阅读说明：本技术 高压静电喷涂控制系统及控制方法 (High-voltage electrostatic spraying control system and control method ) 是由 熊文 姚路 徐雪强 邓庆 唐剑 于 2020-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了高压静电喷涂控制系统及控制方法,涉及静电粉末喷涂控制技术领域,该高压静电喷涂控制系统包括主控单元、高压推动单元、外部触发信号产生单元、喷枪接口信号处理单元与气压信号处理单元。该高压静电喷涂控制方法包括以下步骤：产生外部触发信号并发送至所述高压推动单元；将外部开关触发信号进行光耦隔离并发送至主控单元,根据反馈信号生成电路开关信号与气路开关信号；主控单元接收开关触发信号并生成反馈信号以及PWM和DAC信号；喷枪接口信号处理单元接收电路开关信号,控制电压输出；气压信号处理单元接收气路开关信号。本发明,实现静电电压、静电电流、流速气压和雾化气压四个变量的自动控制。(The invention discloses a high-voltage electrostatic spraying control system and a control method, and relates to the technical field of electrostatic powder spraying control. The high-voltage electrostatic spraying control method comprises the following steps: generating an external trigger signal and sending the external trigger signal to the high-voltage pushing unit; performing optical coupling isolation on an external switch trigger signal, sending the external switch trigger signal to a main control unit, and generating a circuit switching signal and a gas circuit switching signal according to a feedback signal; the main control unit receives the switch trigger signal and generates a feedback signal, a PWM signal and a DAC signal; the spray gun interface signal processing unit receives a circuit switching signal and controls voltage output; the air pressure signal processing unit receives an air channel switching signal. The invention realizes the automatic control of four variables of electrostatic voltage, electrostatic current, flow velocity air pressure and atomization air pressure.)

高压静电喷涂控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及静电粉末喷涂控制技术领域，具体为高压静电喷涂控制系统及控制方法。

背景技术

由于粉末喷涂运用静电喷涂作业，涂装设备几乎可达到全自动化，节约了人力资源。即使需要人工辅助，涂装人员也不必经过长期训练，即可掌握操作技能。粉末涂料为100％的固体成分，不需添加任何溶剂，所以涂料量减少，节省包装，降低储存空间。

粉末涂料因没有有机挥发物的产生，避免了因挥发至大气中而产生的浪费，所以与液体涂料相比，能源成本大大降低。静电喷涂设备一次喷涂即可得厚膜，不必进行重复性喷涂，也不必打底漆，比相同膜厚的涂装作业速度快，效率高。涂装设备中不需要静止时间，可节省设备空间。另外，粉末喷涂的烘烤时间也较液体涂装时间短，因此可大大降低燃料能源的消耗，缩短涂装作业线，提高产量及生产效率。

用静电粉末喷涂设备把粉末涂料喷涂到工件的表面，在静电作用下，粉末会均匀的吸附于工件表面，形成粉状的涂层；粉状涂层经过高温烘烤流平固化，变成效果各异的最终涂层。

但是，现有的静电粉末喷涂控制技术存在一些缺陷，无法有效控制流化气压与雾化气压，喷涂效果不够理想。

为此，提出高压静电喷涂控制系统及控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供高压静电喷涂控制系统及控制方法，实现静电电压、静电电流、流速气压和雾化气压四个变量的自动控制、提供多种控制模式，并把学习控制策略引入静电喷涂控制中，实现对复杂工件曲面的高质量喷涂，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高压静电喷涂控制系统，其特征在于，包括主控单元、高压推动单元、外部触发信号产生单元、喷枪接口信号处理单元与气压信号处理单元；

所述外部触发信号产生单元与所述高压推动单元相连，用以产生外部触发信号并发送至所述高压推动单元；

所述高压推动单元与主控单元相连，用以将外部开关触发信号进行光耦隔离并发送至所述主控单元，以及根据主控单元的反馈信号产生气路开关信号与电路开关信号，同时高压推动单元接收主控单元输出的PWM和DAC信号，推动喷枪内的高压包模块产生高压静电；

所述主控单元，用以接收经高压推动单元处理后的开关触发信号并按照设定的参数生成反馈信号以及PWM和DAC信号，并将生成的反馈信号以及PWM和DAC信号发送至高压推动单元，同时主控单元采集经喷枪接口信号处理单元放大调理后的电流信号，并采用PID算法形成闭环系统，恒流稳压，保证了高压静电稳定；

所述喷枪接口信号处理单元与所述高压推动单元和所述主控单元相连，用以接收电路开关信号，控制电压输出，同时处理高压静电对地反馈出的电流信号，将其放大调理给主控单元采集；

所述气压信号处理单元与与所述高压推动单元和所述主控单元相连，用以接收气路开关信号并将信号处理后采集模拟量反馈给主控单元，以便主控单元经过算法运算PI控制喷涂流化气压和雾化气压，形成一个闭环系统。

优选地，所述高压推动单元包括：第一驱动电路、第二驱动电路和触发信号处理电路；

所述触发信号处理电路与所述第一驱动电路相连，用以将外部触发信号光耦离合后发送给主控单元并接收主控单元的反馈信号，根据反馈信号产生气路开关信号与电路开关信号；

所述第一驱动电路与所述第二驱动电路相连，用以根据主控单元输出的PWM和DAC信号推动喷枪内的高压包模块来产生高压静电；

所述第二驱动电路与所述触发信号处理电路相连，用以配合第一驱动电路推动喷枪内的高压包模块。

优选地，所述第一驱动电路包括驱动器U3、电阻R76、电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R80、电阻R81、电阻R82、电阻R83、电阻R84、电阻R85、电阻R86、二极管D1、二极管D2、二极管D24、二极管Q5、电容C1、电容C8、电容E8、电感L1、MOS管U1、MOS管U2、稳压管U4D，其中，所述电阻R76、电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R80、电阻R81、电容C1、二极管D24、电感L1均与驱动器U3连接，所述MOS管U1与电阻R76连接，所述MOS管U2与电阻R77连接，所述二极管D2与MOS管U1连接，所述二极管D1与二极管D2连接，所述电感L1与电阻R82、电容E8连接，且电阻R82与电阻R83连接，所述电阻R83与电阻R84、电阻R85连接，且电阻R85与稳压管U4D连接，所述稳压管U4D与电阻R86连接，且电阻R86与二极管Q5、电容C8连接。

优选地，所述第二驱动电路包括驱动器U7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R90、电阻R91、电阻R94、电阻R97、电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、二极管D21、二极管D3、二极管D9、二极管Q6、电容C10、电容CE6、MOS管U9、MOS管U10、稳压管U4B，其中，所述电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、二极管D21、电容C10、电容CE6均与驱动器U7连接，且电阻R102与MOS管U9连接，所述电阻R101与MOS管U10连接，所述电阻R5、二极管D3连接在电容CE6与驱动器U7之间，所述二极管D9连接在电阻R5与电容CE6之间，所述电容CE6与稳压管U4B连接，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3并联连接在电容CE6与稳压管U4B之间，所述电阻R90、电阻R91、电阻R94、电阻R97均和稳压管U4B连接，所述二极管Q6与稳压管U4B连接。

优选地，所述触发信号处理电路包括放大器U11、电阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电阻R66、电阻R67、电阻R68、电阻R69、电阻R70、电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、稳压管U12A、稳压管U12D、稳压管U12B、稳压管U12C、电容C15、电容C16、电容C17、电容C21、二极管D19、二极管D20、二极管D40、二极管Q3，其中，所述电阻R74、二极管D40、稳压管U12A分别与放大器U11连接，所述电阻R75、电容C15与稳压管U12A连接，且电容C15与电阻R72、电阻R73、电阻R64、稳压管U12B串联，所述二极管D19、二极管D20、稳压管U12D连接在电阻R72与电阻R64之间，所述电阻R69与稳压管U12B连接，所述电阻R65、电阻R66、电阻R70、电阻R71串联在电阻R69与电容C15之间，所述电阻R68与电容C16均和电阻R69连接，所述稳压管U12C与电阻R68连接，所述电阻R63、电阻R67与电容C17均和稳压管U12C连接，所述电容C21与二极管Q3均和电阻R63连接。

优选地，所述主控单元包括主控芯片及与其连接的采样电路、晶振电路与存储器，所述主控芯片的型号为STM32F103ZET6。

优选地，所述气压信号处理单元包括第一电磁阀控制电路、第二电磁阀控制电路、第三电磁阀控制电路与第四电磁阀控制电路，四个电磁阀控制电路均包括控制芯片，该芯片的型号为L6219DS。

高压静电喷涂控制方法，包括以下步骤：

通过外部触发信号产生单元产生外部触发信号并发送至高压推动单元；

通过高压推动单元将外部开关触发信号进行光耦隔离并发送至主控单元，并根据主控单元的反馈信号产生气路开关信号与电路开关信号，同时接收主控单元输出的PWM和DAC信号，推动喷枪内的高压包模块产生高压静电；

通过喷枪接口信号处理单元接收电路开关信号，控制电压输出，同时处理高压静电对地反馈出的电流信号，将其放大调理给主控单元采集；

通过气压信号处理单元接收气路开关信号并将信号处理后采集模拟量反馈给主控单元，以便主控单元经过算法运算PI控制喷涂流化气压和雾化气压，形成一个闭环系统；

通过主控单元接收经高压推动单元处理后的开关触发信号并按照设定的参数生成反馈信号以及PWM和DAC信号，并将生成的反馈信号以及PWM和DAC信号发送至高压推动单元，同时主控单元采集经喷枪接口信号处理单元放大调理后的电流信号，并采用PID算法形成闭环系统，恒流稳压，保证高压静电稳定。

优选地，所述气路开关信号与电路开关信号通过高压推动单元的触发信号处理电路生成。

优选地，所述主控单元经过算法运算PI控制电磁阀控制电路，以此达控制喷涂流化气压和雾化气压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、实现静电电压、静电电流、流速气压和雾化气压四个变量的自动控制、提供多种控制模式，并把学习控制策略引入静电喷涂控制中，实现对复杂工件曲面的高质量喷涂。

2、经过各种环境的测试性能表明，明显优于传统喷涂设备。智能化程度高，没有任何的危险；有效的降低污染，大大节省用料，人工成本也大大的降低。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的主控单元电路图a；

图3为本发明的主控单元电路图b；

图4为本发明的主控单元电路图c

图5为本发明的主控单元电路图d；

图6为本发明的主控单元电路图e；

图7为本发明的气压信号处理单元电路图a；

图8为本发明的气压信号处理单元电路图b；

图9为本发明的高压推动单元的第一驱动电路图；

图10为本发明的高压推动单元的第二驱动电路图；

图11为本发明的高压推动单元的触发信号处理电路图；

图12为本发明的人机交互单元电路图a；

图13为本发明的人机交互单元电路图b；

图14为本发明的人机交互单元电路图c；

图15为本发明的喷枪接口信号处理单元a；

图16为本发明的喷枪接口信号处理单元b；

图17为本发明的喷枪接口信号处理单元c；

图18为本发明的喷枪接口信号处理单元d。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图18，本发明提供一种技术方案：

高压静电喷涂控制系统，如图1所示，包括主控单元、高压推动单元、外部触发信号产生单元、喷枪接口信号处理单元与气压信号处理单元，还包括与主控单元相连的人机交互单元以及为上述单元供电的电源电路。

如图1所示，外部触发信号产生单元与高压推动单元相连，用以产生外部触发信号并发送至高压推动单元。

如图9至图11所示，高压推动单元与主控单元相连，用以将外部开关触发信号进行光耦隔离并发送至主控单元，以及根据主控单元的反馈信号产生气路开关信号与电路开关信号。同时高压推动单元接收主控单元输出的PWM和DAC信号，推动喷枪内的高压包模块产生高压静电。所述高压推动单元包括：第一驱动电路、第二驱动电路和触发信号处理电路。所述触发信号处理电路与所述第一驱动电路相连，用以将外部触发信号光耦离合后发送给主控单元并接收主控单元的反馈信号，根据反馈信号产生气路开关信号与电路开关信号。所述第一驱动电路与所述第二驱动电路相连，用以根据主控单元输出的PWM和DAC信号推动喷枪内的高压包模块来产生高压静电。所述第二驱动电路与所述触发信号处理电路相连，用以配合第一驱动电路推动喷枪内的高压包模块。

如图2至图6所示，主控单元，用以接收经高压推动单元处理后的开关触发信号并按照设定的参数生成反馈信号以及PWM和DAC信号，并将生成的反馈信号以及PWM和DAC信号发送至高压推动单元。同时主控单元采集经喷枪接口信号处理单元放大调理后的电流信号，并采用PID算法形成闭环系统，恒流稳压，保证了高压静电稳定。主控单元包括主控芯片及与其连接的采样电路、晶振电路与存储器，主控芯片的型号为STM32F103ZET6。

如图15至图18所示，所述喷枪接口信号处理单元与所述高压推动单元和所述主控单元相连，用以接收电路开关信号，控制电压输出。同时处理高压静电对地反馈出的电流信号，将其放大调理给主控单元采集。

如图7与图8所示，所述气压信号处理单元与与所述高压推动单元和所述主控单元相连，用以接收气路开关信号并将信号处理后采集模拟量反馈给主控单元，以便主控单元经过算法运算PI控制喷涂流化气压和雾化气压，形成一个闭环系统。气压信号处理单元包括第一电磁阀控制电路、第二电磁阀控制电路、第三电磁阀控制电路与第四电磁阀控制电路，四个电磁阀控制电路均包括控制芯片，该芯片的型号为L6219DS。

如图12至图14所示，人机交互单元包括LCD液晶显示电路与若干操作按键电路。其中，操作按键电路采用了光耦隔离技术，保证按键输入的稳定性并对系统参数设定。LCD液晶显示电路采用是RS422通信方式与主控芯片通信,，把数据按照协议发给LED数码管显示，同时LCD液晶显示电路具有多机通信功能，可以经过RS485接口通信，发送数据到后台监控平台。

上述静电喷涂控制系统实现静电电压、静电电流、流速气压和雾化气压四个变量的自动控制、提供多种控制模式，并把学习控制策略引入静电喷涂控制中，实现对复杂工件曲面的高质量喷涂。

如图9所示，第一驱动电路包括驱动器U3、电阻R76、电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R80、电阻R81、电阻R82、电阻R83、电阻R84、电阻R85、电阻R86、二极管D1、二极管D2、二极管D24、二极管Q5、电容C1、电容C8、电容E8、电感L1、MOS管U1、MOS管U2、稳压管U4D。其中，电阻R76、电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R80、电阻R81、电容C1、二极管D24、电感L1均与驱动器U3连接，MOS管U1与电阻R76连接，MOS管U2与电阻R77连接。二极管D2与MOS管U1连接，二极管D1与二极管D2连接，电感L1与电阻R82、电容E8连接，且电阻R82与电阻R83连接。电阻R83与电阻R84、电阻R85连接，且电阻R85与稳压管U4D连接，稳压管U4D与电阻R86连接，且电阻R86与二极管Q5、电容C8连接。

如图10所示，第二驱动电路包括驱动器U7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R90、电阻R91、电阻R94、电阻R97、电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、二极管D21、二极管D3、二极管D9、二极管Q6、电容C10、电容CE6、MOS管U9、MOS管U10、稳压管U4B。其中，电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、二极管D21、电容C10、电容CE6均与驱动器U7连接，且电阻R102与MOS管U9连接。电阻R101与MOS管U10连接，电阻R5、二极管D3连接在电容CE6与驱动器U7之间。二极管D9连接在电阻R5与电容CE6之间，电容CE6与稳压管U4B连接，电阻R1、电阻R2、电阻R3并联连接在电容CE6与稳压管U4B之间。电阻R90、电阻R91、电阻R94、电阻R97均和稳压管U4B连接，二极管Q6与稳压管U4B连接。

如图11所示，触发信号处理电路包括放大器U11、电阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电阻R66、电阻R67、电阻R68、电阻R69、电阻R70、电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、稳压管U12A、稳压管U12D、稳压管U12B、稳压管U12C、电容C15、电容C16、电容C17、电容C21、二极管D19、二极管D20、二极管D40、二极管Q3。其中，电阻R74、二极管D40、稳压管U12A分别与放大器U11连接。电阻R75、电容C15与稳压管U12A连接，且电容C15与电阻R72、电阻R73、电阻R64、稳压管U12B串联，二极管D19、二极管D20、稳压管U12D连接在电阻R72与电阻R64之间，电阻R69与稳压管U12B连接，电阻R65、电阻R66、电阻R70、电阻R71串联在电阻R69与电容C15之间。电阻R68与电容C16均和电阻R69连接，稳压管U12C与电阻R68连接，电阻R63、电阻R67与电容C17均和稳压管U12C连接，电容C21与二极管Q3均和电阻R63连接。

本发明还公开了高压静电喷涂控制方法，包括以下步骤：

通过人机交互单元设定参数。

通过外部触发信号产生单元产生外部触发信号并发送至高压推动单元；

通过触发信号处理电路将外部开关触发信号进行光耦隔离并发送至主控单元，并根据主控单元的反馈信号产生气路开关信号与电路开关信号。同时第一驱动电路与第二驱动电路接收主控单元输出的PWM和DAC信号，推动喷枪内的高压包模块产生高压静电。

通过主控单元接收经触发信号处理电路处理后的触发信号并按照设定的参数生成反馈信号以及PWM和DAC信号，并将生成的反馈信号以及PWM和DAC信号发送至高压推动单元。同时主控单元采集经喷枪接口信号处理单元放大调理后的电流信号，并采用PID算法形成闭环系统，恒流稳压，保证了高压静电稳定；

通过喷枪接口信号处理单元接收电路开关信号，控制电压输出，同时处理高压静电对地反馈出的电流信号，将其放大调理给主控单元采集。

通过气压信号处理单元接收气路开关信号并将信号处理后采集模拟量反馈给主控单元。以便主控单元经过算法运算PI控制电磁阀控制电路，以此达控制喷涂流化气压和雾化气压，形成一个闭环系统。

本发明的高压静电喷涂控制系统及控制方法，实现了静电电压、静电电流、流速气压和雾化气压四个变量的自动控制、提供多种控制模式，并把学习控制策略引入静电喷涂控制中，实现对复杂工件曲面的高质量喷涂。经过各种环境的测试性能表明，明显优于传统喷涂设备。智能化程度高，没有任何的危险；有效的降低污染，大大节省用料，人工成本也大大的降低。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。