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1、引言 電加熱控制是工業中十分常見的控制項目。加熱控制中以溫度控制為多見，此外，一些設備需要調節加熱器的功率來滿足工藝要求。加熱器的輸出功率與通過其兩端的電流和加熱器本身的電阻有關。在許多應用場合，加熱器的功率調節采用調節電源電壓來實現，常見的有變壓器方法控制簡單，但增加了成本投入，不方便自動控制，而且在大量加熱器功率需要單獨調節的場合就無法完成。另外采用在運行中通過改變加熱器的電阻這種方式來調節功率在硬件上難以實現。 2、熱彎爐加熱的控制要求 在汽車玻璃深加工設備中，玻璃熱彎爐加熱控制就是加熱器功率調節控制的典型案例。熱彎爐為使平板玻璃加熱彎曲成有球面的汽車前擋玻璃時，根據不同的需要對玻璃四周的加熱功率通常要調得大一些，達到加熱器額定功率的60%-100%，以使玻璃四周彎曲弧度增大；而對玻璃中間的加熱功率通常要調得小一些，達到加熱器額定功率的0%-65%，使玻璃的中央彎曲弧度過渡變得平滑。 在不使用變壓等其它裝置的情況下，筆者通過試驗，總結出利用plc晶體管輸出通過固態繼電器控制加熱器的導通時間，來自由地調節加熱器的輸出功率的新的有效嘗試。事實證明，這種方式不但節省了成本，而且控制簡便。下面從理論上分析如何實現用plc對加熱功率進行自由調節控制。 3、控制原理 為說明其控制原理，我們先從交流電說起。一個周期內平均值為零的周期電流(或電壓)叫做交變電流(或電壓)，隨時間按正弦函數規律變化的正弦交流電。我國和世界上大多數國家，電力工業的標準頻率，即所謂“工頻”為50hz。根據正弦的電頻率公式f=1/t，可知，它的周期為0.02s，它的角頻率為ω=2πf=100π，即工頻每秒100次到達正弦量零值(正弦量一個周期內瞬時值兩次為零，規定瞬時值由負向正變化之間的一個值叫做它的堆值)。也就是說，在1秒的時間內，相位每增加1πrad(弧度)，正弦量經歷了半個周期，占整個1秒時間相位角的1%。這就可把1秒鐘時間內經歷的周期分為100等份，每半個周期為1份。這樣，如果能有一種控制器，以1秒鐘作為一個循環周期，在1秒鐘的時間內使加熱器只導通0.01秒，那么，它輸出的功率就占整個加熱器額定功率的1%；如果在1秒鐘的時間內使加熱器只導通0.02秒，那么，它輸出的功率就占整個加熱器額定功率的2%，依此類推。由此可見，通過對加熱器的導通時間控制，就可達到對加熱器功率調節的目的。這種控制器可由plc晶體管高速輸出實現。plc晶體管輸出單元通過輸出周期為1秒的脈沖，改變脈沖狀態為1的時間，從而控制固態繼電器的導通時間，來實現plc對加熱器功率自由調節。 圖1 組態“在線操作”界面 4、控制程序 熱彎爐的加熱分為若干段，某一段的加熱絲分布如圖1組態“在線操作”界面所示。圖中每一矩形條代表一條發熱絲，b1(bend1)段發熱絲的數量達120余條。矩形條中間的數字為功率設定百分比，矩形條的顏色與設定的功率百分比相對應，越趨向100%時顏色越接近紅色，以使操作員能很直觀地查看各功率設定的總體分布。 為使組態界面的加熱功率設定能得以實現，必須為plc編寫相應的控制程序。這里，我們以三菱q系列plc作為主控制器為例，來說明plc的控制過程。 三菱q系列plc是以大規模系統為對象，有很強的cpu模塊處理性能和較大的程序寄存器容量。cpu與網絡模塊、編程用外圍設備之間數據通信的性能優越，支持本地i/o最大可達4096點，最快指令僅需34納秒。是適合大量加熱器單獨進行功率調節控制的理想plc之一。由于plc與加熱器之間的電路十分簡單，這里不再祥述。需要說明的是，plc輸出模塊應選用晶體管輸出類型的模塊，以實現脈沖輸出；使用固態繼電器(這里不能用接觸器代替固態繼電器)接在輸出模塊的端口，控制加熱器的導通。單條發熱器的plc控制程序如圖2所示，其它的程序與此類似。 圖2 plc控制程序圖 程序中，sm409為0.01秒時鐘，d4995對sm409的脈沖進行加1計數處理，當d4995遞加到數字為100時，正好為1秒時間，當d4995大于100時即清0；d6000為加熱器1的功率設定值，如果設定值大于當前d4995內的數值，且功率設定值大于0，y360(加熱器1)即輸出為1，否則輸出為0。例如當d6000設定值為30(即設為加熱器額定功率的30%)，d4995以0.01秒為單位進行遞增計數時，當d4995計數值在0－30之間，由于d6000內的數字30大于或等于d4995的當前值，y360輸出狀態為1；當d4995計數值在31－100之間，由于d6000內的數值30小于d4995內的數值，y360輸出狀態為0。d6000的取值范圍為0－100間的整數，通過調節d6000的數值，即可對加熱器1的輸出功率進行自由地調節。 5、結束語 用plc實現加熱器功率調節的控制，具有電路簡便、方便控制等優點，特別適用于大量加熱器需要分別進行功率調節的場合，容易實現自動化控制。為工業設備中的加熱器功率調節控制提供借鑒作用。 |
