叶汉民 来源：《国外电子元器件》

     摘要：介绍了利用plc特殊功能模块实现对电子束流的起/起弧的梯度控制、高压电源的软启动和软关机、工作台的运动速度控制等功能。给出了应用特殊模块设计的控制系统结构及电路、并对用该方法设计的几种控制系统的控制原理进行了重点说明。

     关键词：电子束焊机

     高压 电子束流 梯度 工作台

     1 概述

     电子束焊机是包括真空、高压、电子技术、自动控制和计算机等多种专业学科的高能束焊接设备，它主要由真空系统、高压电源、栅偏电源、阴极加热电源及其它控制电源、工作台运动机构等部分组成。电子速焊机包括几十个开关量输入、模拟量和较多的开关量输出以及焊接过程控制。由于用一般的模拟控制系统难以实现这些功能的控制。因而在大型的电子束焊接设备中均采用计算机控制，如彩管补偿带钢的焊接生产线的过程和工艺控制等[1]。而对于一般的电子束通用设备用采用plc控制以实现焊接工艺和过程的控制，为了确保设备操作简单、可靠性高、自动化程度高和满足电子束焊接机的不同的焊接工艺需要，在电子束焊接工艺中，电子束焊接中的电子束流必须能够进行起弧和收弧控制，否则，零件在焊接起始阶段和结束阶段会出现缺陷，严重时会损坏零件，为此地控制电路中需要设计有起、起弧的专用电路。在plc应用以前，大多用分立元件组成的积分电路来实现给定的起、收弧控制，电路结构比较复杂，梯度调节不方便，线性度差，调试难度大，可靠性也较差。而在高压电源控制电路中则必须设计软启动和软停止电路，以避免开机和停机对高压电源的冲击。高压电源的软启动和软停止电路在plc的应用初期也是用分立电路构成的。另外，由于在焊接不同零件时，根据工艺要求要焊接不同的焊缝，所以一般的电子束焊机都配备了高精度的工作台运动机构。与此同时还要配备高精度的工作台驱动电源系统来保证工作台的精度，因此，电子束焊机专用工作台驱动电源系统一般采用伺服步进电机来实现工作台的各种运动，（如直线和旋转），以满足各种不同焊缝的焊接精度要求。其中也有用直流电机及其控制系统来完成以上功能的，但由于直流电机较贵，电流较大，不易实现与计算机的实时控制，而且要设计专用接口电路，因此在多工位的工作台控制系统中较少采用。在用步进电机控制系统来实现直线和旋转运动的控制系统中，以前的驱动电源系统设计中主要应用环形分配器、功率放大电路以及脉冲发生器等模拟电路，因而电路结构比较复杂、不易调试。本文根据电子束焊接工艺及设备功能的需要，并结合plc控制技术的特点和功能，介绍一种利用简单电路来实现电子束流的起/收弧控制、高压电源的软启动和软停止以及工作台和运动控制等功能的方法。经实际运行证明。该控制系统具有可靠性高、结构简单、易于调试、调节方便等多种优点。

     2 控制原理

     电子束焊接机中的控制系统很多，这里主要结合plc特殊模块的应用及与之相关联的系统作简要说明。它包括高压梯度控制、电子束流的起/收弧控制以及工作台的运动控制，笔者利用plc及其特殊模块设计了专用控制电路，其原理图如图1所示。图1中plc为三菱公司的fx2n-80mt可编程程序控制器，其中plc用来对整机进行控制，包括过程控制、开关输入和输出控制、模拟量和数字量的运算、条件连锁设置以及高速输出等功能控制。图1中的控制功能仅能实现上述三套系统的控制，其它系统的控制限于篇幅本文没有列出。fx0n-3a是该公司的特殊a/d功能模块，它具有2路电压和电流的模拟输入，1路电压和电流的模拟输出。模拟量输出和输入的电压规格为0～10v，电流规格为4～20ma。整个控制系统采用两块a/d特殊功能模块，一块用作电子束流的d/a转换，转换后的模拟量输出用来设定高压控制用的pi调节器的高压，而模拟量输入用作x轴的速度给定控制。另一块用来给定高压控制的d/a转换，其模拟量输出用作高压控制用的pi调节器高压，模拟量输入用作y轴的速度给定，该输入经a/d转换后还可用于控制工作台的运动速度。辅助电源采用朝阳电源公司的集成一体化线性电源，该电源的稳定性很好。电位器分别用作模拟量的输入调节和输出模拟量的给定调节。步进电源为专用的驱动电源，工作性能稳定，具有制动和多种保护功能。

     3 控制软件设计