[00144564]等離子切割機的電氣控制系統

數控等離子切割行業屬于高端裝備制造產業和戰略性新興產業,實現其完全國產化,有助于我國由制造大國到制造強國轉型,具有重要戰略意義。等離子切割機包括機械和電控兩大部分,而后者又包括等離子電源及其控制系統、計算機數字控制系統CNC以及引弧箱、氣控箱、水冷系統、供氣系統、閥組和割炬等重要配件,該復雜系統集成了功率流、信息流和控制流,屬于機電一體化重大裝備。 ①課題來源： 上海交通大學楊喜軍與唐厚君課題組自擬,并得到上海方菱以及江蘇博大課題支持。 ②技術原理及性能指標： 等離子切割機一般都分為驅動裝置和切割機頭箱兩部分。驅動裝置用來拖動割矩,由數控系統（CNC）設定的驅動程序給出連續的x、Y坐標值,驅動電機按坐標變換帶動割矩在工件上以恒定的速度改變位置。切割槍頭處噴射出溫度在2000度以上的恒定等離子束,熔化并穿透工件。機頭箱內由循環冷卻水、等離子氣管路、保護氣管路及電氣線路等組成。電氣部分主要可分為等離子電源、弧檢測及控制回路、保護回路、引弧裝置、整流裝置、割矩等。整流裝置使輸入的三相交流電轉變為直流輸出,DC-DC變換器負責將直流電壓轉換為直流電流,提供等離子流的能量。 由以上可知,等離子切割機的電氣控制系統,主要由等離子切割電源（功率控制）、數控系統CNC（主要負責運動和切割工藝控制）、割炬高度調節器（弧壓調高器）三大核心部件組成,該系統具有數字化、智能化、高精細、高能效、高效率、高效益的特點,系統的主要性能指標達到了國外標桿產品的水平。 ③技術的創造性與先進性： 1.采用部分斬波的三相PWM整流器技術和軟上電技術,可獲得更高的網側功率因數和平穩無沖擊上電; 2.采用兩級交錯并聯模塊化BUCK型DC-DC變換器,可獲得更高的轉換效率和較低的電磁干擾輻射; 3.采用高壓低頻引弧裝置、高靈敏弧壓調高器以及自動氣控箱等,; 4.應用CAN總線技術,進行電氣控制系統各核心部件的實時信息傳輸,更好地實現了各核心部件的協調控制,從而達到更好的切割效果,提高了智能化程度; 5.開發智能化的自動套料軟件,具有如下優勢：只需一次套料,即可自動生成各種數控切割機所需的數控代碼,具有自動套料、薄板件智能防變形技術、智能引入（出）線、智能連割、軟件補償、干涉點檢查、橋接、公共邊、多種工藝混合編程（切割、噴粉、沖打、鉆孔、鉚接一次完成）、代碼優化等功能; 6.數控系統具有速度前瞻性控制功能,使得切割機的運動更加平穩,提高了切割質量。 核心部件和總體水平分述如下： （1）精細等離子切割電源 輸出電流：直流260A,電流控制誤差≤2%,電流紋波系數≤5%。額定輸出功率時整機效率不小于0.89,輕載下不小于0.87。額定輸出功率時功率因數不低于0.92,輕載下不小于0.88。采用三相部分有源整流器時,功率因數不低于0.98。暫載率為100%（可連續工作）;EMI符合工業標準EN50199。 （2）數控系統和割炬調高器 控制軸數：2～4軸聯動;控制精度：±0.001mm;坐標范圍：±99m;最高運行速度：10m/min,6mm低碳鋼4.5m/min;總線通信：ECAN總線和切割電源、調高裝置通訊;軟件功能：82個圖庫、速度預先規劃、鏡向、偏移、透槍等;控氣方式：自動控氣;調高器的反應靈敏度：±1V,弧壓調節時間分辨率：1ms。 （3）工件切割質量 切口棱邊方形度（垂直度接近1.5度～2.5度）、切口寬度、表面粗糙度、熱影響區寬度、掛渣量等質量指標達到海寶同類產品的性能。支持全時、自動、高效的平面切割和坡口切割,支持自動套料,包括共邊、連割、借邊、橋接、鏈割等。 ④技術的成熟程度,適用范圍和安全性; 等離子切割機的一體化成套電控系統,具有完全的自主知識產權,功能與性能已達到國外同類產品的技術水平,但價格不及其60%,性價比高,市場競爭力強。多年來,陸續推出的數控系統CNC、割炬調高器、精細等離子電源等,已在行業內推廣近百家用戶,其中包括行業內的前三甲用戶（如江蘇博大、無錫華聯、哈電機械電子）和外資企業用戶（如小池酸素等）,部分產品已實現出口。僅以近三年為例,已實現銷售收入超過2億元,新增利潤3700余萬元。截止目前,課題組已經授權相關20項,并授權15項,另有10項處于實審和答辯階段,其中1項涉及易耗品割炬設計,完全保證研發產品具有學術和技術上領先地位。 ⑤應用情況及存在的問題 經過廣泛的使用和不斷的改進,目前該產品的用戶使用情況良好,暫無發現技術問題。 ⑥歷年獲獎情況 2013年12月：上海產學研合作優秀項目獎一等獎（中小微企業）,本產品引入了該獎項的“三開關高功率因數三相AC-DC變換器”; 2015年11月：第17屆中國國際工業博覽會創新獎,展品名稱為“等離子切割機的電氣控制系統”