台达产品在高频熔样设备上的成功应用

摘  要：在简要介绍高频熔融法制样（fusion）目的意义以及原理的基础上，重点讨论台达PLC在该项目的温度模糊控制和高频感应加热设备抗干扰设计技术。给出基于PLC平台的自动化系统集成技术优势的比较分析。
关键词：熔融法制样 台达PLC   温度模糊控制  抗干扰设计
1 引言
1.1什么是熔融法制样
　　X荧光光谱仪是矿物成份分析化学领域重要的分析研究工具。 X荧光光谱仪根据制得的物质样片来实现荧光光谱成份分析。因此样片制备成为分析的基础。熔融法制样（fusion）是用来描述将分析物溶解在融化的助溶剂中以便形成更容易分析的化合物的通用技术名词。
　　由于大多数熔融过程所产生的化合物都可以在选定的某一种溶剂中溶解。因此熔样设备成为熔融法制样片设备中最佳选择，是世界上最快的熔融法制样设备,能达到X荧光光谱仪分析的被测矿样片无气泡,样品平整、光洁、一致性、重现性好的要求。
　　高频感应电加热熔样设备的具有有环保、节能、安全、工件表面光滑、无氧化层等多方面优势。与过去的真空管高频设备相比电源效率高，降低生产成本，节能、节水40-50%，与可控硅中频炉相比节能10-30%。
1.2高频熔样设备应用范围
（1）矿业：矿石、精矿、粉尘、金属氧化膜、炉  渣等。
（2）窑业：水泥、石灰石、白云石、玻璃、石英、粘土、耐火材料等。
（3）钢铁工业：铁矿石、煤、转炉、高炉、电炉渣等。
（4）有色工业：氧化铝、铝土矿、铜矿等。
（5）化学工业：催化剂、聚合物等。
（6）地质土壤：岩石、土壤。
2 系统设计
2.1 方案分析
　　原来的系统采用单片机实现自动控制，由于单片机控制系统的调试特别是修改程序困难，使得设备运行故障率高维护便。随着自动化技术的飞速发展,可编程序控制器与人机界面等现代自动化技术已非常成熟，新型自动化技术具有编程灵活，调试方便，抗干扰能力强，后期服务产业化等特点，用可编程序控制器取代原来的单片机控制已大势所趋。因此提出自动化系统集成解决方案对熔融法制样设备的自动化进行升级换代，用更可靠的系统来代替原有的系统，以提高产品的灵活性、稳定性和可靠性，降低产品的维护成本。
2.2 系统配置
　　由于考虑到产品的高性价比和对温度进行模糊控制的功能需要，高频熔样设备电器控制全部选用台达的机电产品，配置如下：                                                               
　　（1）PLCVP32EH00R。32点（16点输入+16点输出）PLC主机，16KSteps的程序内存，具有定位脉冲输出、数据运算、万年历、PID控制、PTC温度模糊控制等功能。
　　(2) PLC扩展单元：DVP06XA-H。4点输入+2点模拟量输出扩展模块。
　　(3) 触摸屏人机界面DOP-A57CSTD（5.7寸256色LCD显示）。
2.3 工作原理及功能实现
　　高频熔样设备的工作原理：感应加热是由感应加热设备输出高频电流，通过感应圈产生交变磁场，它能贯穿放在感应圈中的工件而形成涡流，并使工件迅速加热。感应加热系统由高频电源(高频发生器)、导线、变压器、感应器组成。其工作步骤是：
　　（1）由高频电源把普通电源( 220v/50hz)变成高压高频低电流输出。
　　（2）通过变压器把高压、高频低电流变成低压高频大电流。
　　（3）感应器通过低压高频大电流后在感应器周围形成较强的高频磁场。一般电流越
大.磁场强度越高。
　　矿物的加热温度由触摸屏上进行设定，矿物的实际温度由红外线检测仪进行非接触式检测，经过可编程序控制器内的温度模糊控制运算，输出信号给感应加热系统，达到温度稳定控制。设备外形结构如图1所示。

                   图1 外形结构
2.4 台达PLC的温度模糊控制
　　本智能高频制样设备，自动化程度高，能自动完成整个熔化、成型过程：加热熔化→熔样设备采用触摸屏和可编程控制器控制系统，PID调节控温，可存储10多种制样摆动→成型→完成工艺，用户完成设定后，只需轻轻一按即可完成全过程。在熔化室内设计有抽风系统，能将熔化过程中产生的有害气体自动吸走，以保护工作者的身体健康；成型带风冷系统，加快熔化物冷却成型 。控制框图如图2所示。

                                     图2控制框图
应用台达PLC的温度模糊控制功能指令：

  
参数定义参见表1。
表1 台达PLC的温度模糊控制参数

  
　　（1）S1：目标值(SV)。S1 范围限制为1~5,000，其表示数值为0.1°~500°，最小单位为0.1, 若 S3 +1指定为K0，则其表示为0.1℃~500℃。
　　（2）S2：当前测量值(PV)。S2 范围限制为1~5,000，其表示数值为0.1°~500°，最小单位为0.1°，若 S3 +1，指定bit0=0，则其表示为0.1℃~500℃；因此使用者由温度传感器得到模拟转数字的数值时，须自行搭配四则运算指令转换为1~5,000 之间的数值。
　　（3）S3：取样时间的设置。
　　（4）D：输出值(MV)。D 显示范围为0~(取样时间*100)的数值。
2.5 高频感应加热设备抗干扰设计
　　由于熔样设备会产生高频磁场，会对周围的电器设备产生电磁干扰，作为PLC的信号线和人机界面的通讯线容易受到干扰，所以，必须作好抗干扰措施。
　　(1)静电耦合干扰：指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合，在电缆中产生的电势。
措施：加大与干扰源电缆的距离，达到导体直径４０倍以上时，干扰程度就不大明显。在两电缆间设置屏蔽导体，再将屏蔽导体接地。
　　(2)静电感应干扰：指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。措施：一般将控制电缆与主回路电缆或其它动力电缆分离铺设，分离距离通常在３０ｃｍ以上（最低为１０ｃｍ），分离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设。将控制导体绞合，绞合间距越小，铺设的路线越短，抗干扰效果越好。
　　(3)电波干扰：指控制电缆成为天线，由外来电波在电缆中产生电势。措施：将感应电源放入铁箱内进行电波屏蔽，屏蔽用的铁箱要接地。尽量缩短人机到PLC通讯线的长度，用屏蔽线进行抗干扰。
　　(4)电源线传导干扰：指各种电气设备从同一电源系统获得供电时，由其它设备在电源系统直接产生电势。措施：感应电源的控制电源由另外系统供电；在控制电源的输入侧装设线路滤波器；装设绝缘变压器，且屏蔽接地。
3 结束语
　　经过设备调试，各项性能均达到客户的工艺要求，比照单片机为控制系统的熔样设备市场销量，随着自动化要求越来越高的情况下，PLC和人机界面为控制系统的熔样设备将成为未来的主流熔样设备自动化技术。