PLC在電磁感應(yīng)加熱多溫區(qū)循環(huán)控制中的應(yīng)用

左懷山

(廣東省高級(jí)技工學(xué)校，廣東 惠州 516100)

PLC在電磁感應(yīng)加熱多溫區(qū)循環(huán)控制中的應(yīng)用

左懷山

(廣東省高級(jí)技工學(xué)校，廣東 惠州 516100)

主要闡述以三菱公司的FX1N-24MR-001為控制核心，配合溫控器的多溫區(qū)循環(huán)控制在熱塑性擠出線(xiàn)電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。

電磁感應(yīng)加熱；多溫區(qū)循環(huán)控制；PLC；溫控表

0 引言

筆者曾給工廠設(shè)計(jì)了一套多溫區(qū)循環(huán)加熱系統(tǒng)，系統(tǒng)涉及一種用于多溫區(qū)料筒的電磁感應(yīng)加熱裝置，具體地說(shuō)是用于小型料筒的電磁加熱裝置，其包括感應(yīng)加熱電源、料筒及位于料筒上的隔熱層。所述料筒對(duì)應(yīng)于設(shè)置隔熱層的周面，設(shè)有若干電磁感應(yīng)加熱線(xiàn)圈，所述電磁感應(yīng)加熱線(xiàn)圈的兩端通過(guò)連接件與控制器輸出端相連；隔熱層上對(duì)應(yīng)于設(shè)置電磁感應(yīng)加熱線(xiàn)圈的表面均設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器的輸出端通過(guò)溫度控制儀與控制器的輸入端相連；感應(yīng)加熱電源與控制器的電源端相連。本文介紹電磁感應(yīng)加熱多溫區(qū)循環(huán)控制系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)。

1 問(wèn)題提出

傳統(tǒng)電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)溫度控制具有以下缺點(diǎn)：(1) 控制電路器件比較多，電路復(fù)雜，所以大多體積龐大；(2) 靈活性不夠，硬件一旦設(shè)計(jì)好了，其控制策略就無(wú)法改變了；(3) 精度低，溫度分布不均勻，電能損耗較大。

2 解決方案

可通過(guò)多溫區(qū)的循環(huán)加熱控制，通過(guò)不同的輸入請(qǐng)求，去執(zhí)行相應(yīng)的循環(huán)加熱輸出，以提高溫度控制精度和加工質(zhì)量，增強(qiáng)生產(chǎn)控制的柔性，達(dá)到準(zhǔn)確、平穩(wěn)、快速的目標(biāo)，具有安全可靠、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、控溫精度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)分析，多溫區(qū)循環(huán)控制方式按輸入條件的要求執(zhí)行相應(yīng)的輸出，而這種工作方式特別適合PLC(可編程控制器)控制。采用PLC的步進(jìn)控制技術(shù)，大部分控制功能可由軟件來(lái)完成，整個(gè)系統(tǒng)只需少量的外圍電路就可滿(mǎn)足控制要求。

3 系統(tǒng)功能

3.1 電磁感應(yīng)加熱工作原理

電磁加熱器是一種利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的裝置。電磁控制器將工頻交流電整流為直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換成頻率為20～40 kHz的高頻高壓電，高速變化的高頻高壓電流流過(guò)線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生高速變化的交變磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線(xiàn)通過(guò)導(dǎo)磁性金屬材料時(shí)，會(huì)在金屬體內(nèi)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的小渦流，使金屬材料本身自行高速發(fā)熱，從而達(dá)到加熱金屬材料料筒內(nèi)的東西的目的。

3.2 電磁感應(yīng)加熱多溫區(qū)循環(huán)控制的功能要求

如表1所示，4個(gè)溫區(qū)輸入X0、X1、X2、X3，4路感應(yīng)線(xiàn)圈輸出Y0、Y1、Y2、Y3，感應(yīng)機(jī)啟?？刂芛5。當(dāng)有溫區(qū)檢知時(shí)，循環(huán)加熱以提高系統(tǒng)的控制精度。每個(gè)溫區(qū)加熱10 s(要求時(shí)間可以更改)，當(dāng)有溫區(qū)要切換時(shí)，在斷開(kāi)線(xiàn)圈前1 s停止感應(yīng)機(jī)工作、在接通線(xiàn)圈后1 s啟動(dòng)感應(yīng)機(jī)工作(延時(shí)時(shí)間可通過(guò)程序更改)，以確保感應(yīng)機(jī)工作安全。

表1 多溫區(qū)循環(huán)加熱系統(tǒng)I/O對(duì)應(yīng)的狀態(tài)要求

4 硬件系統(tǒng)

本系統(tǒng)硬件組成如圖1所示，包括PLC、溫控表、開(kāi)關(guān)量輸入通道、負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路和電源。

圖1 多溫區(qū)循環(huán)加熱系統(tǒng)硬件系統(tǒng)圖

4.1 PLC

三菱公司的FX系列PLC普及率高，通用性好，參考資料也相當(dāng)豐富。本系統(tǒng)采用的是三菱公司的FX1N-24MR-001型PLC，輸入點(diǎn)數(shù)為14點(diǎn)，10點(diǎn)繼電器輸出，內(nèi)置8 kb EEPROM，無(wú)需電池，維護(hù)方便。

4.2 溫控表

溫控表用來(lái)測(cè)量各測(cè)溫點(diǎn)的溫度，系統(tǒng)采用4個(gè)型號(hào)為REX-C100的溫控表。面板尺寸48 mm×48 mm，PID控制繼電器輸出，配用K型屏蔽線(xiàn)M6螺釘螺釘式熱電偶WRNT-01/02，量程0～400 ℃，是帶上限絕對(duì)值報(bào)警的智能多功能儀表。

4.3 模擬量輸入通道

模擬量輸入通道是由溫控表通過(guò)熱電偶來(lái)檢測(cè)指定區(qū)域的溫度，溫控表經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換之后比較當(dāng)前值和設(shè)定值，當(dāng)前值等于設(shè)定值的時(shí)候，溫控表繼電器觸點(diǎn)輸出加熱請(qǐng)求信號(hào)。

4.4 開(kāi)關(guān)量輸入通道

系統(tǒng)中輸入開(kāi)關(guān)量即為溫控表的輸出信號(hào)，溫控表的繼電器輸出接入PLC的X0～X3這4個(gè)輸入端，當(dāng)PLC的輸入端有輸入信號(hào)時(shí)，PLC根據(jù)程序要求進(jìn)行運(yùn)算后使輸出端作相應(yīng)動(dòng)作。

4.5 輸出接口電路

由于采用繼電器輸出型PLC，各輸出點(diǎn)允許直接驅(qū)動(dòng)2 A的負(fù)載，由PLC輸出點(diǎn)Y0～Y5驅(qū)動(dòng)KM1～KM5接觸器(或固態(tài)繼電器)，再來(lái)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的負(fù)載。

5 軟件系統(tǒng)

5.1 信號(hào)輸入檢測(cè)

PLC輸入信號(hào)通過(guò)4路溫控器分別輸入X0～X3這4個(gè)輸入端，通過(guò)檢測(cè)X0～X3的狀態(tài)知道當(dāng)前輸入請(qǐng)求數(shù)量，當(dāng)X0～X3這4個(gè)輸入點(diǎn)均有輸入請(qǐng)求時(shí)，輔助繼電器M0接通，當(dāng)只有3個(gè)輸入請(qǐng)求時(shí)M1接通，有2個(gè)輸入請(qǐng)求時(shí)M2接通，只有一個(gè)輸入請(qǐng)求時(shí)M3接通，無(wú)輸入請(qǐng)求時(shí)M4接通。

5.2 啟停信號(hào)和步進(jìn)控制程序

如圖2所示，X4為系統(tǒng)的啟動(dòng)信號(hào)，X6為系統(tǒng)的復(fù)位信號(hào)，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB2時(shí)，X4接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到初始狀態(tài)S20并將M5置位，使M5的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，避免因人為再次按下SB4而導(dǎo)致系統(tǒng)中2個(gè)狀態(tài)同時(shí)工作故障，并將原點(diǎn)指示點(diǎn)Y4點(diǎn)亮，如果這個(gè)時(shí)間系統(tǒng)中有一個(gè)以上的輸入請(qǐng)求則M4的常閉接點(diǎn)是接通的，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，將Y0點(diǎn)接通并延時(shí)，然后狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，如果系統(tǒng)有4個(gè)輸入請(qǐng)求則M0接通，M2、M3、M4均斷開(kāi)，狀態(tài)依次轉(zhuǎn)移到S23驅(qū)動(dòng)Y1并延時(shí)→狀態(tài)S24延時(shí)→狀態(tài)S25驅(qū)動(dòng)Y2并延時(shí)→狀態(tài)S26延時(shí)→狀態(tài)S27驅(qū)動(dòng)Y3并延時(shí)→狀態(tài)S28延時(shí)→狀態(tài)S21，并進(jìn)行循環(huán)。如果在運(yùn)行中無(wú)輸入請(qǐng)求則M4接通，當(dāng)前狀態(tài)經(jīng)過(guò)延時(shí)后將轉(zhuǎn)移到初始狀態(tài)S20進(jìn)行等待；如果只有一個(gè)輸入請(qǐng)示則M3接通，程序?qū)⒃赟21和S22之間循環(huán)；有2個(gè)輸入請(qǐng)求時(shí)M2接通，程序在S21和S24之間循環(huán)；當(dāng)有3個(gè)輸入請(qǐng)求時(shí)M1接通，程序在S21和S26之間循環(huán)。當(dāng)按下復(fù)位按鈕SB1時(shí)，X6接通，延時(shí)T9使Y5斷開(kāi)1 s后再將系統(tǒng)復(fù)位。

圖2 多溫區(qū)跳轉(zhuǎn)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(SFC)

6 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能，沒(méi)有復(fù)雜的外圍電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，成本也很低。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，沒(méi)有出現(xiàn)多溫區(qū)循環(huán)控制系統(tǒng)故障停機(jī)現(xiàn)象，大大提高了熱塑性擠出線(xiàn)電磁感應(yīng)加熱機(jī)的工作性能，溫度指標(biāo)良好，電能損耗降低，相對(duì)提高了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。這證實(shí)本系統(tǒng)是有效而實(shí)用的。

[1]張桂香.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004

[2]廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005

2014-06-05

左懷山(1985—)，男，江西吉安人，二級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向：機(jī)電一體化。