電源連接電路46-47
• 5.2.5 通訊電路設(shè)計及參數(shù)設(shè)置47-48
• 5.3 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計48-55
• 5.3.1 主程序模塊設(shè)計49
• 5.3.2 切割電源自檢模塊設(shè)計49-50
• 5.3.3 工藝設(shè)定模塊設(shè)計50-51
• 5.3.4 氣路自檢模塊設(shè)計51-54
• 5.3.5 切割模塊設(shè)計54-55
• 5.3.6 停機模塊設(shè)計55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 第六章 精細(xì)等離子切割電源人機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計56-66
• 6.1 監(jiān)控界面設(shè)計56-57
• 6.2 工藝選擇界面設(shè)計57-58
• 6.3 調(diào)試界面設(shè)計58-62
• 6.3.1 電磁閥測試界面設(shè)計58
• 6.3.2 I/O診斷界面設(shè)計58-59
• 6.3.3 電流標(biāo)定界面設(shè)計59-60
• 6.3.4 電流PI參數(shù)調(diào)試界面設(shè)計60-61
• 6.3.5 切割工藝庫界面設(shè)計61-62
• 6.4 參數(shù)設(shè)置界面設(shè)計62
• 6.5 報警界面設(shè)計62-63
• 6.6 幫助界面設(shè)計63-64
• 6.7 本章小結(jié)64-66
• 第七章 精細(xì)等離子切割工藝實驗66-70
• 7.1 實驗條件66-67
• 7.2 工藝實驗67-69
• 7.3 本章小結(jié)69-70
• 第八章 結(jié)論和展望70-72
• 8.1 結(jié)論70-71
• 8.2 研究展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-78
• 附錄78-80
• 附表80-82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1030286