PLC在充磁機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　1 引言

　　隨著電機(jī)、家用電子、計算機(jī)、通信等技術(shù)日新月異的更新和發(fā)展，永磁材料需要量越來越大性能越來越高。目前，永磁材料大多采用釹鐵硼、鐵氧體、鋁鎳鈷、釤鈷等，并具有矯頑力大、性能穩(wěn)定等特點，這些材料經(jīng)充磁電源的高壓大電流向螺線管瞬間脈沖放電，使其磁化。生產(chǎn)中要求充磁電源高效、穩(wěn)定、精度高，同時，在機(jī)測試充磁后永磁材料的磁通量。文中介紹了的充磁和測量為一體高效自動充磁機(jī)，使用plc實現(xiàn)系統(tǒng)控制，觸摸屏作為參數(shù)調(diào)整、工作顯示等。

　　2 電磁交換

　　充磁機(jī)根據(jù)電容儲能脈沖放電產(chǎn)生強(qiáng)大磁場，對鐵磁性物質(zhì)進(jìn)行磁化[1]。在電磁交換前，電容儲存的能量

　　式中uc為儲存電容的端電壓，c為儲存電容的容量。改變電容的電壓或容量，可調(diào)節(jié)電容存儲電場能量大小。目前，電容在2kv～3.5kvdc，存儲能量可達(dá)100kj以上。

　　電容c被充電至設(shè)定電壓u0時斷開充電電源，隨即接通lr串聯(lián)電路，則電容c所儲電荷通過lr迅速地以脈沖形式放電，得到極大的脈沖電流峰值。電容放電的端電壓uc滿足

　　式中l(wèi)為充磁頭中螺線管的電感量，r為螺線管、放電回路連接導(dǎo)線電阻、接觸電阻及放電器件內(nèi)阻的總和(忽略線路分布電容與分布電感)。

　　對脈沖充磁，充磁頭常選用

　　即欠阻尼情況下，電容放電電流，使脈沖磁場峰值達(dá)到磁化線圈內(nèi)被充磁材料內(nèi)矯頑力的3～5倍時進(jìn)行可飽和磁化。

　　磁通強(qiáng)度檢測有磁電式磁通、電子式磁通和數(shù)字積分式磁通三種[2]。圖1為電子式磁通電路，有探測線圈和積分電路組成。當(dāng)探測線圈中所鏈合的磁通變化δφ時，線圈中感應(yīng)出電動勢，經(jīng)積分后的輸出電壓

　　式中n為探測線圈的匝數(shù)，r為電阻，c為積分電容。

　　3 控制系統(tǒng)設(shè)計

　　圖2為充磁機(jī)系統(tǒng)示意圖。電路是由可調(diào)直流高壓電源、放電開關(guān)電路、plc控制器、觸摸屏、磁通檢測和充磁頭等電路組成。控制要求：

　　① 調(diào)節(jié)可控硅控制角度來調(diào)節(jié)充磁電流;

　　②自動檢測充磁產(chǎn)品

　　磁通強(qiáng)度;

　　③ 人機(jī)對話，即設(shè)定參數(shù)和顯示運行狀態(tài);

　　④ plc現(xiàn)實系統(tǒng)的控制和運算;

　　⑤ 功率元件的過流和過壓保護(hù);

　　⑥ 具有輸入短路保護(hù)，操作安全。

　　3.1 充磁電路

　　充磁電路有主電路和觸發(fā)電路。充磁機(jī)的電路圖如圖3所示。主電路主要由交流調(diào)壓升壓、整流儲能和放電等電路組成。通過調(diào)節(jié)雙向可控硅vt1和tv2的移相角(或?qū)ń?來調(diào)節(jié)升壓變壓器t的輸入電壓，然后通過橋式整流電路得到脈動的直流電壓，將電能儲存在電容組cl中。當(dāng)可控硅vt7導(dǎo)通，其瞬間向充磁頭產(chǎn)生強(qiáng)脈沖電流放電，對材料進(jìn)行快速充磁。在雙向可控硅同步相控觸發(fā)電路中，模擬量模塊fx0n-3a的輸出端電壓vout控制導(dǎo)通角，以調(diào)節(jié)存能電容上端電壓[2、3、4]。

　　3.2 系統(tǒng)控制電路

　　圖4為系統(tǒng)控制電路，選三菱fx1n-24mr為系統(tǒng)主控器，模擬量fx0n-3a有二個輸入和一個輸出，其中輸入檢測電流信號和磁通信號，輸出控制雙向可控硅的導(dǎo)通角。

　　3.3 控制程序設(shè)計

　　控制程序有手動與自動。手動控制程序用于電容切換和電容充電檢查、充磁檢查等調(diào)試和維護(hù)。

　　自動控制程序包含有順序控制程序，電容分級充電子程序，磁性檢測子程序，hmi接口程序，關(guān)門和充磁頭連接、過壓過流等。由于整個工作按流水動作，所以采用順序控制將這些工作的子程序串聯(lián)在一起，這樣對編寫程序較為簡便，并用stl指令易讀。

　　電容分級充電子程序就是考慮到電容在零狀態(tài)充電時可能有很大的沖擊電流，會損壞橋式整流電路和雙向可控桂。存儲電能電容分二級充電，開始接上限流電阻r1，過后用km2的觸點短接，進(jìn)行全壓充電。

　　充磁后的工件被氣閥頂?shù)綑z測磁通的線圈前，應(yīng)先對圖1中積分電容短接放電(檢測清零)，隨后磁性工件插入線圈中，就能檢查到產(chǎn)品的磁通量，從而鑒別本批產(chǎn)品性能要求，同時，可穩(wěn)定雙向可控硅的導(dǎo)通角，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　觸摸屏選用三菱f940got，設(shè)定參數(shù)和顯示運行狀態(tài)。設(shè)定充磁極數(shù)、充磁電流，顯示磁通量和工作狀態(tài)等。hmi接口程序是實現(xiàn)觸摸屏與plc之間的組態(tài)。

　　4 結(jié)束語

　　充磁機(jī)存儲電容脈沖放電，最大瞬間放電電流可達(dá)到30ka以上，在10ms時間內(nèi)產(chǎn)生極高強(qiáng)度的磁場，不會對電網(wǎng)造成沖擊影響。配合合適的充磁線圈，在瞬間產(chǎn)生30000oe(奧斯特)以上的磁場，針對釹鐵硼等高矯頑力磁體，充磁效果更好。充磁和磁通檢測為一體適合流水線作業(yè)，具有高效、可靠、抗干擾的特點，但是，減少電力電子器件在通斷時對周圍影響待于進(jìn)一步研究。