1、機械系統(tǒng)用電點和控制系統(tǒng)總體布局

　　對于真空釬焊工藝來說，釬焊爐最重要的兩個性能是真空度和加熱性能，機械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)都是圍繞著這兩個性能來進行設(shè)計，為了實現(xiàn)釬焊爐的功能，這兩大系統(tǒng)是密不可分的。設(shè)備用電點即是設(shè)備的機械系統(tǒng)中和電氣控制相關(guān)的點，也就是機械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)的結(jié)合點，表1 匯總了該設(shè)備的關(guān)鍵用電點：

　　基于這臺設(shè)備的機械系統(tǒng)，構(gòu)建以PLC為核心的電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)的整體布局可由圖2來說明。

圖2 控制系統(tǒng)的整體布局

　　電氣控制系統(tǒng)可以分為兩部分，溫度控制部分和邏輯控制部分，溫度控制主要由控溫表來完成(見表1和圖2) ，邏輯控制部分由PLC 來完成，上位機上的組態(tài)軟件作為主監(jiān)控界面。電氣系統(tǒng)的開發(fā)過程分為硬件系統(tǒng)的開發(fā)和軟件系統(tǒng)的開發(fā)，硬件設(shè)計主要包括加熱回路、真空泵回路、運行車回路和儀表的選型等。

表1 機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)關(guān)鍵的結(jié)合點

　　加熱室內(nèi)有許多加熱小區(qū)，在控制系統(tǒng)的加熱回路中，為每個加熱小區(qū)供電的是一套可控硅調(diào)壓電源，可控硅調(diào)壓電源包括功率控制器和變壓器兩部分，功率控制器采用移相觸發(fā)的方式來實現(xiàn)電壓的無級調(diào)節(jié)，從而達到控制功率的目的。輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍比較寬，一般為額定輸入電壓的0 ～ 98%。具有軟啟動、軟關(guān)斷、恒流、限流、過流保護、過熱保護等功能。每個加熱小區(qū)有各自獨立的一套可控硅調(diào)壓電源。可控硅調(diào)壓電源的變壓器原邊接入電網(wǎng)，副邊由爐體電極連接各個加熱小區(qū)的電阻。調(diào)壓電源的輸出功率的調(diào)節(jié)方式分為手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)，手動/自動可通過控制柜上的轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換。在自動調(diào)節(jié)的狀態(tài)下，加熱控制為閉環(huán)控制回路，控溫熱電偶采集爐內(nèi)加熱小區(qū)的溫度，溫度信號轉(zhuǎn)化為模擬量信號通過熱電偶補償導線傳入控溫表的熱偶接入端，通過控溫表中的工藝曲線處理和比例、積分、微分(proportion、integral、differential) 自整定，將4 ～ 20 mA 控制信號傳入可控硅調(diào)壓電源的自動控制信號的輸入端，以此來調(diào)節(jié)功率輸出。在控制柜面板上設(shè)置有各加熱區(qū)的加熱電流、電壓顯示表以及對應的手動操作加熱功率調(diào)節(jié)旋鈕，方便在手動操作時調(diào)整各個加熱區(qū)的加熱功率。工件熱電偶所采集信號通過溫度采集模塊將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量接入計算機系統(tǒng)，實現(xiàn)對工件溫度的實時監(jiān)控。

　　真空泵回路主要為真空系統(tǒng)的5 套真空機組的所有泵的電機供電，并將供電回路的空開的一個常開觸點接入PLC 的輸入模塊中作為泵的空開自檢點。真空泵及真空閥門的動作也分為手動和自動控制，也可通過控制柜上的轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換。控制柜上的各個泵和閥門的開關(guān)按鈕接入PLC 的輸入模塊中，通過PLC 的程序處理來輸出對各個泵和閥門的運行信號和開關(guān)信號。為真空系統(tǒng)配置兩臺雙路數(shù)顯真空計，測量管路系統(tǒng)(低真空) 和爐內(nèi)真空(從大氣到極限真空度的全量程測量) ，并通過可編程序控制器控制羅茨泵與大閥開啟與爐內(nèi)真空度聯(lián)鎖。在每套機組的前級管道上，分別安裝低真空規(guī)管接口，用于測量真空管道的真空度，在爐體頂部和每套大閥與爐體之間的連接管道上，分別安裝兩套獨立的玻璃真空規(guī)管，用于監(jiān)測爐內(nèi)真空度。

　　運行車回路主要為運行電機供電，通過氣缸電磁閥、磁性開關(guān)、行程開關(guān)和繼電器等搭建的控制回路進行控制。

2、PLC總輸入、輸出點數(shù)的確定以及選型

　　首先根據(jù)系統(tǒng)的總體布局和硬件系統(tǒng)的設(shè)計來確定PLC 的輸入輸出點數(shù)、輸入輸出信號類型：PLC 輸入點主要為開關(guān)量信號，包括各套泵和閥門的開關(guān)信號、閥門開關(guān)到位信號、爐外車及爐門車進退到位信號、加熱通斷信號、手/自動轉(zhuǎn)換信號、自動啟動開關(guān)信號、冷卻水壓信號、加熱超溫信號、加熱過流信號、由真空計設(shè)定的各泵和閥門的啟動保護信號以及擴散泵油超溫信號等，輸入點共計165 點：PLC 輸出點主要為繼電器輸出，包括各泵及閥門接觸器線圈、大區(qū)加熱通斷接觸器線圈、電鈴發(fā)訊、蜂鳴器報警等，共計47 點。

　　在滿足使用的前提下考慮經(jīng)濟性選擇日本歐姆龍的PLC，歐姆龍的CQM1H 型PLC 功能完善而且緊湊。它具有Windows 環(huán)境下的高效的軟件開發(fā)能力，Windows 版的CX-Programmer 支持軟件可以減少軟件開發(fā)時間，并提供強大的監(jiān)控和調(diào)試功能。各個單元模塊要根據(jù)PLC 實際的輸入、輸出點來選擇。首先根據(jù)輸入的點數(shù)選擇6 個32 點的輸入單元，型號為CQM1H-ID213，電流消耗為(5V 直流) 最大170 mA; 然后根據(jù)輸出點數(shù)和輸出點的類型選擇3個16 點繼電器輸出單元，型號為CQM1-OC222，內(nèi)部電流消耗為( 5 V 直流) 最大850 mA;接著根據(jù)總的輸入、輸出點數(shù)以及輸入、輸出模塊的數(shù)量選擇CPU 單元，型號為CQM1H-CPU51，其輸入、輸出容量為512點，程序容量為7.2 K 字，最多可擴展11 個輸入、輸出單元;最后根據(jù)總的電流消耗選擇電源模塊，型號為CQM1-PA206，其電源規(guī)格為100 ～ 240 VAC， 50 /60 Hz，輸出容量5VDC：6 A， 24VDC：0.5 A。

3、PLC 編程

　　在用CX-Programmer 編程軟件編程之前，首先要分析真空釬焊爐PLC所實現(xiàn)的總體控制功能，繪制流程圖(圖3為設(shè)備控制流程圖) 。

圖3 控制流程圖

　　繪制總體流程圖后，根據(jù)被控對象輸入(如熱電偶) 和輸出信號(如控制固態(tài)繼電器的脈沖) 以及所選定的PLC 型號分配硬件資源，為梯形圖的各種繼電或接點進行編號，最后實現(xiàn)各部分控制功能用梯形圖進行編程。梯形圖的編程能夠?qū)崿F(xiàn)除工件出入爐的操作外，其余動作可通過自動程序完成，也可通過手動操作完成，并可實現(xiàn)必要的保護和報警功能。