Высоковольтный вольтметр для контроля высоты (оси Z) CNC плазмореза – Arc Voltage Torch Height Controller

Что может быть проще цифрового вольтметра для подключения к Ардуино или другому контроллеру – делитель напряжения на паре резисторов и простенький фильтр от помех:
Arc Voltage Torch Height Controller
Но в случае с дугой плазмореза в несколько десятков ампер, всё гораздо сложнее – давайте разберем по порядку несколько важных моментов!

В двух словах напомню основную суть: листы металла кривые и в процессе резки необходимо удерживать стабильное расстояние от резака до листа. Меняется оно в небольших пределах, всего около +/- 1 см., а регулировать высоту нужно с точностью до 1 мм., максимум 2 мм.
Ток в дуге регулируется автоматически, а напряжение дуги меняется в зависимости от удаления резака. Порядок цифр следующий – при идеальном удалении резака напряжение дуги будет порядка 108-110 вольт, а при напряжении 113-115 вольт, уже “всё плохо”, надо опускать…. Конечно, в зависимости от материала и настройки аппаратуры, базовые цифры могут быть чуть другими, но их порядок тот же!



Совершенно понятно, что изменение напряжения дуги это не причина, а следствие – меняется удаление резака от заготовки и в результате изменяется напряжение в дуге, логичнее было бы измерять именно удаление, а не последствия…. Для этого есть несколько вариантов:
1. Лазерные не подходят (из-за помех), но должны работать ультразвуковые дальномеры.
2. Емкостные.
3. Механические – просто опускать горелку до некого упора.

Однако, что делать на краю заготовки или в том случае, если уже нарезаны какие-то отверстия – т.е. плоского металла когда нет, до чего конкретно расстояние измерять? Что если рядом с местом реза нет сплошного металла?
Вот и получается, что проще всего измерять последствия, чем реализовать точное измерение расстояния от резака до заготовки с неизвестным количеством и расположением вырезов.

Ладно, раз нужен вольтметр, давайте сделаем его – возьмем пару резисторов, на 1 мОм и 10 кОм – получится делитель 100:1, чего уж проще!?
Нет! Не чего не выйдет! У дуги большой ток и помехи “забьют” все измерения…. Необходим достаточно большой ток через делитель, приходится использовать резисторы мощностью десятки ватт!
Высоковольтный вольтметр для контроля высоты (оси Z) CNC плазмореза
Далее – фильтры от помех с мощными дросселями. Затем гальваническая развязка. Никто не верит, что это важный пункт и “для отладки” обычно лезет тестером, который сразу сгорает.
Если кто не отлаживает тестером, а сразу подключает Ардуину – на выброс вся Arduino. А некоторые сразу включали вольтметр на вход компьютера …. и выкидывали компьютер!
Потому что есть ещё пара важных моментов:
1. Какое напряжение холостого хода? Кто-то пишет что сотни вольт…. другие утверждают, что пара тысяч вольт бывает…. т.е. оно возможно в 10 раз больше того, которое мы рассчитываем измерять!
2. Где у конструкции масса? У плазмореза “плюс” подключен к столу, а “минус” к резаку….
И не важно куда вы подключили “массу” своего вольтметра, пусть даже к резаку…. А где гарантия, что какая-нибудь добрая душа, раньше и совершенно незаметно, не соединила массу этого компьютера со столом?!

Видите сколько вопросов – явно же, от греха подальше лучше сделать гальваническую развязку! Но как?
Вероятно, придется сделать на плате вольтметра “нормальное стабилизированное питание” (можно даже через отдельный стабилизатор от цепи 220 вольт) – поставить преобразователь напряжение-частота, после чего передать частоту от вольтметра – проще всего через MAX485, этот протокол одновременно является и гальванической развязкой.

Отдельного внимания заслуживает вопрос о том, а куда мы собственно собрались передавать измеренное значение напряжения от вольтметра?
Ведь и тут возможно минимум три варианта:
1. Если ваш CNC плазморез по каким-то причинам умеет сам управлять осью Z, то информацию с вольтметра придется обрабатывать в нём….
2. У вас есть контроллер Ардуино и вы собрались получать управляющий сигнал из него – тогда данные вольтметра вводим в Ардуино.
3. Самый простой вариант, если у вас есть отдельная ось Z, не от чего не зависящая, которая старается сама регулировать высоту…



Я не нашел схемы как своими руками собрать высоковольтный вольтметр для контроля высоты (оси Z) CNC плазмореза – потому что его лучше купить готовый! Стоит он порядка 100 долларов и как-то жалко платить такую сумму за “пару резисторов”, но давайте взглянем на схему ещё раз:
arch-voltmeter
1. Мощные резисторы на кило- омы.
2. Мощные дросселя.
3. Внешнее стабилизированное питание.
4. Гальваническая развязка по питанию и по сигналу.
5. Преобразователь напряжения в цифровой сигнал.
6. Протокол связи с цифровым приемником.
Точнее, с двумя последними пунктами есть нюанс – у некоторых станков имеется аналоговый вход (и управление осью Z), тогда на его вход подают (после гальванической развязки) напряжение с делителя 100:1. Если же напряжение переводят “в цифру”, то чаще всего делают это с коэффициентом 50:1.
В принципе, ничего не мешает сделать одну плату с двумя выходами, цифровым и аналоговым. Ну, а если жадность побеждает, то можно не распаивать цифровую часть:
вольтметр для контроля высоты (оси Z) CNC плазмореза

Документация на несколько готовых изделий:
1.Контроль высоты по напряжению (English) PTHC-200DC. *.pdf
2.Контроль высоты по напряжению (English) XPTHC-100III. *.pdf
3.Аналоговый вольтметр 100:1 для CNC плазмореза.*.pdf

Дешевле всего в России купить такие устройства можно здесь.

Оставить комментарий