PLC在電磁感應加熱多溫區循環控制中的應用

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循環控制中的應用

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循環控制在熱塑性擠出線電磁感應加熱系統中的應用情況。

電磁感應加熱；多溫區循環控制；PLC；溫控表

0 引言

筆者曾給工廠設計了一套多溫區循環加熱系統，系統涉及一種用于多溫區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。所述料筒對應于設置隔熱層的周面，設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；隔熱層上對應于設置電磁感應加熱線圈的表面均設有溫度傳感器，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循環控制系統的功能和設計。

1 問題提出

傳統電磁感應加熱系統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

可通過多溫區的循環加熱控制，通過不同的輸入請求，去執行相應的循環加熱輸出，以提高溫度控制精度和加工質量，增強生產控制的柔性，達到準確、平穩、快速的目標，具有安全可靠、性能穩定、操作簡便、控溫精度高等諸多優點。

經過分析，多溫區循環控制方式按輸入條件的要求執行相應的輸出，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，大部分控制功能可由軟件來完成，整個系統只需少量的外圍電路就可滿足控制要求。

3 系統功能

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生高速變化的交變磁場，當磁場內的磁力線通過導磁性金屬材料時，會在金屬體內產生無數的小渦流，使金屬材料本身自行高速發熱，從而達到加熱金屬材料料筒內的東西的目的。

3.2 電磁感應加熱多溫區循環控制的功能要求

如表1所示，4個溫區輸入X0、X1、X2、X3，4路感應線圈輸出Y0、Y1、Y2、Y3，感應機啟停控制Y5。當有溫區檢知時，循環加熱以提高系統的控制精度。每個溫區加熱10 s(要求時間可以更改)，當有溫區要切換時，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 多溫區循環加熱系統I/O對應的狀態要求

4 硬件系統

本系統硬件組成如圖1所示，包括PLC、溫控表、開關量輸入通道、負載驅動電路和電源。

圖1 多溫區循環加熱系統硬件系統圖

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。本系統采用的是三菱公司的FX1N-24MR-001型PLC，輸入點數為14點，10點繼電器輸出，內置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域的溫度，溫控表經A/D轉換之后比較當前值和設定值，當前值等于設定值的時候，溫控表繼電器觸點輸出加熱請求信號。

4.4 開關量輸入通道

系統中輸入開關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動2 A的負載，由PLC輸出點Y0～Y5驅動KM1～KM5接觸器(或固態繼電器)，再來驅動相應的負載。

5 軟件系統

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的狀態知道當前輸入請求數量，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為系統的啟動信號，X6為系統的復位信號，當按下啟動按鈕SB2時，X4接通，狀態轉移到初始狀態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而導致系統中2個狀態同時工作故障，并將原點指示點Y4點亮，如果這個時間系統中有一個以上的輸入請求則M4的常閉接點是接通的，狀態轉移到S21，將Y0點接通并延時，然后狀態轉移到S22，如果系統有4個輸入請求則M0接通，M2、M3、M4均斷開，狀態依次轉移到S23驅動Y1并延時→狀態S24延時→狀態S25驅動Y2并延時→狀態S26延時→狀態S27驅動Y3并延時→狀態S28延時→狀態S21，并進行循環。如果在運行中無輸入請求則M4接通，當前狀態經過延時后將轉移到初始狀態S20進行等待；如果只有一個輸入請示則M3接通，程序將在S21和S22之間循環；有2個輸入請求時M2接通，程序在S21和S24之間循環；當有3個輸入請求時M1接通，程序在S21和S26之間循環。當按下復位按鈕SB1時，X6接通，延時T9使Y5斷開1 s后再將系統復位。

圖2 多溫區跳轉控制狀態轉移圖(SFC)

6 結語

本系統用PLC技術實現了預定功能，沒有復雜的外圍電路，結構簡單可靠，成本也很低。經過一段時間的運行，沒有出現多溫區循環控制系統故障停機現象，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，相對提高了社會經濟效益。這證實本系統是有效而實用的。

[1]張桂香.電氣控制與PLC應用[M].化學工業出版社，2004

[2]廖常初.FX系列PLC編程及應用[M].機械工業出版社，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。