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自动控制技术在工业微波设备中的应用(1)

时间:2008-09-03 07:06:02  浏览:        

关键词:PLC,HMI,组态软件,工业微波,RS-232与RS-485通讯。

 

绪   论

随着计算机技术的飞速发展,工业自动化技术日新月异,更新换代的周期越来越短,因而要求作为企业的工程技术人员对于新技术的不断学习与应用直接关系到企业的竞争力,企业的后劲与发展。

本文总结了在微波工业设备上的一些相关的控制技术,作为抛砖引玉。

本文主要从以下几个方面介绍:

1. 建立底层的坚固的控制平台。

  讲述PLC微波设备中的相关应用。

2.基于PLC的多种控制及相关的应用。

  HMI人机界面,VB编程的应用。

3. 利用工控机作为上位机的控制及相关的应用。

  引入组态软件的控制方式。

 

第一章、 建立坚固的底层控制平台

要想得到良好得控制效果,首先必须建立坚固的底层控制平台,这是最首要的问题,不能够解决这一问题那我们所作的任何控制都将是建立在沙丘上的宫殿。

而坚固的底层平台必须具备以下几个方面的特性:

1.抗干扰性

2.高稳定性

3.高可靠性

4.开放性

5.独立性

6.一定的智能性

微波设备由于它本身可能产生一些相关的电磁干扰信号,故而在微波设备中抗干扰性尤为重要,而高稳定性与可靠性主要表现在现今的用户对于微波设备的使用时间与使用要求越来越高,为满足用户不断提高的要求,我们也同时必须对设备性能进行改进;对于开放性指的是提供与其相关的控制元件或系统的接口;独立性表现于其底层控制自成系统,当相关上层的控制出现问题的时候,它能够自由调度底层相关的资源,使底层控制不至于瘫痪;智能性表示了它必须拥有基础的运算与逻辑判断能力。

由于上述原因微波设备的底层控制一般采用可编程控制器(PLC)作为中心控制元件,同时采用PLC各采样模块(如图一)。

 

 

 

在PLC的内部由设计人员根据用户或设计要求编制了过程控制的程序,程序包括控制处理采集的数据、逻辑的判断、驱动外围控制、功能的实现等。

PLC程序的编制一般采用梯形图的形式如图二。

 

 

(图二)

 

下面以我公司设计生产的化工炉为例,简述一下利用PLC与相关模块进行控制的原理。其控制框图见图三。

 

     

     该设备的功能简介:

1.设备微波输出功率0~700W连续可调。

2. 分九段加热区域。

3.每段加热区域里,功率同时受设定功率与段内设定温度的控制,也即本机工作时控制原则以温度优先。

   

(图四)

用户要求升温过程分段受控,也就是不可一步到位式的加功率,升温的过程必须是缓慢的否则将影响到产品质量,由图三我们可以看出,通过红外非接触式测温装置测定物料的即时温度,并将温度信号变送给PLC的相关AD采样模块,再经过PLC将此采样值与用户通过触摸屏所设定的值进行比较,当温度达到设定值下的一个阕值的时候,PLC通过DA转换模块将功率转低进入保温运行模式,完全达到设定值的时候才停止功率的输出,当温度低于设定值下的那个阕值的时候又自动以用户设定的功率开始进行加热。

图四中显示了物料在九段均等时间下的升温曲线。系列1(深色线条)是采用分段控制后得到的温度曲线,系列2(浅色线条)是采用普通加热方式加热后得到的升温曲线。两者对比后系列1中的加热方式更贴近用户的要求。

该机的实物图片如左,通过在实践中使用用户给出了满意的答复。正是由于采用了此手段来进行的控制,因而大大提高了控制精度,同时也创建了一个更合理的用户界面,使用户的要求得到了满足。

以上仅仅是从一个侧面表述了PLC在过程控制中的优点,其实它还有许多等着我们去应用的功能。

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第二章  基于PLC的多种控制及相关的应用

上面通过描述一台化工炉简单的控制系统应用实例,表述了要想得到优秀的控制方法或手段,必须打好牢固的基础。

在有了这一相对稳定的控制平台的后,可通过开发PLC的潜在功能来实现更友好、更实用、更经济的控制实现。

1.HMI人机界面的应用

人机界面实际是PLC厂家开发生产的一种可实现一定程度的人机对话触摸屏,它具有显示PLC内部数据,实现将以往的各控制按钮简化为屏幕触摸设定,以及一定的数据挖掘功能。

以下是在我公司橡胶硫化设备上实现的控制方案图。

                           (图六)

该设备分为一节微波段,两节热风段,以及两个牵引机等,我们必须将微波功率控制,三段热风控制,五台电机控制等整合到一个控制终端上。正是由于在该套设备里相关的量比较多,控制也较复杂,故而将人机界面引入到系统中来,用以实现用户与底层控制信息的交互。

在实际设计中,应关注驱动电动机的方法,在此套设备中采用的是变频器控制传动电机,则选择采用PLC标准端口上配接RS-485通讯板的方法,用PLC作为上位机进行与5台变频器的通讯。这样即节省了控制开支,同时也符合控制的科学与稳定性。(在这一过程中必须要得到的就是所用变频器通讯的相关协议与设置等)

关于变频器的通讯可看下图(图七)。

                           (图七)

    由于使用了人机界面的显示与操作方式,不但减少了控制面板的面积,同时也使得控制过程中如出现异常则以对话框的形式来提示操作者就如下图。

   

             (图八)

    人机界面在完成指示与控制的同时,高档的还具有分析数据的功能,可建立实时与历史数据表格,便于用户在实际使用设备的过程中辅助摸索工艺及修改参数。

    我们知道日本企业的发展,很大程度上来自于他们先进的管理方法,而这一方法包含了全面质量管理,精益生产,实时存货管理等等。其中精益生产的精髓就是按单制造、不断改进。而我国企业要想发展也就必须遵循这一科学的方式。因而我们作为生产制造设备的企业或开发生产设备的设计者,在我们的设计理念中也必须贯穿这样的思想,才能走在购买我们设备用户的前面。

    因此我们必须使得我们生产的设备具有一定的柔性,也就是说更加适应小批次的生产模式,同时也必须具有长时间工作的能力,更重要的是在每套设备的基础上尽可能的实现能与其他工业设备的相关标准接口。只有这样,才能促进微波设备的多领域应用。

    人机界面的应用可以在很大程度上实现上述的功能,尽管它还有许多弱点,但它简单可靠,并且适应电气与PLC程序设计人员的思路,因而得到了广泛的应用。

  
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