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激光切割技术作为先进制造技术的支持技术之一,在大功率光纤激光切割中应用广泛。目前的大功率光纤激光数控切割系统通信速率低(≤20Kbps),抗干扰性弱,传输距离短(≤15m),通信能力差。随着用户对加工质量、加工效率、可靠性和成本控制(设备成本、人力成本等)的要求不断提高,整个切割系统将会面临越来越多的问题,如I/O点数增多、数据交换量变大、通讯能力要求变高等,当前的控制网络和通信方式将不能满足未来大功率光纤激光切割的要求。CAN总线通信速率高,传输距离远,具有极高的可靠性、稳定性和实时性,能适应未来工业自动化的发展方向。因此,提出了将CAN总线应用于大功率光纤激光数控切割系统的技术方案,以应对这些问题。
本文采用分布式控制系统的基本结构,借助CAN总线实现整个控制网络的通信,通过软、硬件的设计,最终将设计方案成功应用于某一大功率光纤激光数控切割系统上。本文的主要研究内容及结果如下:
1.对整个光纤激光切割系统进行了研究,设计出了基于CAN总线通信的整体结构,并对CAN总线智能节点的结构进行了研究与设计。
2.采用Microsoft Visual Studio2008软件对控制系统的上位机进行了VC++应用程序开发,给出了相应的程序流程图,得到了一个符合实际应用的监控界面;采用Keil MDK软件对CAN总线智能节点进行了C语言软件编程,画出了具体的程序流程图,得到了满足CAN总线通信要求的控制程序。
3.采用Altium Designer软件对CAN总线智能节点进行了原理图设计和PCB设计,并对其进行了硬件抗干扰设计;通过对电子芯片的正确选型,并手动焊接电路板,得到了具有良好抗干扰性能的电路板实物。
4.对机床开关量的控制结构进行了研究与设计,并设计了开关量输出控制的原理图。
5.以某一大功率光纤激光数控切割系统上的机床开关量为控制对象,对该设计方案进行了CAN通信试验。通过在生产车间现场不分时段的多次测试,实现了零出错率,得到了对机床开关量信号正确、稳定的控制结果。
本文提出的设计方案满足实际应用要求,为进一步将CAN总线应用于整个切割系统,以至将来的激光加工生产线,奠定了坚实的基础。