基于PLC的中頻感應(yīng)加熱爐電源控制系統(tǒng)設(shè)計

羅繼軍（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西戶縣710300）

基于PLC的中頻感應(yīng)加熱爐電源控制系統(tǒng)設(shè)計

羅繼軍
（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西戶縣710300）

摘要:本文以PLC控制器為核心，研究了中頻感應(yīng)加熱爐控制系統(tǒng)模型，從系統(tǒng)的需求出發(fā)，進(jìn)行了設(shè)備硬件的設(shè)計及控制模塊和外圍器件的選型，初步設(shè)計了一種具有較高的可靠性和抗干擾性，為工業(yè)生產(chǎn)提供了一種可行的方案。

關(guān)鍵詞:PLC控制器;中頻感應(yīng)加熱爐;電源;系統(tǒng)設(shè)計

引言

引言

中頻感應(yīng)加熱爐是一種利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)感應(yīng)加熱的電源裝置，由于這種加熱方式是通過電磁感應(yīng)傳遞的，感應(yīng)線圈與金屬工件并非直接接觸，由工件自身產(chǎn)生熱量，所以稱之為感應(yīng)加熱。感應(yīng)加熱爐的發(fā)展與數(shù)控技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密不可分，國外廠商以此取得先機(jī)，其感應(yīng)爐控制技術(shù)先進(jìn),其效率高、可靠、操作簡便等特點(diǎn)已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，因此大部分鑄造廠普遍應(yīng)用了“國外”生產(chǎn)的感應(yīng)加熱爐。如何吸收國外控制技術(shù)的長處來逐漸縮小差距，利用PLC簡單、精確的特點(diǎn)，來控制感應(yīng)加熱，提升感應(yīng)加熱系統(tǒng)的自動化水平具有重要的意義[1]。

1感應(yīng)爐的控制系統(tǒng)

中頻感應(yīng)加熱爐主要由電源、爐體、傳送裝置和監(jiān)測與控制系統(tǒng)四部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中控制系統(tǒng)是整個加熱爐的核心環(huán)節(jié)，它控制著整體運(yùn)行過程中的絕大部分技術(shù)參數(shù)，包括電源電壓的控制與檢測、傳送帶的速度，爐體溫度以及加熱鍛件的溫度等等。坯料加熱過程中對溫度要求很嚴(yán)格，過熱會造成坯料過燒，影響質(zhì)量，過低會使鍛壓設(shè)備加重負(fù)荷，降低鍛造設(shè)備使用壽命。

圖1感應(yīng)加熱爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2感應(yīng)加熱爐的PLC控制系統(tǒng)設(shè)備的選型

感應(yīng)加熱電源是感應(yīng)加熱爐的重要組成部分，電力半導(dǎo)體器件及電力電子學(xué)的發(fā)展對其有著重要的影響。早期的感應(yīng)加熱電源主要有中頻發(fā)電機(jī)組和電子管振蕩器式高頻電源、電磁倍頻器和工頻感應(yīng)熔煉爐。近年來，晶閘管、半導(dǎo)體工藝、集成加工技術(shù)的出現(xiàn)有力的促進(jìn)了感應(yīng)加熱電源的發(fā)展，為感應(yīng)加熱電源的應(yīng)用提供了堅實的基礎(chǔ)。感應(yīng)加熱電源若使用分立元件來控制，自動化的程度比較低，人機(jī)界面和通信系統(tǒng)效果也比較差；但是如果利用PLC控制感應(yīng)加熱，就可以精確控制電源的各個參數(shù)，達(dá)到簡單、可靠的目的，從而提高感應(yīng)加熱系統(tǒng)的自動化水平。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則是在最大限度的滿足被控對象控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、安全可靠，并考慮到今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC機(jī)型時，應(yīng)適當(dāng)留有余地[2-3]。根據(jù)系統(tǒng)組成分析，中頻感應(yīng)加熱爐工藝共有18個DI點(diǎn)，8個DO點(diǎn)；4個AI點(diǎn)，2個AO點(diǎn)，由此選用西門子的S7-200系列（CUP226）PLC作為控制中心，模擬量輸入模塊為EM231，模擬量輸出模塊為EM232。PLC控制系統(tǒng)基本組成如圖2所示。

3中頻感應(yīng)加熱爐電源的控制系統(tǒng)設(shè)計

電源除了輸出一定的功率和頻率外，還要能夠在各種擾動的情況下滿足生產(chǎn)需要。因此電源要具備一定的自動控制能力。工業(yè)中常用并聯(lián)諧振逆變電路，通過單獨(dú)調(diào)節(jié)可控整流器輸出電壓來改變輸出功率。通過調(diào)節(jié)中頻電壓就可以改變加熱溫度，但是中頻電壓會產(chǎn)生波動，而且溫度控制存在滯后，所以一般采用溫度和電壓雙閉環(huán)的方法來實現(xiàn)，如圖3所示。內(nèi)環(huán)是電壓閉環(huán)控制，外環(huán)是溫度閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)根據(jù)電源電壓和反饋電壓的大小控制中頻電流的輸出功率，外環(huán)根據(jù)設(shè)定的溫度和反饋溫度設(shè)定給定電壓。系統(tǒng)中溫度和電壓的閉環(huán)都采用了PI調(diào)節(jié)器，可以大幅度減少偏差，并使系統(tǒng)迅速達(dá)到設(shè)定值。

圖2PLC控制系統(tǒng)基本組成

圖3中頻感應(yīng)加熱爐電源控制框圖

4結(jié)束語

本系統(tǒng)采用PLC設(shè)計控制系統(tǒng)，因其具有便于控制、設(shè)計靈活、可靠性好、編程簡單、性價比高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，但因其難以顯示圖表、用戶界面較差、監(jiān)控不便等缺陷導(dǎo)致系統(tǒng)使用過程中存在一定的局限。展望未來，能夠發(fā)揮控制系統(tǒng)優(yōu)勢，又能提供良好人機(jī)界面的PLC控制系統(tǒng)一定會為工業(yè)控制做出巨大貢獻(xiàn)，本系統(tǒng)設(shè)計暫時沒有考慮采用計算機(jī)作為上位機(jī)，但在以后的研究中會進(jìn)一步引入良好的人機(jī)界面，期望使系統(tǒng)的控制能夠更加簡單可靠。

參考文獻(xiàn):

[1]謝鑫,王倩.工頻感應(yīng)爐PLC自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用[M].鞍山鋼鐵公司設(shè)計研究院.

[2]吳中俊,黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[3]陳金華.可編程序控制器(PC)應(yīng)用技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社,1995.

[4]吳百詩,張孝林.大學(xué)物理,2007年

[5]徐艮.中頻感應(yīng)加熱爐進(jìn)料系統(tǒng)改造[J].設(shè)備管理與維修,2013(04):40-41.

作者簡介：羅繼軍(1982-)，男，陜西禮泉人，碩士，講師。