Контроль высоты THC на плазме: напряжение дуги, помехи и отключение на отверстиях

Что делает THC и почему резак «плывёт»

Дуга плазмы ведёт себя как резистор: чем длиннее промежуток между соплом и металлом, тем выше напряжение на ней. Лист на плазменном столе почти никогда не плоский, он коробится от нагрева, и расстояние в 1,5 мм, выставленное по краю, к середине листа превращается в 3 мм или в нуль. Контроль высоты по напряжению дуги (THC, torch height control) решает это замкнутым контуром: контроллер измеряет напряжение, сравнивает с заданным и командует приводом Z вверх или вниз.

Чувствительность у такого контура высокая. По руководству CandCNC к THC для Mach3, изменение напряжения на 1 В соответствует примерно 0,4 мм (0,015 дюйма) зазора. Поэтому THC должен видеть малое изменение на фоне большого напряжения в сто с лишним вольт, и поэтому же любой скачок напряжения, не связанный с высотой, он воспринимает как команду. Скачок даёт замедление на дуге, пустота под резаком, прорезанное отверстие, конец реза, когда падает обрезок. В этих местах резак и ныряет вниз за «ушедшей» дугой.

Какое напряжение задавать

Заданное напряжение не придумывают. Оно связано с током, соплом и толщиной и приводится в таблицах резки производителя источника. Ниже строки из таблицы Hypertherm для Powermax45 XP: ток 45 А, воздух, сопло с экраном, мягкая сталь, режим «лучшее качество».

Видно, что в этой таблице напряжение лежит в пределах примерно 125–157 В, а с ростом толщины растёт: при том же токе резак на толстом листе держат выше. Для других токов, сопел и газов значения другие, поэтому берите таблицу для своего источника и своих расходников. Точное число всегда берут из таблицы своей модели.

• Подстройку по кромке делают шагами не больше 5 В. Положительный скос (верх срезан больше) говорит о слишком высоком резаке, и напряжение уменьшают. Отрицательный скос говорит о слишком низком, и напряжение увеличивают. Подробнее о скосе и грате написано в статье о качестве кромки при плазменной резке.

Откуда берут сигнал напряжения дуги

Напряжение на дуге достигает сотен вольт, и к контроллеру его подают только через делитель. Самый безопасный путь проходит через порт машинного интерфейса источника (CPC), если в нём есть встроенный делитель.

Делитель резистивный и не изолирован: чтобы не получить контуры заземления и помехи, между ним и контроллером ставят гальваническую развязку. По руководству Powermax45 XP, делитель в порту выдаёт напряжение дуги, уменьшенное в 20, 21,1, 30, 40 или 50 раз, а с завода выставлено 50. Пример расчёта: при дуге 140 В на выходе будет 140 : 50 = 2,8 В, а на толщине 25 мм при 157 В около 3,1 В. Максимум на выходе делителя при холостом ходе ограничен 16 В. Переключение делается DIP-переключателями на плате делителя, и входной диапазон THC должен соответствовать выбранному делению.

Если у плазмы нет порта с делителем (так бывает у дешёвых аппаратов с ВЧ-поджигом), напряжение снимают самодельным делителем. Подключение к силовым цепям резака означает работу под опасным напряжением, и её доверяют квалифицированному электрику или сервису.

Пробивка: пауза до включения THC

Сразу после поджига резак стоит на высоте пробивки и выжигает отверстие. Если THC включился в этот момент, он видит завышенное напряжение (резак высоко) и тянет Z вниз, прямо в расплав. Поэтому у всех систем есть две задержки.

• Задержка пробивки. Резак стоит на месте столько, чтобы дуга прошла лист. Hypertherm предупреждает, что слишком долгая пауза расширяет отверстие, дуга начинает блуждать или гаснет, а при износе расходников паузу, наоборот, приходится увеличивать. Значения для каждой толщины лежат в таблицах резки.
• Задержка включения THC после выхода на высоту резки. По руководству CandCNC, она по умолчанию около 1 секунды: резак успевает опуститься с высоты пробивки и выйти на устойчивое напряжение. Если она слишком короткая, THC реагирует на переходный процесс и ведёт резак вниз или вверх.

Нырок на отверстиях, углах и в конце реза

Здесь у THC два защитных механизма, и они не заменяют друг друга.

Антинырок по скачку напряжения. Контроллер замечает быстрый рост напряжения (дуга пересекла пустоту) и на время запрещает движение вниз. У CandCNC он называется Tip Saver, порог задаётся в процентах от заданного напряжения. В конце реза он срабатывает всегда, это нормально.

Блокировка по скорости. На малых отверстиях и острых углах резак замедляется, и напряжение дуги меняется из-за скорости, а не из-за высоты. Поэтому THC блокируют, когда фактическая скорость падает ниже порога, заданного в процентах от запрограммированной. Практики называют порог 80–90 процентов, но это ориентир для подбора, а не значение из руководства: в каждой системе шкала и логика своя. Его подбирают на пробной плите: ставят 90 % и смотрят, ныряет ли резак на углах, затем опускают порог или, наоборот, поднимают, если THC блокируется на прямых и плохо держит высоту.

Для малых отверстий действует отдельное правило, о котором уже сказано в статье про качество кромки: диаметр меньше 1,5 толщины режут на сниженной скорости, а регулировку блокируют на время реза.

Третий путь работает из программы. Раскройщик и постпроцессор выводят в код команду отключения THC перед углом, перед малым отверстием и за 8–13 мм до конца реза, а включают после. В руководстве CandCNC для этого рекомендуют правила реза в SheetCam с отключением «перед концом реза» примерно за 0,3–0,5 дюйма. Если стойка не понимает команду, блокировка не сработает, поэтому первым делом проверяют, что нужный код попал в программу и что контроллер его обрабатывает.

Симптом, причина, проверка

Помехи: как отличить и как лечить

Операторы, которые подключали китайские аппараты с ВЧ-поджигом, описывают один и тот же сценарий. Механика работает идеально, а как только включается поджиг, на экране Mach3 мигает сброс или аварийный стоп, оси уезжают, вылетают драйверы или плата USB-LPT. В одной из тем проверка показала, что если вынести резак метров на пять от стойки, всё работает, а при поднесении ближе метра начинаются сбои. Это однозначный признак помехи, а не сломанной электроники.

Что сработало у практиков:

• Экран на силовой кабель резака. Кабель резака действует как антенна. Его кладут в металлорукав с медной оплёткой или канатиком, а слаботочные линии ведут витой парой в экране.
• Земля. Экран слаботочного кабеля заземляют с одного конца, стол и источник соединяют коротким проводом большого сечения. Руководство CandCNC советует отдельный местный контур заземления плазмы и не питать плазму и стойку от одного подщитка.
• Оптическая развязка. Сигнальные линии контроллера (пуск, дуга готова, концевики и аварийный стоп) идут через опторазвязку, а входам аварийного стопа ставят подтягивающие резисторы. Без них плавающий вход ловит наводку.
• Расстояние. Стойку с компьютером убирают подальше от горелки, а питают через разделительный трансформатор.
• Делитель THC. Если помехи дают ложные показания, в руководстве CandCNC при длине кабеля до 48 дюймов (около 1,2 м) советуют оставить 50, а к 20 переходить только при наводках на кабеле.

В одном помещении помогает вынос компьютера, в другом нет: помеха заходит по разным цепям, поэтому сначала выясняют, по какой.

Поломки, которые маскируются под THC

Когда регулировка живёт своей жизнью, прежде чем править параметры, проверяют железо.

• Плавающий контакт массы. Зажим кабеля массы на краске, окалине или ржавчине даёт скачущее напряжение. Зачищают место контакта и проверяют кабель на износ.
• Масса на столе. Лист лежит на ламелях, и ток возвращается через них. Если ламели покрыты ржавчиной и шлаком, контакт ненадёжный, и THC видит помехи, а не высоту.
• Расходники. Изношенное или забитое шлаком сопло даёт неверное напряжение, а замыкание на сопле ложно активирует датчик касания. В теме про резак, который подъезжал к пробивке и вставал, помогла замена расходников: при снятом проводе от горелки датчик отпускал.
• Воздух. Вода и масло в воздухе меняют напряжение дуги; что проверить на компрессоре, описано в статье о выборе плазмореза.