电子束焊机控制系统的研究与实现

摘要

随着工业技术的发展，电子束焊接技术在各个领域得到了广泛的应用，尤其在高精度的焊接要求场合下。国内电子束焊机的数控系统大多是专用型、封闭式的系统，难以扩展，价格昂贵。在高品质要求的焊接过程中，需要解决运动轨迹与焊接能量变化实时同步的关键技术问题，以满足特殊焊缝的焊接要求。本课题通过对电子束焊机控制系统的软硬件进行详细设计，开发了一种具有良好扩展性和较低成本的电子束焊机开放式数控系统，利用该系统实现对运动轨迹与电子束流的控制进行统一编程、同步控制，提高了焊接效率和焊接精度。
　　本课题首先介绍了电子束焊机的发展现状以及国内外对开放式数控系统的研究动态和应用现状，通过对目前流行的开放式数控系统方案分析和比较，并根据本课题的要求和实际情况，建立了电子束焊机控制系统的设计方案。
　　在硬件设计中，本课题通过该设计方案将电子束焊机控制系统硬件结构分为了三大控制系统：电源控制系统、真空控制系统以及运动控制系统，并对各系统硬件的功能及选型进行了详细的介绍。整个控制系统的硬件部分以工控机为核心，使 PLC以及运动控制板卡通过串口以及PCI总线完成任务分配、数据计算等任务。
　　在软件设计中，本课题叙述了基于该方案的软件结构设计，并将软件系统分为上位机软件和下位机软件，上位机软件主要分为人机交互界面模块、NC指令代码编译模块、轨迹插补模块、过程控制模块、故障诊断模块以及状态显示模块，下位机软件分为真空系统控制模块、电源系统控制模块、伺服控制模块以及运动板卡驱动模块。另外，上位机通过加入捕捉语句，在G代码读取过程中找出错误原因并提示修改，在软件崩溃或运行出错时也能够提示错误原因；下位机软件中启用看门狗，可以监控软件运行状态，程序跑飞或陷入死循环时，软件系统复位。
　　最后，通过对电磁干扰产生的三要素干扰源、耦合途径和敏感设备进行了介绍，分析了电子束焊机对系统的干扰来源。因此，在伺服控制器以及分子泵等精密设备的电源中增加了隔离变压器以及噪声滤波器，并对它们的连接电缆进行了屏蔽处理，使系统能够在焊接设备在启动、停止对系统电源产生浪涌、谐波及电磁干扰等的影响下正常的工作。

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1 绪论

1.1 真空电子束焊机概述

1.2 开放式数控系统研究现状

1.3 课题的提出及意义

1.4 课题的主要内容

2 电子束焊机控制系统方案设计

2.1 电子束焊机控制系统整体方案的设计

2.2 电子束焊机控制系统的硬件设计方案

2.3 电子束焊机控制系统的软件设计方案

3 电子束焊机控制系统的硬件设计及选型

3.1 电子束焊机控制系统主电路设计

3.2 数控伺服控制系统设计

3.3 真空系统的设计及选型

3.4 可编程序控制器选型及控制电路设计

4 电子束焊机控制系统的软件设计与开发

4.1 电子束焊机控制系统软件功能需求分析

4.2 下位机PLC软件的设计

4.3 数控系统指令代码的设计与实现

4.4 数控系统译码模块的设计与实现

4.5人机交互界面的设计

5系统抗干扰设计

5.1 电子束焊机控制系统干扰源分析

5.2 电子束焊机控制系统电磁干扰的处理

结论

致谢

参考文献