基于组态软件的等离子熔积直接成形自动控制系统

?　　1 引言

　　近年来，随着快速成型技术(RP&M)的飞速发展和应用，快速制模(RT)也应运而生，并迅速发展，成为RP&M技术的研究前沿。金属零件与模具的直接快速制造是快速成形与制造(RP&M)技术的研究前沿，为该技术努力的目标，将RP&M技术应用到金属零件与模具制造工艺中，可大大减少制造周期和本钱。等离子熔积快速制模技术是一种新型的RT技术，实际上是多层等离子堆焊与表面光整相复合的技术。等离子熔积程成形过程复杂，对于送气、送粉、起弧、运动开始以及电弧衰减、运动停止、停粉、停气等动作有严格的顺序及时间要求。因此等离子熔积快速制造技术的多层等离子熔积制造比等离子堆焊更加复杂，主要有：一层中间可能需要多次起弧;层与层之间进行表面光整都需要实现自动控制，避免人工干预;复杂的工艺参数智能控制及其反馈。

　　等离子熔积成形过程自动控制系统是等离子熔积直接快速制造中的关键技术之一。该系统的研制开发，使直接、快速制造金属模具成为可能，是快速制模技术实用化的条件。本文将先容基于组态软件的等离子熔积过程自动控制系统软件的研究与实现，控制中涉及的一些关键技术对其它产业制造方法也有积极意义。

　　2 等离子熔积快速制模控制系统总体结构

　　对等离子熔积过程进行分析，从送气开始到产品成形，各工艺动作要按照一定的先后顺序和时间间隔衔接起来。工艺动作程序选定是否公道，对工艺过程稳定性和焊层质量有很大的影响。典型的等离子熔积过程可分为起弧，熔积和熄弧三个阶段，按照工艺的要求，各工艺动作的衔接上，有时需要延时，有时则需要同时动作或同时停止。一般选择的工艺动作时序如图1所示。

　　由图可见，控制系统的过程控制较为复杂，特别是送粉、非弧和转弧的启动以及衰减量的控制对产品成形的结果影响最大，不易控制。等离子熔积快速制造的实质为多层堆积成形，除了要考虑延时和动作协调，还要考虑一层中多次起弧和一层或多层成形完毕的光整加工。

　　为了简化控制系统的硬件结构和进步其可视化程度，采用工控机+板卡的形式，为了实现对I/O量的读取和控制以及模拟量的采集和控制，采用了威达I/O板卡P32C32、威达模拟量控制板卡A626，以及研华的数据采集板卡PCL-818L。工控机主要治理等离子熔射过程(诸如送气、送水、起弧等)，而数控机床主要治理堆积运动过程(从而形成一定外形的零件)。

　　需要采集的信号有(1)数字量：送水、送气、高频的状态，以及数控机床的运动控制状态。(2)模拟量：送粉量、等离子熔积时的电流、电压大小，温度的高低等等。(3)视频信号：熔积过程中熔池的表面外形。