PLC,触摸屏及巴玛克中频加热电源在冰箱压缩机热套转子中的应用

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热套转子设备在冰箱压缩机生产组装车间对压缩机的整机性能起到至关重要的作用。而感应加热电源广泛应用于金属热处理、淬火、透热、熔炼、焊接、热套、电真空器件去气加热、半导体材料炼制、塑料热合、烘烤和提纯等诚，利用在高频磁场作用下产生的感应电流引起导体 自身发热而进行加热。感应加热与气体燃烧加热或者通电加热相 比，具有显著节能 、非接触、速度快、效率高、工序简单、容易实现 自动化等显著优点。在感应加热电源发展过程中，虽然采用 IGBT取代晶闸管和电子管已经取得了很大的进步，但 目前大多数生产厂商研制生产的感应加热电源设备仍然存在-些普遍问题，这些问题主要表现为：(1)效率较低 、电能和冷却水消耗大；(2)功率元件 IGBT容易损坏；(3)输出变压器容易损坏；(4)冷却水回路故障较多；(5)设备容易保护误动作，可靠连续运行性能欠佳；(6)功率因数较低 、谐波污染大。

、辨燃滤图1 感应加热原理示意图1 巴玛克中频电源的特点1.1 全空冷结构系统采用空冷结构，因此彻底消除水系统故障，可靠性高 ，损耗低。

① 收稿 日期：2013-03-27作者简介：胡达勇(1982-)，江西南昌人，主任工程师。

1.2 DSP主处理器高频感应加热电源率先采用DSP中央处理器，较常规处理器相比，控制 、测量的准确性明显提高，速度和可靠性增强，功能也大大增加∩方便高效的根据被加热对象的生产过程制订精确的开环或闭环运行程序，并精确地实现频率跟踪、恒电流运行 、恒功率运行等闭环控制，实现全 自动化 的过程生产。

1.3 高频低损耗 IGBT逆变方案系统采用 ZCS电路实现高频低损耗 IGBT逆变，在 DSP的控制下，能快速精准地跟踪负载的变化 ，及时调整逆变频率和相位；消除了目前普遍存在的IGBT逆变容易脱离 ZCS模式的缺陷，因此解决了IGBT容易损坏的问题。

较模拟式控制方式相比，系统在跟踪速度 、跟踪精度、综合保护能力、效率等性能上均明显提高。

1.4 控制电路双通道系统具有自动”和手动”两套独立的控制策略，即使控制电路局部故障，手动”模式仍能保证电源继续工作，因此进- 步提高系统可靠性和连续运行能力。手动”模式下提供恒电流运行模式以及基本的限制保护功能；自动”模式下可提供恒电流、恒功率、温度闭环、分段定时等更多运行模式，并提供更先进的其它功能。

1.5 多种运行模式(1)恒输出电流运行；(2)恒输出功率运行；(3)温度闭环运行。

1.6 输出功率 0-100%连续可调在 DSP的控制下，能突破上下最大值限制，实现0-100%输出功率连续可调。即使在很低的输出功率下，也能获得稳定的输出电流∩根据应用的需要进行输出电流或输出功率的闭环运行。

2013年第 3期 胡达勇，顾 武：PLC，触摸屏及巴玛克中频加热电源 ·5·2 热套转子设备的硬件选型和I/O点分配2.1 PLC的选型和 I/O点分配本着便于操作工使用方便的设计思路，采用由PLC作为程序控制主单元，触摸屏为辅助控制单元，同时使用触摸屏作为主操作界面。其中PLC系统的数字量输入信号有：按钮输入信号有 4个(下料暂停 ，停止，急停 ，放行按钮 )，4个气缸的位置信号有8个，巴玛克中频电源信号有3个(中频运行反馈报警信号，中频故障信号，中频反馈信号)，光电漫反射开关3个(气缸 1前有料，气缸 3有料，下料积满)，接近开关 1个(线体上阻挡器前有料)，水温过高信号 1个。PLC系统的数字量输出信号有：三色指示灯信号有3个(黄，绿，红指示灯)，气缸输出信号8个，阻挡器输出信号 1个，巴玛克输出信号2个(中频暂停，中频远程启动信号)。另需要-个模拟量输人模块显示巴玛克电源的工作功率及-个模拟量输出拈控制巴玛克电源的输出功率，共计输入信号 20个，输出信号 14个，模拟输入、输出各-个〖虑到生产线上时常会加人其他的控制机构并入 PLC中，以及公司 PLC的统-性和要求 I/O点需留有 15%的余量，故选用三菱 FX2N-64MR型的PLC，模拟量拈选用 FX2N-4AD和 FX2N-4DA。PLC的数字 I/O点分配如图表 1所示。

表 I PLC数字 I/O点分配表输入地址 功能注解 输出地址 功能注解2.2 巴玛克加热电源选型及硬件连接考虑到我们公司生产节拍及工艺要求的转子热套温度，确定巴玛克电源的型号为 ATECF-60/380，采用恒 电流运行模式。电源的额定功率为60KW，输入电压 380V，输入电流101A，工作频率为 3KHZ。与 PLC的硬件连接如表 2所示。

表 2 巴玛克中频电源与PLC连接示意图庠鲁 端早名称 对应撞等 值碍漉胡IIl Kl-If 砒吨3 l馨-l25 I Ieln 矗Ill2 ∞ t- xT 中龋炉靛阻- № 4- - 孵 4- 中鞴 啦 错鹱莱饕- 工 校搬量辅 叶 - 橇擞蠹骗 撞地- ， 横担避输出- - 壤撖盎鞲出辕地- 4- I 牛龋炉岛动母 - 豫l 中璺弭炉暂停- 十 x 中蛹l户厦馈2.3 其他主要硬件本设备要求能根据不同型号大小的转子任意调整加热时间和设定功率，并能够显示加热电源的实际功率，各输入输出信号，并为了备件做到统-，故触摸屏选用三菱 GT1175-VN-BA-C型号。继电器选用 日本的IDEC品牌，温度传感器选用性价比较高的 MTR12型号，气缸，磁性开关及电磁阀选用FESTO品牌，按钮及指示灯选用施耐德品牌。

3 设备的工作原理及动作流程转子热套设备是采用人工上下料中频自动加热的半 自动化设备，根据转子路径不同可以将其拆分为三个部分 ：(1)上料滑道机构，包括气缸 1、气缸2及气缸 1前有料感应开关；(2)中频加热机构，包括气缸；3，气缸3有料感应开关及中频加热炉体；(3)下料滑道机构，包括气缸4和下料积满感应开关。自动工作时动作顺序如表3所示。

表3 设备动作顺序表气缸 1 气缸2 气缸3 气缸4 中频状态1(原位 ) 上位 下住 后住 下住2 下位(yl1) 上位 (y12) 后 -L#-： 下位 中频加热3 下位 下位(y13) 后住 下住4 上位(yl0) 下位 前位(y14) 下住 中频暂停(Y21)5 上位 下住 后位 (y15) 下位6 上位 下位 后位 上位(y16) 中频加热7(原位)循环 上住 下住 后住 下位(y17)种 ：该设备控制方式分 为自动运行和手动运行控制方式两· 6· 景德镇高专学报 2013年 6月(1)自动运行控制方式分为中频运行方式和中频停止运行方式，中频运行方式为正常生产时使用，而中频停止运行方式为设备调试时使用，两种运行方式在 自动启动时气缸位置必须在原位(原位时触摸屏上的原位指示灯点亮)，若不在原位 ，需手动按触摸屏复位”按钮 3秒气缸自动复到原位。

(2)手动运行控制方式 ，作为非正常的生产状态，用于排除故障及维修时使用，在此状态下不允许上料，以免出现事故。

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4.2 模拟量拈的程序设计中频加热炉采用恒电流控制方式，其 电流大小通过触摸屏根据生产型号情况设定，不同大小的电机转子设定不同的电流。模拟量输出拈把触摸屏的设定数值转换成4-10MA的电流，输出到巴玛克电源，控制其加热的功率大小；模拟量输入拈把巴玛克电源的实际功率反馈到 PLC，再由PLC、触摸屏显示数字化的功率数值。其程序如上图所示：5 结束语现代工厂对品质和效率的追求越来越高，这也要求设备技术人员跟随时代发展不断地创新，不断地提高设备精度及效率，运用最新的工控技术拓展提升工厂设备的功能和效用。

用模拟量控制中频加热炉的使用是我们公司-项重大的设备创新，同时用触摸屏操作中频加热炉也大大简化了操作流程，美化了生产现常巴玛克加热电源在我们公司投入使用-年多来 ，控制系统稳定，温度调整方便可靠，完全达到了装配热套转子的工艺要求。与原来的加热设备相比，投入并不大，设备使用率高，生产节拍可任意控制，故障率极低，原来的瓶颈设备彻底的得到了解决，这在行业中极具推广意义。