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電子束焊機(jī)用高壓電源中的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2011-03-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/162289.htm

控制電路由PWM控制電路、反饋環(huán)節(jié)和PID調(diào)節(jié)器組成。具體原理圖如圖2所示。PWM電路主要控制逆變器的軟啟動(dòng)、提供40kHz方波脈沖和隔離驅(qū)動(dòng)、過流保護(hù)等。反饋環(huán)節(jié)有精密分壓器、高壓隔離電路和D/A轉(zhuǎn)換器組成。該環(huán)節(jié)把直流高壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的低電平信號(hào),再通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入,作為PID運(yùn)算的反饋量。給定環(huán)節(jié)由A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)設(shè)定單元和外接模擬電路組成,分手動(dòng)和自動(dòng)兩種情況。手動(dòng)時(shí)由模擬電位器給出的模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后變成數(shù)字量作為PID的給定;自動(dòng)時(shí),給定值由設(shè)定單元直接設(shè)定數(shù)字作為PID的給定。同時(shí)內(nèi)部了梯度給定程序,使得PID輸出為一斜波輸出,作為高壓的軟啟動(dòng)。PID環(huán)節(jié)由PLC和D/A模塊組成,PID運(yùn)算由PLC的PID指令完成,包括采樣時(shí)間、比例常數(shù)、微分常數(shù)、積分常數(shù)、濾波常數(shù)的設(shè)定等。PID運(yùn)算后的數(shù)字經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)作為直流調(diào)壓模塊的控制電壓以調(diào)節(jié)其直流輸出。直流高壓穩(wěn)定和調(diào)節(jié)的工作原理是,當(dāng)由于外部原因使得輸出電壓下降時(shí),經(jīng)反饋環(huán)節(jié)和PID運(yùn)算后使控制電壓提高,從而提高調(diào)壓模塊的輸出電壓,使逆變器的輸出電壓、高壓變壓器的輸出電壓和直流輸出電壓提高以達(dá)到直流高壓的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)。

圖2 的PWM及驅(qū)動(dòng)控制原理圖

4 軟件

高壓軟件流程圖如圖3所示。軟件由以下部分組成。

初始化程序 對(duì)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

圖3 控制系統(tǒng)軟件流程圖

梯度給定程序 產(chǎn)生PID給定信號(hào),利用PLC的加法指令和特殊繼電器M8021來實(shí)現(xiàn)上升梯度,使得給定為斜波函數(shù)。下降梯度則由減法指令和M8021形成。

A/D程序 高壓反饋信號(hào)和手動(dòng)給定信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換,作為PID運(yùn)算的反饋量。

D/A程序 把PID的運(yùn)算結(jié)果實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)化為模擬量,用以控制可控調(diào)壓模塊的輸出。

PID運(yùn)算程序 由PLC的PID運(yùn)算指令完成,根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際要求設(shè)定采樣時(shí)間、比例常數(shù)、微分常數(shù)、積分常數(shù)、濾波常數(shù)等。

END 結(jié)束程序

5 保護(hù)電路

在工作時(shí),電子槍內(nèi)的打火、操作及其它外部原因會(huì)在電源內(nèi)部產(chǎn)生過電壓或過電流以致?lián)p壞電源或IGBT、集成電路及工件,采取保護(hù)電路是抑制過電壓或過電流的有效措施。電源設(shè)置過壓保護(hù)、梯度上升及下降電路和過流保護(hù)電路。過流保護(hù)采用以下三重保護(hù)。

1)EXB840電路本身的過流保護(hù)檢測(cè)功能,即在IGBT過流時(shí),IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的腳6會(huì)檢測(cè)到過流信號(hào)而直接封鎖輸出脈沖,關(guān)斷IGBT,同時(shí)EXB840的腳4經(jīng)過外接電路輸出信號(hào)給PLC,PLC經(jīng)過程序運(yùn)算后,一方面發(fā)出過流信號(hào)指示,另一方面給晶閘管移相控制電路提供封鎖脈沖信號(hào),關(guān)斷晶閘管主電路。

2)利用TL494的內(nèi)部放大器的腳15、16外接電流隔離傳感器,當(dāng)檢測(cè)到的電流信號(hào)超過設(shè)定值時(shí),TL494封鎖輸出脈沖,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的關(guān)斷。

3)高壓側(cè)流過流保護(hù),當(dāng)出現(xiàn)過電流時(shí),束流取樣信號(hào)反饋到控制電路,控制電路發(fā)出過流信號(hào)給PLC,PLC分別發(fā)出關(guān)斷主電路和過流顯示信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。

電源還設(shè)置了過壓保護(hù)電路,能有效地對(duì)電源的過電壓進(jìn)行保護(hù),在高壓電源的內(nèi)部還加裝了限流電阻及保護(hù)電阻,能有效地限制過電流和過電壓。為了克服開機(jī)時(shí)市電對(duì)電源的沖擊,通過PLC內(nèi)部程序設(shè)置了軟啟動(dòng)斜坡函數(shù),經(jīng)D/A模塊運(yùn)算后作為PI調(diào)節(jié)器的給定,實(shí)現(xiàn)電源的軟啟動(dòng)。

6 結(jié)語

用高壓電源的控制系統(tǒng)采用PLC技術(shù)后,系統(tǒng)工作可靠性提高,電路結(jié)構(gòu)簡單,有利于電子束焊接設(shè)備的焊接工藝調(diào)整和方便設(shè)備的維修和調(diào)試。


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