大型真空铝钎焊炉控制系统(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京航天万源科技公司 作者:王剑

表1 机械系统和电气系统关键的结合点

机械系统和电气系统关键的结合点 

  加热室内有许多加热小区,在控制系统的加热回路中,为每个加热小区供电的是一套可控硅调压电源,可控硅调压电源包括功率控制器和变压器两部分,功率控制器采用移相触发的方式来实现电压的无级调节,从而达到控制功率的目的。输出电压的调节范围比较宽,一般为额定输入电压的0 ~ 98%。具有软启动、软关断、恒流、限流、过流保护、过热保护等功能。每个加热小区有各自独立的一套可控硅调压电源。可控硅调压电源的变压器原边接入电网,副边由炉体电极连接各个加热小区的电阻。调压电源的输出功率的调节方式分为手动调节和自动调节,手动/自动可通过控制柜上的转换开关来切换。在自动调节的状态下,加热控制为闭环控制回路,控温热电偶采集炉内加热小区的温度,温度信号转化为模拟量信号通过热电偶补偿导线传入控温表的热偶接入端,通过控温表中的工艺曲线处理和比例、积分、微分(proportion、integral、differential) 自整定,将4 ~ 20 mA 控制信号传入可控硅调压电源的自动控制信号的输入端,以此来调节功率输出。在控制柜面板上设置有各加热区的加热电流、电压显示表以及对应的手动操作加热功率调节旋钮,方便在手动操作时调整各个加热区的加热功率。工件热电偶所采集信号通过温度采集模块将模拟量转换成数字量接入计算机系统,实现对工件温度的实时监控。

  真空泵回路主要为真空系统的5 套真空机组的所有泵的电机供电,并将供电回路的空开的一个常开触点接入PLC 的输入模块中作为泵的空开自检点。真空泵及真空阀门的动作也分为手动和自动控制,也可通过控制柜上的转换开关来切换。控制柜上的各个泵和阀门的开关按钮接入PLC 的输入模块中,通过PLC 的程序处理来输出对各个泵和阀门的运行信号和开关信号。为真空系统配置两台双路数显真空计,测量管路系统(低真空) 和炉内真空(从大气到极限真空度的全量程测量) ,并通过可编程序控制器控制罗茨泵与大阀开启与炉内真空度联锁。在每套机组的前级管道上,分别安装低真空规管接口,用于测量真空管道的真空度,在炉体顶部和每套大阀与炉体之间的连接管道上,分别安装两套独立的玻璃真空规管,用于监测炉内真空度。

  运行车回路主要为运行电机供电,通过气缸电磁阀、磁性开关、行程开关和继电器等搭建的控制回路进行控制。

2 2、PLC总输入、输出点数的确定以及选型

  首先根据系统的总体布局和硬件系统的设计来确定PLC 的输入输出点数、输入输出信号类型:PLC 输入点主要为开关量信号,包括各套泵和阀门的开关信号、阀门开关到位信号、炉外车及炉门车进退到位信号、加热通断信号、手/自动转换信号、自动启动开关信号、冷却水压信号、加热超温信号、加热过流信号、由真空计设定的各泵和阀门的启动保护信号以及扩散泵油超温信号等,输入点共计165 点:PLC 输出点主要为继电器输出,包括各泵及阀门接触器线圈、大区加热通断接触器线圈、电铃发讯、蜂鸣器报警等,共计47 点。

  在满足使用的前提下考虑经济性选择日本欧姆龙的PLC,欧姆龙的CQM1H 型PLC 功能完善而且紧凑。它具有Windows 环境下的高效的软件开发能力,Windows 版的CX-Programmer 支持软件可以减少软件开发时间,并提供强大的监控和调试功能。各个单元模块要根据PLC 实际的输入、输出点来选择。首先根据输入的点数选择6 个32 点的输入单元,型号为CQM1H-ID213,电流消耗为(5V 直流) 最大170 mA; 然后根据输出点数和输出点的类型选择3个16 点继电器输出单元,型号为CQM1-OC222,内部电流消耗为( 5 V 直流) 最大850 mA;接着根据总的输入、输出点数以及输入、输出模块的数量选择CPU 单元,型号为CQM1H-CPU51,其输入、输出容量为512点,程序容量为7.2 K 字,最多可扩展11 个输入、输出单元;最后根据总的电流消耗选择电源模块,型号为CQM1-PA206,其电源规格为100 ~ 240 VAC, 50 /60 Hz,输出容量5VDC:6 A, 24VDC:0.5 A。

2.3、PLC 编程

  在用CX-Programmer 编程软件编程之前,首先要分析真空钎焊炉PLC所实现的总体控制功能,绘制流程图(图3为设备控制流程图) 。

图3 控制流程图

控制流程图 

  绘制总体流程图后,根据被控对象输入(如热电偶) 和输出信号(如控制固态继电器的脉冲) 以及所选定的PLC 型号分配硬件资源,为梯形图的各种继电或接点进行编号,最后实现各部分控制功能用梯形图进行编程。梯形图的编程能够实现除工件出入炉的操作外,其余动作可通过自动程序完成,也可通过手动操作完成,并可实现必要的保护和报警功能。

3、调试和验收

  该型号的真空钎焊炉设备制造完成后,在用户现场进行机械部分的安装和电气控制部分的调试。调试主要是要达到贯通整个控制系统并且达到机、电、气、水联动的目的。控制系统调试的主要内容包括将各种仪器仪表(主要为小区控温表和真空计) 中的参数按照实际使用条件进行配置,在冷调试(不加热,测试真空度指标) 过程中和热调试(加热、抽真空) 过程中检验PLC 程序以及上位机组态软件,并且进行相关参数的设定。设备调试最终取得圆满成功,并且通过了真空指标、温度指标的验收,完全达到用户的使用要求,并且运行安全,故障率很低,充分说明了以PLC 为控制核心所开发的电气控制系统的经济性和合理性。

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