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(hào)，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(hào)（0～10V）；

（4）采集并處理各個(gè)報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)識(shí)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(duì)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(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)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(huì)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(huì)自動(dòng)停機(jī)，加熱工作完成。

三、模擬量信號(hào)輸入/輸出程序設(shè)計(jì)

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

1.模擬量信號(hào)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(hào)采集主要是指整流電壓信號(hào)采集、輸出電流信號(hào)采集，將模擬量的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC程序能夠識(shí)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(hào)分配一個(gè)臨時(shí)存儲(chǔ)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(huì)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(hào)，查找相應(yīng)對(duì)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(duì)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(hào)的濾波過程主要是為了將輸入信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器地址，D100～D109為輸入信號(hào)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(hào)數(shù)據(jù)“字”存儲(chǔ)地址。

3.模擬量輸入信號(hào)數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)

PLC的D/A模塊對(duì)輸入的模擬量信號(hào)的識(shí)別是將其對(duì)應(yīng)的模擬量信號(hào)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(duì)應(yīng)關(guān)系為：0～10V電壓對(duì)應(yīng)為PLC自動(dòng)識(shí)別的0～K2000字；0～5V電壓對(duì)應(yīng)為PLC自動(dòng)識(shí)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(hào)與PLC內(nèi)部程序的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：0～20mA對(duì)應(yīng)為PLC自動(dòng)識(shí)別的0～1000字。

由此可知，模擬量信號(hào)輸入PLC后，必須對(duì)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(shí)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(shí)別的程序字MUL（乘）7后，再DIV（除）10，并將最終采集信號(hào)存入數(shù)據(jù)寄存器D118中，完成模擬量信號(hào)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(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系為0～K4000字對(duì)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(hào)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(hào)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。

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（作者單位：廣東省交通運(yùn)輸技師學(xué)院）