【中频感应加热电源的系统软件设计】中频感应加热电源

　　摘 要：中频感应加热电源装置根据实际运用与现场工艺要求，主要通过PLC与触摸屏通信来实现感应加热电源的人机智能控制。因此系统软件主要包括两方面的设计，即PLC程序设计与触摸屏程序设计。
　　关键词：感应加热 PLC 触摸屏 系统软件 程序设计
　　一、感应加热电源的控制系统
　　1.PLC软件主要功能
　　在以PLC为核心的感应加热电源的控制系统中，PLC软件主要实现下面的功能：
　　（1）接收操作人员通过触摸屏与输入接口发出的控制指令，进行运算处理后输出相应控制指令，即输入/输出程序处理；
　　（2）采集并处理各个模拟量输入信号，经程序运算后输出显示并反馈跟踪；
　　（3）根据操作人员所设置的加热参数，自动输出模拟量电流调节信号（0～10V）；
　　（4）采集并处理各个报警信号，自动识别后在触摸屏上显示；
　　（5）工件自动加热程序控制。
　　2.触摸屏程序
　　触摸屏程序与PLC程序一样，均采用模块化设计，主要实现以下功能：
　　（1）实现操作人员与感应加热电源装置的人机对话，将操作人员的控制指令以通信的方式传达到PLC；
　　（2）加热参数预设与数字显示；
　　（3）报警提示预设与显示。
　　二、软件流程设计
　　系统软件流程框图，如图1所示。
　　由图1可知，系统软件主要有两种操作方式可供选择，即手动加热与自动加热方式。
　　手动加热过程为系统启动后，操作人员触摸选择“手动加热”方式。系统进入手动加热模式后，需由操作人员根据实际工件大小人工调节加热电流、加热时间等加热参数。加热参数调节完成后，操作启动按钮，感应加热电源输出电压一定，电流可调的中频感应加热电源至加热线图，机车轴承内套中频感应加热工作开始，加热工作的停止也是由操作人员根据实际加热情况进行手动控制的。
　　自动加热过程为系统启动后，操作人员触摸选择“自动加热”方式。系统进行自动加热模式，操作人员只需对系统存储的加热参数进行确认，若无须修改加热参数，则直接操作启动按钮，感应加热将会按照预设的加热电流、加热时间等参数进行自动加热。根据控制方式不同，当加热时间到或加热温度达到后，系统将会自动停机，加热工作完成。
　　三、模拟量信号输入/输出程序设计
　　感应加热电源的信号采集程序设计分为三个部分：模拟量信号采集、输入数字滤波、数据处理。
　　1.模拟量信号采集程序设计
　　中频感应加热源装置软件系统中，模拟量信号采集主要是指整流电压信号采集、输出电流信号采集，将模拟量的电压电流信号转换为PLC程序能够识别的16位或32位二进制数，主要是通过D/A功能扩展模块实现的模数转换。具体设计过程如下：
　　（1）首先为所要采集的模拟量信号分配一个临时存储地址D（如D100）。注意，所分配的数据寄存器不能为特殊功能寄存器，否则将会影响程序的正常运行。
　　（2）根据所选用的PLC与模拟量功能扩展模块型号，查找相应对的模拟量输入通道的数据寄存器地址。
　　（3）将当前采集通道所对应的数据寄存器中的16进制数据转存至临时数据寄存器D100。如图2所示的梯形图程序。
　　2.模拟量输入数字滤波程序设计
　　模拟量采集信号的滤波过程主要是为了将输入信号中的尖波毛刺等干扰成份滤除掉，防止因输入干扰造成的数据误差以及产生的程序误动作。一般电子硬件电路的模拟量采集信号的输入滤波主要是通过在输入端加与之相匹配的滤波电容或滤波电感来进行有效输入滤波。而在PLC程序设计中，可以通过数据平均的方式实现输入信号的数字滤波，滤波方法如图3所示。
　　其中，D1056为模拟输入信号所对应的数据寄存器地址，D100～D109为输入信号数字滤波时所用的临时数据寄存器，D112为数字滤波完成后的输入信号数据“字”存储地址。
　　3.模拟量输入信号数据处理程序设计
　　PLC的D/A模块对输入的模拟量信号的识别是将其对应的模拟量信号转换为相应的数据字，如将电压传感器输出的DC 0～10V模拟量电压输入D/A扩展模块的电压输入端口，则模拟量电压与PLC内部程序的对应关系为：0～10V电压对应为PLC自动识别的0～K2000字；0～5V电压对应为PLC自动识别的0～K1000字。而将电流传感器输出的0～20mA或4～20mA模拟量电流输入D/A扩展模块的电流输入端口，则模拟量电流信号与PLC内部程序的对应关系为：0～20mA对应为PLC自动识别的0～1000字。
　　由此可知，模拟量信号输入PLC后，必须对其进行相应的转换才能变为可以直接显示或处理的10进制数。具体的梯形图程序设计中，可采用加、减、乘、除的方法将自动识别的“字”按相应的变比关系转换为具体的10进制数据。如图4所示的梯形图设计，将PLC自动识别的程序字MUL（乘）7后，再DIV（除）10，并将最终采集信号存入数据寄存器D118中，完成模拟量信号的采集过程。
　　4.数模输出程序设计
　　在进行数模输出的程序设计时，要特别注意所选择的A/D功能扩展模块的输出“字”与输出模拟量的对应关系，此次设计所选用的A/D扩展模块的输出字对应关系为0～K4000字对应DC 0～10V或0～20mA输出。所以在进行输出电流调节的模拟量信号输出控制的程序设计中，A/D模块所输出的模拟量信号必须由经过转换的数据字的形式在程序中传送输出。
　　参考文献：
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　　[2]俞勇祥，陈明辉.感应加热电源的发展[J].金属热处理，2000（8）.
　　[3]韩晓敏.全数字化感应加热电源的设计[D].山东大学硕士论文，2007.
　　[4]王志良.电力电子新器件及其应用技术[M].北京：国防工业出版社，1995.
　　（作者单位：广东省交通运输技师学院）

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