PLC在电磁感应加热多温区循环控制中的应用

左怀山

(广东省高级技工学校，广东 惠州 516100)

PLC在电磁感应加热多温区循环控制中的应用

左怀山

(广东省高级技工学校，广东 惠州 516100)

主要阐述以三菱公司的FX1N-24MR-001为控制核心，配合温控器的多温区循环控制在热塑性挤出线电磁感应加热系统中的应用情况。

电磁感应加热；多温区循环控制；PLC；温控表

0 引言

笔者曾给工厂设计了一套多温区循环加热系统，系统涉及一种用于多温区料筒的电磁感应加热装置，具体地说是用于小型料筒的电磁加热装置，其包括感应加热电源、料筒及位于料筒上的隔热层。所述料筒对应于设置隔热层的周面，设有若干电磁感应加热线圈，所述电磁感应加热线圈的两端通过连接件与控制器输出端相连；隔热层上对应于设置电磁感应加热线圈的表面均设有温度传感器，所述温度传感器的输出端通过温度控制仪与控制器的输入端相连；感应加热电源与控制器的电源端相连。本文介绍电磁感应加热多温区循环控制系统的功能和设计。

1 问题提出

传统电磁感应加热系统温度控制具有以下缺点：(1) 控制电路器件比较多，电路复杂，所以大多体积庞大；(2) 灵活性不够，硬件一旦设计好了，其控制策略就无法改变了；(3) 精度低，温度分布不均匀，电能损耗较大。

2 解决方案

可通过多温区的循环加热控制，通过不同的输入请求，去执行相应的循环加热输出，以提高温度控制精度和加工质量，增强生产控制的柔性，达到准确、平稳、快速的目标，具有安全可靠、性能稳定、操作简便、控温精度高等诸多优点。

经过分析，多温区循环控制方式按输入条件的要求执行相应的输出，而这种工作方式特别适合PLC(可编程控制器)控制。采用PLC的步进控制技术，大部分控制功能可由软件来完成，整个系统只需少量的外围电路就可满足控制要求。

3 系统功能

3.1 电磁感应加热工作原理

电磁加热器是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的装置。电磁控制器将工频交流电整流为直流电，再将直流电转换成频率为20～40 kHz的高频高压电，高速变化的高频高压电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场，当磁场内的磁力线通过导磁性金属材料时，会在金属体内产生无数的小涡流，使金属材料本身自行高速发热，从而达到加热金属材料料筒内的东西的目的。

3.2 电磁感应加热多温区循环控制的功能要求

如表1所示，4个温区输入X0、X1、X2、X3，4路感应线圈输出Y0、Y1、Y2、Y3，感应机启停控制Y5。当有温区检知时，循环加热以提高系统的控制精度。每个温区加热10 s(要求时间可以更改)，当有温区要切换时，在断开线圈前1 s停止感应机工作、在接通线圈后1 s启动感应机工作(延时时间可通过程序更改)，以确保感应机工作安全。

表1 多温区循环加热系统I/O对应的状态要求

4 硬件系统

本系统硬件组成如图1所示，包括PLC、温控表、开关量输入通道、负载驱动电路和电源。

图1 多温区循环加热系统硬件系统图

4.1 PLC

三菱公司的FX系列PLC普及率高，通用性好，参考资料也相当丰富。本系统采用的是三菱公司的FX1N-24MR-001型PLC，输入点数为14点，10点继电器输出，内置8 kb EEPROM，无需电池，维护方便。

4.2 温控表

温控表用来测量各测温点的温度，系统采用4个型号为REX-C100的温控表。面板尺寸48 mm×48 mm，PID控制继电器输出，配用K型屏蔽线M6螺钉螺钉式热电偶WRNT-01/02，量程0～400 ℃，是带上限绝对值报警的智能多功能仪表。

4.3 模拟量输入通道

模拟量输入通道是由温控表通过热电偶来检测指定区域的温度，温控表经A/D转换之后比较当前值和设定值，当前值等于设定值的时候，温控表继电器触点输出加热请求信号。

4.4 开关量输入通道

系统中输入开关量即为温控表的输出信号，温控表的继电器输出接入PLC的X0～X3这4个输入端，当PLC的输入端有输入信号时，PLC根据程序要求进行运算后使输出端作相应动作。

4.5 输出接口电路

由于采用继电器输出型PLC，各输出点允许直接驱动2 A的负载，由PLC输出点Y0～Y5驱动KM1～KM5接触器(或固态继电器)，再来驱动相应的负载。

5 软件系统

5.1 信号输入检测

PLC输入信号通过4路温控器分别输入X0～X3这4个输入端，通过检测X0～X3的状态知道当前输入请求数量，当X0～X3这4个输入点均有输入请求时，辅助继电器M0接通，当只有3个输入请求时M1接通，有2个输入请求时M2接通，只有一个输入请求时M3接通，无输入请求时M4接通。

5.2 启停信号和步进控制程序

如图2所示，X4为系统的启动信号，X6为系统的复位信号，当按下启动按钮SB2时，X4接通，状态转移到初始状态S20并将M5置位，使M5的常闭触点断开，避免因人为再次按下SB4而导致系统中2个状态同时工作故障，并将原点指示点Y4点亮，如果这个时间系统中有一个以上的输入请求则M4的常闭接点是接通的，状态转移到S21，将Y0点接通并延时，然后状态转移到S22，如果系统有4个输入请求则M0接通，M2、M3、M4均断开，状态依次转移到S23驱动Y1并延时→状态S24延时→状态S25驱动Y2并延时→状态S26延时→状态S27驱动Y3并延时→状态S28延时→状态S21，并进行循环。如果在运行中无输入请求则M4接通，当前状态经过延时后将转移到初始状态S20进行等待；如果只有一个输入请示则M3接通，程序将在S21和S22之间循环；有2个输入请求时M2接通，程序在S21和S24之间循环；当有3个输入请求时M1接通，程序在S21和S26之间循环。当按下复位按钮SB1时，X6接通，延时T9使Y5断开1 s后再将系统复位。

图2 多温区跳转控制状态转移图(SFC)

6 结语

本系统用PLC技术实现了预定功能，没有复杂的外围电路，结构简单可靠，成本也很低。经过一段时间的运行，没有出现多温区循环控制系统故障停机现象，大大提高了热塑性挤出线电磁感应加热机的工作性能，温度指标良好，电能损耗降低，相对提高了社会经济效益。这证实本系统是有效而实用的。

[1]张桂香.电气控制与PLC应用[M].化学工业出版社，2004

[2]廖常初.FX系列PLC编程及应用[M].机械工业出版社，2005

2014-06-05

左怀山(1985—)，男，江西吉安人，二级实习指导教师，研究方向：机电一体化。