1  引言
高压水射流技术在材料切割和金属除锈工业领域已被国内外的相关企业所采用，其主要工作原理是:用高压水泵将水加压到一定压力(一般为50~400MPa)，再通过喷嘴上的小孔将水高速喷出，形成一股超音速水射流，使水获得巨大动能，用来切割各种材料或者进行金属除锈。高压水射流用于金属除锈，由于它是湿法除锈，不产生粉尘，安全卫生，劳动条件好，对环境无污染，所以它在金属除锈工业领域的广泛应用是将来发展的趋势。

2  除锈机控制系统的要求及控制流程
捷特公司开发的全混合磨料水射流除锈机的处理对象为各种钢板和焊接成型的箱型梁，要求除锈机能对不同类型的处理对象表面进行自动除锈。这就意味着高压水喷头的运动控制应采用三坐标控制方式，即喷头要完成纵(x方向)、横(y方向)和升降(z方向)运动，除锈机的电控系统应能在操作者输入工件外形尺寸后，按事先编制好的程序自动完成除锈工作。由于高压水泵的拖动电机功率高达110kW，需采用启动限流措施，以减小对电网的冲击。x、y、z轴的定位精度1mm，x、y、z轴的运动控制要能实现单独无级调速。除锈机电控系统应设自动、手动两种控制方式，以适应复杂多变的工件参数。
高压水射流除锈机的辅机为高压水喷头和工件的三坐标运动控制系统。系统采用龙门架结构、台车移动形式，与数控龙门铣床的结构形式相似。高压水喷头固定在z轴传动丝杠的下端，z轴传动丝杠及减速机构又可通过y轴传动机构进行左右运动，工件放在x轴的台车上。工件除锈时，工件在x轴的走行台车上作往复运动，如果对平放的x-y平面的钢板进行除锈，高压水喷头在x轴每次变换运动方向时做+y方向进给，其进给量由操作者根据高压水喷头的打击宽度通过拨码开关进行设定;如果对立放的x-z平面的箱型梁进行除锈，高压水喷头在x轴每次变换运动方向时做+z方向进给，其进给量的设定方法同上。x轴的走行台车往复运动的距离即是工件的长度。高压水射流除锈机的控制流程如图1所示:

图1     高压水射流除锈机的控制流程图

3  除锈机自动控制系统的设计
高压水射流除锈机的主机为高压水泵和合金材料制成的高压水喷嘴，其额定工作压力为50MPa，为了减小高压水泵启动时对电网的冲击和其停止时对高压输水管道造成的水锤效应，高压水泵电动机采用软启动器传动，从而实现高压水泵的软启动和软停止，软启动器选用ABB公司的PSD250型。高压水泵电动机软启动完毕进入全速运行后，用旁路接触器进行切换，让软启动器退出运行，以减轻软启动器的负担，增加其使用可靠性。高压水泵正常停止时，再用旁路接触器进行切换，让软启动器进入运行，实现高压水泵软停止。
除锈机辅机x、y、z轴的电气传动采用异步电动机变频调速系统，变频器选用三菱FR-A540系列。根据除锈机工艺要求，y、z轴不能同时运动，因此y、z轴采用一台公用变频器，由PLC根据控制面板的输入数据对y、z轴驱动电动机进行切换。其中x轴的变频器为FR-A540-5.5K-CH，y、z轴公用变频器为FR-A540-3.7K-CH。
PLC除了完成除锈机整机的逻辑控制外，更重要的是进行实时位置控制，它要处理和运算大量的位置实时数据，这些数据包括x、y、z轴光电编码器反馈回来的位置数据、控制面板上的工件参数、4位LED数码管的各种整机状态参数显示数据等。根据以上控制功能的要求，PLC选用三菱FX2N-64MT(晶体管型)。控制面板上的拨码开关用于设定除锈机的工艺参数，其中一个4位拨码开关用于设定工件的长度，这也是x轴的自动往复运动的距离数据，另外的两个2位拨码开关用于设定自动控制方式下+y、+z轴的每次走步量。4位LED数码管选用锁存型，低电平有效，电源电压DC5V。
3.1  位置控制环节的设计
(1) 位置检测环节的设计
因为除锈工艺要求x、y、z轴进给定位精度达到1mm即可，所以除锈机辅机的机械传动采用如下方式:x、y轴因工作行程大，采用齿轮齿条传动;z轴采用螺旋丝杠副传动。x、y、z轴的电气传动采用异步电动机变频调速系统，x、y、z轴的驱动电动机均为4极电机，电动机同轴安装光电编码器，用以反馈x、y、z轴的位置信号。