定子套感應(yīng)加熱設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙向杰

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中心，陜西 西安 710089)

0 引言

生產(chǎn)電機(jī)時(shí)，需要將定子套與定子配合，為使它們?nèi)菀籽b配并達(dá)到過盈配合，需要將定子套受熱膨脹，則需對定子套進(jìn)行加熱。傳統(tǒng)的加熱方法是利用火爐或電爐對其進(jìn)行加熱，火爐加熱時(shí)溫度不好控制，對空氣污染大，加熱速度慢，且生產(chǎn)效率低等。

為了克服以上缺點(diǎn)，本文根據(jù)加熱設(shè)備的實(shí)際需求，利用高頻感應(yīng)加熱機(jī)［1］，依據(jù)現(xiàn)代控制技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)，對加熱控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)采用了可編程邏輯控制器(PLC)實(shí)現(xiàn)對高頻加熱機(jī)、外圍設(shè)備以及各附件單元控制，提高了系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化［2］、規(guī)模化，滿足了高效生產(chǎn)的要求。

1 控制系統(tǒng)內(nèi)容描述

感應(yīng)加熱設(shè)備控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)、冷卻控制系統(tǒng)、排煙控制系統(tǒng)和氣動(dòng)控制系統(tǒng)。其定子套自動(dòng)加熱系統(tǒng)總圖如圖1所示。轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)部分主要包含電機(jī)、減速器、間歇分度機(jī)構(gòu)。其中電機(jī)提供動(dòng)力，通過減速器傳遞后，降低運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，滿足系統(tǒng)要求，將力傳遞給間歇分度機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)平穩(wěn)的工作。采用工裝夾具對工件定子套進(jìn)行定位，并利用其自身的重力來固定工件。由于感應(yīng)圈在加熱工件時(shí)，自身會(huì)因工件熱傳遞而產(chǎn)生熱量，連續(xù)加工過程中會(huì)使感應(yīng)圈的溫度升至很高，最終達(dá)到它的熔點(diǎn)溫度，所以必須對其進(jìn)行冷卻。加熱工件時(shí)，工件自身有油污，當(dāng)溫度升高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生油煙，所以要排煙系統(tǒng)對其進(jìn)行排煙處理。本設(shè)計(jì)還需要?dú)鈩?dòng)控制部分，在加熱的過程中要對感應(yīng)圈進(jìn)行升降控制，使其能夠自由的上升下降。最后使用PLC對其各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行順 序 控 制［3］。其 控 制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，控制流程圖如圖3所示。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 控制系統(tǒng)要求

(1)采用高頻感應(yīng)加熱設(shè)備對定子套進(jìn)行加熱，加上輔助設(shè)備，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)［4］，使完成加熱一個(gè)定子套保持在三分鐘，并且完成自動(dòng)控制。

(2)控制過程中需要有手動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式兩種操作模式。

(3)需要有HMI顯示操作屏幕，以便于觀察數(shù)據(jù)和操作［5］。

(4)此系統(tǒng)可以任意設(shè)置加熱時(shí)間和加熱溫度。

(5)系統(tǒng)需要有緊急停止和保護(hù)功能。

(6)系統(tǒng)必須保證在停電以后轉(zhuǎn)臺(tái)具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能。

3 控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

(1)手動(dòng)模式模塊PLC程序設(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)在鑰匙狀態(tài)為“開”時(shí)，設(shè)備亮綠燈，表明設(shè)備系統(tǒng)已上電。在HMI觸屏控制板上選擇手動(dòng)模式，此時(shí)系統(tǒng)為手動(dòng)模式，系統(tǒng)上電，高頻機(jī)熱源處于待機(jī)模式。在屏幕上可按下冷水機(jī)控制按鈕，此時(shí)冷水機(jī)打開。按下排煙機(jī)控制按鈕，此時(shí)排煙機(jī)打開［6］。按下轉(zhuǎn)臺(tái)按鈕，在感應(yīng)圈處在最上位置時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，待轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到一個(gè)工位時(shí)(旋轉(zhuǎn)一次為 120°)，轉(zhuǎn)臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)按下高頻機(jī)下降按鈕時(shí)，高頻機(jī)開始下降，待高頻機(jī)下降到最低位置時(shí)，此時(shí)下限位開關(guān)為閉合狀態(tài)，感應(yīng)圈停止下降。在冷水機(jī)和排煙機(jī)按鈕按下的條件下，按下高頻機(jī)控制鍵，此時(shí)熱源開始加熱。當(dāng)按下高頻機(jī)上升按鈕高頻機(jī)上升，當(dāng)上升到最高位置時(shí)，此時(shí)上限位開關(guān)為閉合狀態(tài)，高頻機(jī)禁止上升。

(2)自動(dòng)模式模塊PLC程序設(shè)計(jì)

在觸摸屏控制板上按下自動(dòng)模式，進(jìn)入自動(dòng)模式狀態(tài)，此時(shí)冷水機(jī)打開，排煙機(jī)打開，高頻機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。按下機(jī)器啟動(dòng)按鈕，當(dāng)高頻機(jī)處在最上位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到一個(gè)工位時(shí)(旋轉(zhuǎn)一次為120°)。轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到位時(shí)，感應(yīng)圈開始下落，感應(yīng)圈下落到最低位置，且檢測到冷水機(jī)和排煙機(jī)打開的條件下，高頻機(jī)開始啟動(dòng)，并對感應(yīng)圈下落命令進(jìn)行復(fù)位，時(shí)間繼電器開始計(jì)時(shí)，待計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)間設(shè)定值后，感應(yīng)圈開始向上回落，感應(yīng)圈上升到最高位置時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)又返回到自動(dòng)狀態(tài)模式。從而進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期。

(3)加熱時(shí)間和加熱溫度模塊PLC程序設(shè)計(jì)

圖3 流程圖

在制作觸屏控制板時(shí)設(shè)置D203工件設(shè)定時(shí)間的數(shù)據(jù)寄存器，D212為工件設(shè)定溫度的數(shù)據(jù)寄存器。在觸屏控制板上通過按扭設(shè)置參數(shù)，按下時(shí)間溫度設(shè)置按鈕，進(jìn)入時(shí)間溫度設(shè)置界面，設(shè)置工件的參數(shù)，需要設(shè)置時(shí)間數(shù)據(jù)寄存器D203的值，由于設(shè)定值以毫秒為單位，在程序中處理，將它乘以10，最終以秒為單位，將數(shù)據(jù)存在D208數(shù)據(jù)寄存器中，最后再除以10，將數(shù)據(jù)存在D200數(shù)據(jù)寄存器中，作為自動(dòng)加工是顯示時(shí)間。在設(shè)置溫度數(shù)據(jù)寄存器D212的值時(shí)，設(shè)置的是實(shí)際的溫度值，使它與溫度傳感器采集回來的值作比較［7］，必須轉(zhuǎn)化成和它為同級(jí)別的數(shù)據(jù)，所以要對設(shè)置的實(shí)際溫度值做處理。

(4)系統(tǒng)緊急停止和保護(hù)模塊PLC程序設(shè)計(jì)

當(dāng)冷水機(jī)按鈕按下時(shí)，如果超過1 s冷水機(jī)還沒有啟動(dòng)，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，且每個(gè)系統(tǒng)回到初始狀態(tài);

當(dāng)排煙機(jī)按鈕按下時(shí)，如果超過1 s排煙機(jī)還沒有啟動(dòng)，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，且每個(gè)系統(tǒng)回到初始狀態(tài);

當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)按鈕按下時(shí)，如果超過1 s轉(zhuǎn)臺(tái)還沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，且每個(gè)系統(tǒng)回到初始狀態(tài);

當(dāng)高頻機(jī)按鈕按下時(shí)，如果超過1 s高頻機(jī)還沒有啟動(dòng)，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，且每個(gè)系統(tǒng)回到初始狀態(tài)中去;

當(dāng)對感應(yīng)器發(fā)出升或降命令時(shí)，如果過了1 s感應(yīng)圈還沒有升降，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，且每個(gè)系統(tǒng)回到初始狀態(tài);

當(dāng)采集溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，此時(shí)每個(gè)系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。

(5)轉(zhuǎn)臺(tái)校準(zhǔn)模塊PLC程序設(shè)計(jì)

考慮到整個(gè)系統(tǒng)正在工作時(shí)，突然停電，而轉(zhuǎn)臺(tái)卻未到指定位置時(shí)，下次轉(zhuǎn)臺(tái)將無法正常轉(zhuǎn)動(dòng)。所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)校轉(zhuǎn)模塊。

當(dāng)在觸屏控制板上按下轉(zhuǎn)臺(tái)校準(zhǔn)按鈕時(shí)，輔助繼電器M50為1，當(dāng)感應(yīng)圈處在最上面的位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，待轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到指定位置時(shí)，輔助繼電器M51發(fā)出上升沿指令，此時(shí)對輔助繼電器M50進(jìn)行復(fù)位，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到指定位置。

4 結(jié)束語

經(jīng)過最后的驗(yàn)證，該加熱專用設(shè)備的控制系統(tǒng)具有高效率、高自動(dòng)化、方便觀察和操作等特點(diǎn)，以PLC作為數(shù)據(jù)采集和處理的核心設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化。優(yōu)化的軟件設(shè)計(jì)使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性得到了很大的提高，且具有故障率低和經(jīng)濟(jì)效益較好等特點(diǎn)。

［1］沈慶通，梁文林.現(xiàn)代感應(yīng)熱處理技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［2］常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［3］黃凱東.電梯PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分析［J］.科技致富向?qū)В?010，15(26):33-60.

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［5］史悅.觸摸屏技術(shù)及應(yīng)用［M］.成都:電子科技大學(xué)出版社，2002.

［6］陸震維.有機(jī)廢氣的凈化技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［7］希文.傳感器與信號(hào)調(diào)理技術(shù)［M］.西安:西安科技大學(xué)出版社，2008.