中頻感應加熱電源的系統軟件設計

摘 要：中頻感應加熱電源裝置根據實際運用與現場工藝要求，主要通過PLC與觸摸屏通信來實現感應加熱電源的人機智能控制。因此系統軟件主要包括兩方面的設計，即PLC程序設計與觸摸屏程序設計。

關鍵詞：感應加熱 PLC 觸摸屏 系統軟件 程序設計

一、感應加熱電源的控制系統

1.PLC軟件主要功能

在以PLC為核心的感應加熱電源的控制系統中，PLC軟件主要實現下面的功能：

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

（2）采集并處理各個模擬量輸入信號，經程序運算后輸出顯示并反饋跟蹤；

（3）根據操作人員所設置的加熱參數，自動輸出模擬量電流調節信號（0～10V）；

（4）采集并處理各個報警信號，自動識別后在觸摸屏上顯示；

（5）工件自動加熱程序控制。

2.觸摸屏程序

觸摸屏程序與PLC程序一樣，均采用模塊化設計，主要實現以下功能：

（1）實現操作人員與感應加熱電源裝置的人機對話，將操作人員的控制指令以通信的方式傳達到PLC；

（2）加熱參數預設與數字顯示；

（3）報警提示預設與顯示。

二、軟件流程設計

系統軟件流程框圖，如圖1所示。

由圖1可知，系統軟件主要有兩種操作方式可供選擇，即手動加熱與自動加熱方式。

手動加熱過程為系統啟動后，操作人員觸摸選擇“手動加熱”方式。系統進入手動加熱模式后，需由操作人員根據實際工件大小人工調節加熱電流、加熱時間等加熱參數。加熱參數調節完成后，操作啟動按鈕，感應加熱電源輸出電壓一定，電流可調的中頻感應加熱電源至加熱線圖，機車軸承內套中頻感應加熱工作開始，加熱工作的停止也是由操作人員根據實際加熱情況進行手動控制的。

自動加熱過程為系統啟動后，操作人員觸摸選擇“自動加熱”方式。系統進行自動加熱模式，操作人員只需對系統存儲的加熱參數進行確認，若無須修改加熱參數，則直接操作啟動按鈕，感應加熱將會按照預設的加熱電流、加熱時間等參數進行自動加熱。根據控制方式不同，當加熱時間到或加熱溫度達到后，系統將會自動停機，加熱工作完成。

三、模擬量信號輸入/輸出程序設計

感應加熱電源的信號采集程序設計分為三個部分：模擬量信號采集、輸入數字濾波、數據處理。

1.模擬量信號采集程序設計

中頻感應加熱源裝置軟件系統中，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換為PLC程序能夠識別的16位或32位二進制數，主要是通過D/A功能擴展模塊實現的模數轉換。具體設計過程如下：

（1）首先為所要采集的模擬量信號分配一個臨時存儲地址D（如D100）。注意，所分配的數據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行。

（2）根據所選用的PLC與模擬量功能擴展模塊型號，查找相應對的模擬量輸入通道的數據寄存器地址。

（3）將當前采集通道所對應的數據寄存器中的16進制數據轉存至臨時數據寄存器D100。如圖2所示的梯形圖程序。

2.模擬量輸入數字濾波程序設計

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據誤差以及產生的程序誤動作。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濾波電感來進行有效輸入濾波。而在PLC程序設計中，可以通過數據平均的方式實現輸入信號的數字濾波，濾波方法如圖3所示。

其中，D1056為模擬輸入信號所對應的數據寄存器地址，D100～D109為輸入信號數字濾波時所用的臨時數據寄存器，D112為數字濾波完成后的輸入信號數據“字”存儲地址。

3.模擬量輸入信號數據處理程序設計

PLC的D/A模塊對輸入的模擬量信號的識別是將其對應的模擬量信號轉換為相應的數據字，如將電壓傳感器輸出的DC 0～10V模擬量電壓輸入D/A擴展模塊的電壓輸入端口，則模擬量電壓與PLC內部程序的對應關系為：0～10V電壓對應為PLC自動識別的0～K2000字；0～5V電壓對應為PLC自動識別的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擴展模塊的電流輸入端口，則模擬量電流信號與PLC內部程序的對應關系為：0～20mA對應為PLC自動識別的0～1000字。

由此可知，模擬量信號輸入PLC后，必須對其進行相應的轉換才能變為可以直接顯示或處理的10進制數。具體的梯形圖程序設計中，可采用加、減、乘、除的方法將自動識別的“字”按相應的變比關系轉換為具體的10進制數據。如圖4所示的梯形圖設計，將PLC自動識別的程序字MUL（乘）7后，再DIV（除）10，并將最終采集信號存入數據寄存器D118中，完成模擬量信號的采集過程。

4.數模輸出程序設計

在進行數模輸出的程序設計時，要特別注意所選擇的A/D功能擴展模塊的輸出“字”與輸出模擬量的對應關系，此次設計所選用的A/D擴展模塊的輸出字對應關系為0～K4000字對應DC 0～10V或0～20mA輸出。所以在進行輸出電流調節的模擬量信號輸出控制的程序設計中，A/D模塊所輸出的模擬量信號必須由經過轉換的數據字的形式在程序中傳送輸出。

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（作者單位：廣東省交通運輸技師學院）