中頻感應(yīng)加熱電源的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

摘 要：中頻感應(yīng)加熱電源裝置根據(jù)實(shí)際運(yùn)用與現(xiàn)場工藝要求，主要通過PLC與觸摸屏通信來實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱電源的人機(jī)智能控制。因此系統(tǒng)軟件主要包括兩方面的設(shè)計(jì)，即PLC程序設(shè)計(jì)與觸摸屏程序設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：感應(yīng)加熱 PLC 觸摸屏 系統(tǒng)軟件 程序設(shè)計(jì)

一、感應(yīng)加熱電源的控制系統(tǒng)

1.PLC軟件主要功能

在以PLC為核心的感應(yīng)加熱電源的控制系統(tǒng)中，PLC軟件主要實(shí)現(xiàn)下面的功能：

（1）接收操作人員通過觸摸屏與輸入接口發(fā)出的控制指令，進(jìn)行運(yùn)算處理后輸出相應(yīng)控制指令，即輸入/輸出程序處理；

（2）采集并處理各個(gè)模擬量輸入信號，經(jīng)程序運(yùn)算后輸出顯示并反饋跟蹤；

（3）根據(jù)操作人員所設(shè)置的加熱參數(shù)，自動(dòng)輸出模擬量電流調(diào)節(jié)信號（0～10V）；

（4）采集并處理各個(gè)報(bào)警信號，自動(dòng)識別后在觸摸屏上顯示；

（5）工件自動(dòng)加熱程序控制。

2.觸摸屏程序

觸摸屏程序與PLC程序一樣，均采用模塊化設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）實(shí)現(xiàn)操作人員與感應(yīng)加熱電源裝置的人機(jī)對話，將操作人員的控制指令以通信的方式傳達(dá)到PLC；

（2）加熱參數(shù)預(yù)設(shè)與數(shù)字顯示；

（3）報(bào)警提示預(yù)設(shè)與顯示。

二、軟件流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程框圖，如圖1所示。

由圖1可知，系統(tǒng)軟件主要有兩種操作方式可供選擇，即手動(dòng)加熱與自動(dòng)加熱方式。

手動(dòng)加熱過程為系統(tǒng)啟動(dòng)后，操作人員觸摸選擇“手動(dòng)加熱”方式。系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)加熱模式后，需由操作人員根據(jù)實(shí)際工件大小人工調(diào)節(jié)加熱電流、加熱時(shí)間等加熱參數(shù)。加熱參數(shù)調(diào)節(jié)完成后，操作啟動(dòng)按鈕，感應(yīng)加熱電源輸出電壓一定，電流可調(diào)的中頻感應(yīng)加熱電源至加熱線圖，機(jī)車軸承內(nèi)套中頻感應(yīng)加熱工作開始，加熱工作的停止也是由操作人員根據(jù)實(shí)際加熱情況進(jìn)行手動(dòng)控制的。

自動(dòng)加熱過程為系統(tǒng)啟動(dòng)后，操作人員觸摸選擇“自動(dòng)加熱”方式。系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)加熱模式，操作人員只需對系統(tǒng)存儲的加熱參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，若無須修改加熱參數(shù)，則直接操作啟動(dòng)按鈕，感應(yīng)加熱將會按照預(yù)設(shè)的加熱電流、加熱時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)加熱。根據(jù)控制方式不同，當(dāng)加熱時(shí)間到或加熱溫度達(dá)到后，系統(tǒng)將會自動(dòng)停機(jī)，加熱工作完成。

三、模擬量信號輸入/輸出程序設(shè)計(jì)

感應(yīng)加熱電源的信號采集程序設(shè)計(jì)分為三個(gè)部分：模擬量信號采集、輸入數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理。

1.模擬量信號采集程序設(shè)計(jì)

中頻感應(yīng)加熱源裝置軟件系統(tǒng)中，模擬量信號采集主要是指整流電壓信號采集、輸出電流信號采集，將模擬量的電壓電流信號轉(zhuǎn)換為PLC程序能夠識別的16位或32位二進(jìn)制數(shù)，主要是通過D/A功能擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。具體設(shè)計(jì)過程如下：

（1）首先為所要采集的模擬量信號分配一個(gè)臨時(shí)存儲地址D（如D100）。注意，所分配的數(shù)據(jù)寄存器不能為特殊功能寄存器，否則將會影響程序的正常運(yùn)行。

（2）根據(jù)所選用的PLC與模擬量功能擴(kuò)展模塊型號，查找相應(yīng)對的模擬量輸入通道的數(shù)據(jù)寄存器地址。

（3）將當(dāng)前采集通道所對應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中的16進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至臨時(shí)數(shù)據(jù)寄存器D100。如圖2所示的梯形圖程序。

2.模擬量輸入數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì)

模擬量采集信號的濾波過程主要是為了將輸入信號中的尖波毛刺等干擾成份濾除掉，防止因輸入干擾造成的數(shù)據(jù)誤差以及產(chǎn)生的程序誤動(dòng)作。一般電子硬件電路的模擬量采集信號的輸入濾波主要是通過在輸入端加與之相匹配的濾波電容或?yàn)V波電感來進(jìn)行有效輸入濾波。而在PLC程序設(shè)計(jì)中，可以通過數(shù)據(jù)平均的方式實(shí)現(xiàn)輸入信號的數(shù)字濾波，濾波方法如圖3所示。

其中，D1056為模擬輸入信號所對應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器地址，D100～D109為輸入信號數(shù)字濾波時(shí)所用的臨時(shí)數(shù)據(jù)寄存器，D112為數(shù)字濾波完成后的輸入信號數(shù)據(jù)“字”存儲地址。

3.模擬量輸入信號數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)

PLC的D/A模塊對輸入的模擬量信號的識別是將其對應(yīng)的模擬量信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)字，如將電壓傳感器輸出的DC 0～10V模擬量電壓輸入D/A擴(kuò)展模塊的電壓輸入端口，則模擬量電壓與PLC內(nèi)部程序的對應(yīng)關(guān)系為：0～10V電壓對應(yīng)為PLC自動(dòng)識別的0～K2000字；0～5V電壓對應(yīng)為PLC自動(dòng)識別的0～K1000字。而將電流傳感器輸出的0～20mA或4～20mA模擬量電流輸入D/A擴(kuò)展模塊的電流輸入端口，則模擬量電流信號與PLC內(nèi)部程序的對應(yīng)關(guān)系為：0～20mA對應(yīng)為PLC自動(dòng)識別的0～1000字。

由此可知，模擬量信號輸入PLC后，必須對其進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換才能變?yōu)榭梢灾苯语@示或處理的10進(jìn)制數(shù)。具體的梯形圖程序設(shè)計(jì)中，可采用加、減、乘、除的方法將自動(dòng)識別的“字”按相應(yīng)的變比關(guān)系轉(zhuǎn)換為具體的10進(jìn)制數(shù)據(jù)。如圖4所示的梯形圖設(shè)計(jì)，將PLC自動(dòng)識別的程序字MUL（乘）7后，再DIV（除）10，并將最終采集信號存入數(shù)據(jù)寄存器D118中，完成模擬量信號的采集過程。

4.數(shù)模輸出程序設(shè)計(jì)

在進(jìn)行數(shù)模輸出的程序設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意所選擇的A/D功能擴(kuò)展模塊的輸出“字”與輸出模擬量的對應(yīng)關(guān)系，此次設(shè)計(jì)所選用的A/D擴(kuò)展模塊的輸出字對應(yīng)關(guān)系為0～K4000字對應(yīng)DC 0～10V或0～20mA輸出。所以在進(jìn)行輸出電流調(diào)節(jié)的模擬量信號輸出控制的程序設(shè)計(jì)中，A/D模塊所輸出的模擬量信號必須由經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)字的形式在程序中傳送輸出。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志遠(yuǎn)，陳輝明.感應(yīng)加熱電源的最新發(fā)展[J].機(jī)械工人（熱加工），1999（3）.

[2]俞勇祥，陳明輝.感應(yīng)加熱電源的發(fā)展[J].金屬熱處理，2000（8）.

[3]韓曉敏.全數(shù)字化感應(yīng)加熱電源的設(shè)計(jì)[D].山東大學(xué)碩士論文，2007.

[4]王志良.電力電子新器件及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1995.

（作者單位：廣東省交通運(yùn)輸技師學(xué)院）