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          優秀論文
          基于PLC的礦用脈沖脫磁器控制系統
          2015-12-10 16:02:12 來源: 作者:陳小龍 【 】 瀏覽:3864次 評論:0

          佛山市華材職業技術學校   陳小龍

          (此文發表于科學中國人1.5版)

          摘要:介紹一個采用PLC作為控制系統,實現控制由IGBT、SCR電力電子器件構成礦用脫磁器主電路的方法及設計、實施過程。

          關鍵詞:PLC可編程控制器;脈沖脫磁器;控制系統

          1引言

          根據發明專利:一種礦用脫磁器(專利號:ZL.2006 1 0032999.3)的控制要求, 以及結合實際使用情況, 采用三菱PLC:FX2N-32MT為控制系統核心設計了適合于礦用脈沖脫磁器的控制系統。

          2系統要求

          2.1直流母線電壓可調

          直流母線上,電容峰值電壓可以在0---500VDC間可調,電網輸入電壓400VAC時每級間變化不大于10VDC(通常應用時,電容峰值電壓在300VDC---500VDC間)。

          2.2 放電時間間隔可調

          電容每次放電時間間隔可調,根據實際使用設置快、中、慢三檔,快檔每次放電時間間隔為三個工頻周期、中檔每次放電時間間隔為四個工頻周期、慢檔每次放電時間間隔為五個工頻周期。

          2.3 可方便操作

          操作面屏有輸入外電壓顯示、輸入電流顯示、電容峰值電壓顯示,通過點動按鈕SB1、SB2可調節電容峰值電壓、通過點動按鈕SB4、SB5、SB6、SB3可選擇快、中、慢檔并起動和停止;并有相應的指示燈顯示狀態。

          3系統硬件設計

          3.1  PLC的I/O分配表  表1

          輸入

          功能作用

          輸出

          功能作用

          X0

          工頻同步輸入信號

          Y0

          IGBT驅動脈沖信號

          X1

          故障輸入

          Y1

          備用

          X2

          提升電容峰值電壓

          Y2

          可控硅驅動脈沖信號

          X3

          降低電容峰值電壓

          Y3

          故障輸出報警

          X4

          停止

          Y4

          停止指示

          X5

          快檔起動

          Y5

          快檔指示

          X6

          中檔起動

          Y6

          中檔指示

          X7

          慢檔起動

          Y7

          慢檔指示

          X10

          交流接觸器接通信號

          3.2  元件名稱及參數表  表2

          K

          DZ47C63

          R1

          47歐姆10

          T1

          脈沖變壓器101

          KM

          CJ20-63/220V

          R2

          500歐姆10

          T2

          IGBT100A/1700V

          變壓器

          BK200 380/220

          R3

          68千歐姆5

          T3

          M57962L

          JA

          小型繼電器24V

          R4

          2千歐姆3

          T4

          隔離電源變換器

          JB

          小型繼電器24V

          R5

          1千歐姆1

          C

          300微法700V

          JC

          小型繼電器24V

          R6

          4.7千歐姆3

          C1

          0.22微法1500V

          JD

          小型繼電器24V

          D4

          1N4007

          C2

          0.22微法1500V

          LD1

          指示燈24V

          D5

          LED

          C3

          0.22微法1500V

          LD2

          指示燈24V

          D6

          1N4007

          C4

          0.047微法

          LD3

          指示燈24V

          D7

          FR107

          V1

          交流電壓表450V

          LD4

          指示燈24V

          FU

          熔斷器2A

          V2

          直流電壓表600V

          L0

          脫磁器線圈

          SCR

          KP300A/1200V

          A

          交流電流表20A

          SB1

          電容電壓提升

          SB3

          停止

          SB5

          中檔起動

          SB2

          電容電壓下降

          SB4

          快檔起動

          SB6

          慢檔起動

          D1

          快速二極管100A1700V

          TVS

          瞬態抑制二極管15V雙向

          D2

          普通二極管200A1200V

          D3

          普通二極管5A1600V

          4系統軟件設計

          4.1設計原理

          利用FX2N-32MT可輸出高速脈沖(最高頻率20KHZ)的特點,當X0的同步脈沖下降沿到來時產生中斷,程序轉向執行中斷程序;中斷程序用PLSY  K18000  D1  Y0  實現每個輸出脈沖對應一個工頻正弦波的1O,由此可以保證電容每級間的電壓最大變化在10VDC以內(400*21/2*SIN1=9.87VDC);由于每個正弦半波對應180個脈沖;因此D1的取值范圍理論上應在0---90間,考慮到IGBT在正半波到來之前開通更有利于系統的可靠性和減少對電網的干擾,所以會調節X0的同步脈沖的下降沿在過零點前產生,故D1的取值范圍可以擴寬為0-100間,若取輸出頻率為20KHZ,專用D1的取值范圍可以擴寬為0-111間(當用FX1N時,輸出頻率可達100KHZ,電容的級間電壓變化最大不超過2VDC)。當程序檢測到X2或X3有輸入時,D1在0---111間變化,。當PLSY  K20000  D1  Y0  執行時,Y0輸出驅動信號經專用電路M57962驅動T2(IGBT ),對應電容峰值電壓可以在0---500VDC間可調。

          當Y0輸出停止后,啟動定時器T246計時延時5 mS;T246時間到置位Y2、同時啟動T247計時27mS,T247時間到后復位Y2、啟動T248 D11根據X5、X6、X7的操作進行定時,完成快、中、慢的功能;T248時間到置位M10等待新的一輪循環操作。

          5系統實施驗證

          5.1 PLC輸入、輸出信號波形

          5.1.1  在圖1至圖3中,CH1為受Y0控制M57962輸出驅動IGBT T2的波形,CH2為X0的輸入同步信號(將電網正弦波整形成方波)。

          圖1 D1為K111時輸出波形        圖2 D1為K37時輸出波形           圖3 D1為K4時輸出波形

          5.2帶負載后的電容C兩端的電壓波形

          圖4 D1為K111時電容C兩端的電壓波形                 圖5 D1為K37時電容C兩端的電壓波形

          6結論

          該系統設計合理,直流母線電壓可在0—500VDC間調節, 最大級間變化不大于10V, 放電時間間隔可在三、四、五個工頻周期間切換,面板儀表、按鈕操作方便;且已能正常運行,己在廠方投入使用。

          參考文獻:

          [1]陳小龍,一種礦用脫磁器(發明專利)

          [2]廖常初,FX系列PLC編程及應用第二版[M]. 北京: 機械工業出版社,2012.12

          [3]FX1S,FX1N,FX2N,FX2NC編程手冊

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          編輯:樹根
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