基于PLC的中頻感應加熱爐電源控制系統設計

羅繼軍（陜西國防工業職業技術學院,陜西戶縣710300）

基于PLC的中頻感應加熱爐電源控制系統設計

羅繼軍
（陜西國防工業職業技術學院,陜西戶縣710300）

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

關鍵詞:PLC控制器;中頻感應加熱爐;電源;系統設計

引言

引言

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

1感應爐的控制系統

中頻感應加熱爐主要由電源、爐體、傳送裝置和監測與控制系統四部分組成，其結構如圖1所示。其中控制系統是整個加熱爐的核心環節，它控制著整體運行過程中的絕大部分技術參數，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格，過熱會造成坯料過燒，影響質量，過低會使鍛壓設備加重負荷，降低鍛造設備使用壽命。

圖1感應加熱爐系統結構圖

2感應加熱爐的PLC控制系統設備的選型

感應加熱電源是感應加熱爐的重要組成部分，電力半導體器件及電力電子學的發展對其有著重要的影響。早期的感應加熱電源主要有中頻發電機組和電子管振蕩器式高頻電源、電磁倍頻器和工頻感應熔煉爐。近年來，晶閘管、半導體工藝、集成加工技術的出現有力的促進了感應加熱電源的發展，為感應加熱電源的應用提供了堅實的基礎。感應加熱電源若使用分立元件來控制，自動化的程度比較低，人機界面和通信系統效果也比較差；但是如果利用PLC控制感應加熱，就可以精確控制電源的各個參數，達到簡單、可靠的目的，從而提高感應加熱系統的自動化水平。PLC控制系統設計原則是在最大限度的滿足被控對象控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、安全可靠，并考慮到今后生產的發展和工藝的改進，在選擇PLC機型時，應適當留有余地[2-3]。根據系統組成分析，中頻感應加熱爐工藝共有18個DI點，8個DO點；4個AI點，2個AO點，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控制系統基本組成如圖2所示。

3中頻感應加熱爐電源的控制系統設計

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需要。因此電源要具備一定的自動控制能力。工業中常用并聯諧振逆變電路，通過單獨調節可控整流器輸出電壓來改變輸出功率。通過調節中頻電壓就可以改變加熱溫度，但是中頻電壓會產生波動，而且溫度控制存在滯后，所以一般采用溫度和電壓雙閉環的方法來實現，如圖3所示。內環是電壓閉環控制，外環是溫度閉環控制，內環根據電源電壓和反饋電壓的大小控制中頻電流的輸出功率，外環根據設定的溫度和反饋溫度設定給定電壓。系統中溫度和電壓的閉環都采用了PI調節器，可以大幅度減少偏差，并使系統迅速達到設定值。

圖2PLC控制系統基本組成

圖3中頻感應加熱爐電源控制框圖

4結束語

本系統采用PLC設計控制系統，因其具有便于控制、設計靈活、可靠性好、編程簡單、性價比高、抗干擾能力強等特點，但因其難以顯示圖表、用戶界面較差、監控不便等缺陷導致系統使用過程中存在一定的局限。展望未來，能夠發揮控制系統優勢，又能提供良好人機界面的PLC控制系統一定會為工業控制做出巨大貢獻，本系統設計暫時沒有考慮采用計算機作為上位機，但在以后的研究中會進一步引入良好的人機界面，期望使系統的控制能夠更加簡單可靠。

參考文獻:

[1]謝鑫,王倩.工頻感應爐PLC自動控制系統的應用[M].鞍山鋼鐵公司設計研究院.

[2]吳中俊,黃永紅.可編程序控制器原理及應用[M].機械工業出版社,2007.

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

[4]吳百詩,張孝林.大學物理,2007年

[5]徐艮.中頻感應加熱爐進料系統改造[J].設備管理與維修,2013(04):40-41.

作者簡介：羅繼軍(1982-)，男，陜西禮泉人，碩士，講師。