定子套感应加热设备自动化系统设计

2015-06-26赵向杰

电气自动化 2015年6期

赵向杰

(西安航空职业技术学院实习实训中心，陕西西安 710089)

0 引言

生产电机时，需要将定子套与定子配合，为使它们容易装配并达到过盈配合，需要将定子套受热膨胀，则需对定子套进行加热。传统的加热方法是利用火炉或电炉对其进行加热，火炉加热时温度不好控制，对空气污染大，加热速度慢，且生产效率低等。

为了克服以上缺点，本文根据加热设备的实际需求，利用高频感应加热机［1］，依据现代控制技术、信息技术、机械结构设计等技术，对加热控制系统进行了设计。该控制系统采用了可编程逻辑控制器(PLC)实现对高频加热机、外围设备以及各附件单元控制，提高了系统的可靠性，实现了生产过程的自动化［2］、规模化，满足了高效生产的要求。

1 控制系统内容描述

感应加热设备控制系统包括转台控制系统、冷却控制系统、排烟控制系统和气动控制系统。其定子套自动加热系统总图如图1所示。转台系统部分主要包含电机、减速器、间歇分度机构。其中电机提供动力，通过减速器传递后，降低运转速度，使整个转台系统运转更平稳，满足系统要求，将力传递给间歇分度机构，带动转台平稳的工作。采用工装夹具对工件定子套进行定位，并利用其自身的重力来固定工件。由于感应圈在加热工件时，自身会因工件热传递而产生热量，连续加工过程中会使感应圈的温度升至很高，最终达到它的熔点温度，所以必须对其进行冷却。加热工件时，工件自身有油污，当温度升高时，会产生油烟，所以要排烟系统对其进行排烟处理。本设计还需要气动控制部分，在加热的过程中要对感应圈进行升降控制，使其能够自由的上升下降。最后使用PLC对其各个子系统进行顺序控制［3］。其控制系统结构图如图2所示，控制流程图如图3所示。

图2 控制系统结构图

2 控制系统要求

(1)采用高频感应加热设备对定子套进行加热，加上辅助设备，设计控制系统［4］，使完成加热一个定子套保持在三分钟，并且完成自动控制。

(2)控制过程中需要有手动控制模式和自动控制模式两种操作模式。

(3)需要有HMI显示操作屏幕，以便于观察数据和操作［5］。

(4)此系统可以任意设置加热时间和加热温度。

(5)系统需要有紧急停止和保护功能。

(6)系统必须保证在停电以后转台具有自动校准功能。

3 控制系统模块设计

(1)手动模式模块PLC程序设计

当系统在钥匙状态为“开”时，设备亮绿灯，表明设备系统已上电。在HMI触屏控制板上选择手动模式，此时系统为手动模式，系统上电，高频机热源处于待机模式。在屏幕上可按下冷水机控制按钮，此时冷水机打开。按下排烟机控制按钮，此时排烟机打开［6］。按下转台按钮，在感应圈处在最上位置时转台开始运转，待转台转到一个工位时(旋转一次为 120°)，转台停止转动。当按下高频机下降按钮时，高频机开始下降，待高频机下降到最低位置时，此时下限位开关为闭合状态，感应圈停止下降。在冷水机和排烟机按钮按下的条件下，按下高频机控制键，此时热源开始加热。当按下高频机上升按钮高频机上升，当上升到最高位置时，此时上限位开关为闭合状态，高频机禁止上升。

(2)自动模式模块PLC程序设计

在触摸屏控制板上按下自动模式，进入自动模式状态，此时冷水机打开，排烟机打开，高频机处于待机状态。按下机器启动按钮，当高频机处在最上位置时，转台开始转动，当转台转到一个工位时(旋转一次为120°)。转台转到位时，感应圈开始下落，感应圈下落到最低位置，且检测到冷水机和排烟机打开的条件下，高频机开始启动，并对感应圈下落命令进行复位，时间继电器开始计时，待计时时间到达时间设定值后，感应圈开始向上回落，感应圈上升到最高位置时，此时系统又返回到自动状态模式。从而进入下一个循环周期。

(3)加热时间和加热温度模块PLC程序设计

图3 流程图

在制作触屏控制板时设置D203工件设定时间的数据寄存器，D212为工件设定温度的数据寄存器。在触屏控制板上通过按扭设置参数，按下时间温度设置按钮，进入时间温度设置界面，设置工件的参数，需要设置时间数据寄存器D203的值，由于设定值以毫秒为单位，在程序中处理，将它乘以10，最终以秒为单位，将数据存在D208数据寄存器中，最后再除以10，将数据存在D200数据寄存器中，作为自动加工是显示时间。在设置温度数据寄存器D212的值时，设置的是实际的温度值，使它与温度传感器采集回来的值作比较［7］，必须转化成和它为同级别的数据，所以要对设置的实际温度值做处理。

(4)系统紧急停止和保护模块PLC程序设计

当冷水机按钮按下时，如果超过1 s冷水机还没有启动，此时整个系统会发出报警信号，且每个系统回到初始状态;

当排烟机按钮按下时，如果超过1 s排烟机还没有启动，此时整个系统会发出报警信号，且每个系统回到初始状态;

当转台按钮按下时，如果超过1 s转台还没有转动，此时整个系统会报警，且每个系统回到初始状态;

当高频机按钮按下时，如果超过1 s高频机还没有启动，此时整个系统会报警，且每个系统回到初始状态中去;

当对感应器发出升或降命令时，如果过了1 s感应圈还没有升降，此时整个系统会报警，且每个系统回到初始状态;

当采集温度大于设定温度时，此时每个系统回到初始状态。

(5)转台校准模块PLC程序设计

考虑到整个系统正在工作时，突然停电，而转台却未到指定位置时，下次转台将无法正常转动。所以需要设计一个转台校转模块。

当在触屏控制板上按下转台校准按钮时，辅助继电器M50为1，当感应圈处在最上面的位置时，转台开始转动，待转台转到指定位置时，辅助继电器M51发出上升沿指令，此时对辅助继电器M50进行复位，转台转到指定位置。