左懷山

(廣東省高級技工學校，廣東 惠州 516100)

PLC在電磁感應加熱多溫區(qū)循環(huán)控制中的應用

左懷山

(廣東省高級技工學校，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電磁感應加熱系統(tǒng)中的應用情況。

電磁感應加熱；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)料筒的電磁感應加熱裝置，具體地說是用于小型料筒的電磁加熱裝置，其包括感應加熱電源、料筒及位于料筒上的隔熱層。所述料筒對應于設(shè)置隔熱層的周面，設(shè)有若干電磁感應加熱線圈，所述電磁感應加熱線圈的兩端通過連接件與控制器輸出端相連；隔熱層上對應于設(shè)置電磁感應加熱線圈的表面均設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器的輸出端通過溫度控制儀與控制器的輸入端相連；感應加熱電源與控制器的電源端相連。本文介紹電磁感應加熱多溫區(qū)循環(huán)控制系統(tǒng)的功能和設(shè)計。

1 問題提出

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

2 解決方案

可通過多溫區(qū)的循環(huán)加熱控制，通過不同的輸入請求，去執(zhí)行相應的循環(huán)加熱輸出，以提高溫度控制精度和加工質(zhì)量，增強生產(chǎn)控制的柔性，達到準確、平穩(wěn)、快速的目標，具有安全可靠、性能穩(wěn)定、操作簡便、控溫精度高等諸多優(yōu)點。

經(jīng)過分析，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的步進控制技術(shù)，大部分控制功能可由軟件來完成，整個系統(tǒng)只需少量的外圍電路就可滿足控制要求。

3 系統(tǒng)功能

3.1 電磁感應加熱工作原理

電磁加熱器是一種利用電磁感應原理將電能轉(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線圈會產(chǎn)生高速變化的交變磁場，當磁場內(nèi)的磁力線通過導磁性金屬材料時，會在金屬體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使金屬材料本身自行高速發(fā)熱，從而達到加熱金屬材料料筒內(nèi)的東西的目的。

3.2 電磁感應加熱多溫區(qū)循環(huán)控制的功能要求

如表1所示，4個溫區(qū)輸入X0、X1、X2、X3，4路感應線圈輸出Y0、Y1、Y2、Y3，感應機啟?？刂芛5。當有溫區(qū)檢知時，循環(huán)加熱以提高系統(tǒng)的控制精度。每個溫區(qū)加熱10 s(要求時間可以更改)，當有溫區(qū)要切換時，在斷開線圈前1 s停止感應機工作、在接通線圈后1 s啟動感應機工作(延時時間可通過程序更改)，以確保感應機工作安全。

表1 多溫區(qū)循環(huán)加熱系統(tǒng)I/O對應的狀態(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、開關(guān)量輸入通道、負載驅(qū)動電路和電源。

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，參考資料也相當豐富。本系統(tǒng)采用的是三菱公司的FX1N-24MR-001型PLC，輸入點數(shù)為14點，10點繼電器輸出，內(nèi)置8 kb EEPROM，無需電池，維護方便。

4.2 溫控表

溫控表用來測量各測溫點的溫度，系統(tǒng)采用4個型號為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M6螺釘螺釘式熱電偶WRNT-01/02，量程0～400 ℃，是帶上限絕對值報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熱電偶來檢測指定區(qū)域的溫度，溫控表經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換之后比較當前值和設(shè)定值，當前值等于設(shè)定值的時候，溫控表繼電器觸點輸出加熱請求信號。

4.4 開關(guān)量輸入通道

系統(tǒng)中輸入開關(guān)量即為溫控表的輸出信號，溫控表的繼電器輸出接入PLC的X0～X3這4個輸入端，當PLC的輸入端有輸入信號時，PLC根據(jù)程序要求進行運算后使輸出端作相應動作。

4.5 輸出接口電路

由于采用繼電器輸出型PLC，各輸出點允許直接驅(qū)動2 A的負載，由PLC輸出點Y0～Y5驅(qū)動KM1～KM5接觸器(或固態(tài)繼電器)，再來驅(qū)動相應的負載。

5 軟件系統(tǒng)

5.1 信號輸入檢測

PLC輸入信號通過4路溫控器分別輸入X0～X3這4個輸入端，通過檢測X0～X3的狀態(tài)知道當前輸入請求數(shù)量，當X0～X3這4個輸入點均有輸入請求時，輔助繼電器M0接通，當只有3個輸入請求時M1接通，有2個輸入請求時M2接通，只有一個輸入請求時M3接通，無輸入請求時M4接通。

5.2 啟停信號和步進控制程序

如圖2所示，X4為系統(tǒng)的啟動信號，X6為系統(tǒng)的復位信號，當按下啟動按鈕SB2時，X4接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到初始狀態(tài)S20并將M5置位，使M5的常閉觸點斷開，避免因人為再次按下SB4而導致系統(tǒng)中2個狀態(tài)同時工作故障，并將原點指示點Y4點亮，如果這個時間系統(tǒng)中有一個以上的輸入請求則M4的常閉接點是接通的，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，將Y0點接通并延時，然后狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，如果系統(tǒng)有4個輸入請求則M0接通，M2、M3、M4均斷開，狀態(tài)依次轉(zhuǎn)移到S23驅(qū)動Y1并延時→狀態(tài)S24延時→狀態(tài)S25驅(qū)動Y2并延時→狀態(tài)S26延時→狀態(tài)S27驅(qū)動Y3并延時→狀態(tài)S28延時→狀態(tài)S21，并進行循環(huán)。如果在運行中無輸入請求則M4接通，當前狀態(tài)經(jīng)過延時后將轉(zhuǎn)移到初始狀態(tài)S20進行等待；如果只有一個輸入請示則M3接通，程序?qū)⒃赟21和S22之間循環(huán)；有2個輸入請求時M2接通，程序在S21和S24之間循環(huán)；當有3個輸入請求時M1接通，程序在S21和S26之間循環(huán)。當按下復位按鈕SB1時，X6接通，延時T9使Y5斷開1 s后再將系統(tǒng)復位。

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

6 結(jié)語

本系統(tǒng)用PLC技術(shù)實現(xiàn)了預定功能，沒有復雜的外圍電路，結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本也很低。經(jīng)過一段時間的運行，沒有出現(xiàn)多溫區(qū)循環(huán)控制系統(tǒng)故障停機現(xiàn)象，大大提高了熱塑性擠出線電磁感應加熱機的工作性能，溫度指標良好，電能損耗降低，相對提高了社會經(jīng)濟效益。這證實本系統(tǒng)是有效而實用的。

[1]張桂香.電氣控制與PLC應用[M].化學工業(yè)出版社，2004

[2]廖常初.FX系列PLC編程及應用[M].機械工業(yè)出版社，2005

2014-06-05

左懷山(1985—)，男，江西吉安人，二級實習指導教師，研究方向：機電一體化。