1、機(jī)械系統(tǒng)用電點(diǎn)和控制系統(tǒng)總體布局

　　對(duì)于真空釬焊工藝來說，釬焊爐最重要的兩個(gè)性能是真空度和加熱性能，機(jī)械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)都是圍繞著這兩個(gè)性能來進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)釬焊爐的功能，這兩大系統(tǒng)是密不可分的。設(shè)備用電點(diǎn)即是設(shè)備的機(jī)械系統(tǒng)中和電氣控制相關(guān)的點(diǎn)，也就是機(jī)械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)的結(jié)合點(diǎn)，表1 匯總了該設(shè)備的關(guān)鍵用電點(diǎn)：

　　基于這臺(tái)設(shè)備的機(jī)械系統(tǒng)，構(gòu)建以PLC為核心的電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)的整體布局可由圖2來說明。

圖2 控制系統(tǒng)的整體布局

　　電氣控制系統(tǒng)可以分為兩部分，溫度控制部分和邏輯控制部分，溫度控制主要由控溫表來完成(見表1和圖2) ，邏輯控制部分由PLC 來完成，上位機(jī)上的組態(tài)軟件作為主監(jiān)控界面。電氣系統(tǒng)的開發(fā)過程分為硬件系統(tǒng)的開發(fā)和軟件系統(tǒng)的開發(fā)，硬件設(shè)計(jì)主要包括加熱回路、真空泵回路、運(yùn)行車回路和儀表的選型等。

表1 機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)關(guān)鍵的結(jié)合點(diǎn)

　　加熱室內(nèi)有許多加熱小區(qū)，在控制系統(tǒng)的加熱回路中，為每個(gè)加熱小區(qū)供電的是一套可控硅調(diào)壓電源，可控硅調(diào)壓電源包括功率控制器和變壓器兩部分，功率控制器采用移相觸發(fā)的方式來實(shí)現(xiàn)電壓的無級(jí)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制功率的目的。輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍比較寬，一般為額定輸入電壓的0 ～ 98%。具有軟啟動(dòng)、軟關(guān)斷、恒流、限流、過流保護(hù)、過熱保護(hù)等功能。每個(gè)加熱小區(qū)有各自獨(dú)立的一套可控硅調(diào)壓電源。可控硅調(diào)壓電源的變壓器原邊接入電網(wǎng)，副邊由爐體電極連接各個(gè)加熱小區(qū)的電阻。調(diào)壓電源的輸出功率的調(diào)節(jié)方式分為手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)，手動(dòng)/自動(dòng)可通過控制柜上的轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換。在自動(dòng)調(diào)節(jié)的狀態(tài)下，加熱控制為閉環(huán)控制回路，控溫?zé)犭娕疾杉癄t內(nèi)加熱小區(qū)的溫度，溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量信號(hào)通過熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線傳入控溫表的熱偶接入端，通過控溫表中的工藝曲線處理和比例、積分、微分(proportion、integral、differential) 自整定，將4 ～ 20 mA 控制信號(hào)傳入可控硅調(diào)壓電源的自動(dòng)控制信號(hào)的輸入端，以此來調(diào)節(jié)功率輸出。在控制柜面板上設(shè)置有各加熱區(qū)的加熱電流、電壓顯示表以及對(duì)應(yīng)的手動(dòng)操作加熱功率調(diào)節(jié)旋鈕，方便在手動(dòng)操作時(shí)調(diào)整各個(gè)加熱區(qū)的加熱功率。工件熱電偶所采集信號(hào)通過溫度采集模塊將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量接入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　真空泵回路主要為真空系統(tǒng)的5 套真空機(jī)組的所有泵的電機(jī)供電，并將供電回路的空開的一個(gè)常開觸點(diǎn)接入PLC 的輸入模塊中作為泵的空開自檢點(diǎn)。真空泵及真空閥門的動(dòng)作也分為手動(dòng)和自動(dòng)控制，也可通過控制柜上的轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換�？刂乒裆系母鱾�(gè)泵和閥門的開關(guān)按鈕接入PLC 的輸入模塊中，通過PLC 的程序處理來輸出對(duì)各個(gè)泵和閥門的運(yùn)行信號(hào)和開關(guān)信號(hào)。為真空系統(tǒng)配置兩臺(tái)雙路數(shù)顯真空計(jì)，測(cè)量管路系統(tǒng)(低真空) 和爐內(nèi)真空(從大氣到極限真空度的全量程測(cè)量) ，并通過可編程序控制器控制羅茨泵與大閥開啟與爐內(nèi)真空度聯(lián)鎖。在每套機(jī)組的前級(jí)管道上，分別安裝低真空規(guī)管接口，用于測(cè)量真空管道的真空度，在爐體頂部和每套大閥與爐體之間的連接管道上，分別安裝兩套獨(dú)立的玻璃真空規(guī)管，用于監(jiān)測(cè)爐內(nèi)真空度。

　　運(yùn)行車回路主要為運(yùn)行電機(jī)供電，通過氣缸電磁閥、磁性開關(guān)、行程開關(guān)和繼電器等搭建的控制回路進(jìn)行控制。

2、PLC總輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定以及選型

　　首先根據(jù)系統(tǒng)的總體布局和硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來確定PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)、輸入輸出信號(hào)類型：PLC 輸入點(diǎn)主要為開關(guān)量信號(hào)，包括各套泵和閥門的開關(guān)信號(hào)、閥門開關(guān)到位信號(hào)、爐外車及爐門車進(jìn)退到位信號(hào)、加熱通斷信號(hào)、手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)、自動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)、冷卻水壓信號(hào)、加熱超溫信號(hào)、加熱過流信號(hào)、由真空計(jì)設(shè)定的各泵和閥門的啟動(dòng)保護(hù)信號(hào)以及擴(kuò)散泵油超溫信號(hào)等，輸入點(diǎn)共計(jì)165 點(diǎn)：PLC 輸出點(diǎn)主要為繼電器輸出，包括各泵及閥門接觸器線圈、大區(qū)加熱通斷接觸器線圈、電鈴發(fā)訊、蜂鳴器報(bào)警等，共計(jì)47 點(diǎn)。

　　在滿足使用的前提下考慮經(jīng)濟(jì)性選擇日本歐姆龍的PLC，歐姆龍的CQM1H 型PLC 功能完善而且緊湊。它具有Windows 環(huán)境下的高效的軟件開發(fā)能力，Windows 版的CX-Programmer 支持軟件可以減少軟件開發(fā)時(shí)間，并提供強(qiáng)大的監(jiān)控和調(diào)試功能。各個(gè)單元模塊要根據(jù)PLC 實(shí)際的輸入、輸出點(diǎn)來選擇。首先根據(jù)輸入的點(diǎn)數(shù)選擇6 個(gè)32 點(diǎn)的輸入單元，型號(hào)為CQM1H-ID213，電流消耗為(5V 直流) 最大170 mA; 然后根據(jù)輸出點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)的類型選擇3個(gè)16 點(diǎn)繼電器輸出單元，型號(hào)為CQM1-OC222，內(nèi)部電流消耗為( 5 V 直流) 最大850 mA;接著根據(jù)總的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)以及輸入、輸出模塊的數(shù)量選擇CPU 單元，型號(hào)為CQM1H-CPU51，其輸入、輸出容量為512點(diǎn)，程序容量為7.2 K 字，最多可擴(kuò)展11 個(gè)輸入、輸出單元;最后根據(jù)總的電流消耗選擇電源模塊，型號(hào)為CQM1-PA206，其電源規(guī)格為100 ～ 240 VAC， 50 /60 Hz，輸出容量5VDC：6 A， 24VDC：0.5 A。

3、PLC 編程

　　在用CX-Programmer 編程軟件編程之前，首先要分析真空釬焊爐PLC所實(shí)現(xiàn)的總體控制功能，繪制流程圖(圖3為設(shè)備控制流程圖) 。

圖3 控制流程圖

　　繪制總體流程圖后，根據(jù)被控對(duì)象輸入(如熱電偶) 和輸出信號(hào)(如控制固態(tài)繼電器的脈沖) 以及所選定的PLC 型號(hào)分配硬件資源，為梯形圖的各種繼電或接點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，最后實(shí)現(xiàn)各部分控制功能用梯形圖進(jìn)行編程。梯形圖的編程能夠?qū)崿F(xiàn)除工件出入爐的操作外，其余動(dòng)作可通過自動(dòng)程序完成，也可通過手動(dòng)操作完成，并可實(shí)現(xiàn)必要的保護(hù)和報(bào)警功能。