臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在高頻熔樣設(shè)備上的應(yīng)用

在簡要介紹高頻熔融法制樣（fusion）目的意義以及原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)討論臺達(dá)PLC在該項目的溫度模糊控制和高頻感應(yīng)加熱設(shè)備抗干擾設(shè)計技術(shù)。給出基于PLC平臺的自動化系統(tǒng)集成技術(shù)優(yōu)勢的比較分析。
關(guān)鍵詞：熔融法制樣 臺達(dá)PLC 溫度模糊控制 抗干擾設(shè)計

1 引言

1.1 什么是熔融法制樣

X熒光光譜儀是礦物成份分析化學(xué)領(lǐng)域重要的分析研究工具。 X熒光光譜儀根據(jù)制得的物質(zhì)樣片來實(shí)現(xiàn)熒光光譜成份分析。因此樣片制備成為分析的基礎(chǔ)。熔融法制樣（fusion）是用來描述將分析物溶解在融化的助溶劑中以便形成更容易分析的化合物的通用技術(shù)名詞。

由于大多數(shù)熔融過程所產(chǎn)生的化合物都可以在選定的某一種溶劑中溶解。因此熔樣設(shè)備成為熔融法制樣片設(shè)備中最佳選擇，是世界上最快的熔融法制樣設(shè)備,能達(dá)到X熒光光譜儀分析的被測礦樣片無氣泡,樣品平整、光潔、一致性、重現(xiàn)性好的要求。

高頻感應(yīng)電加熱熔樣設(shè)備的具有有環(huán)保、節(jié)能、安全、工件表面光滑、無氧化層等多方面優(yōu)勢。與過去的真空管高頻設(shè)備相比電源效率高，降低生產(chǎn)成本，節(jié)能、節(jié)水40-50%，與可控硅中頻爐相比節(jié)能10-30%。

1.2高頻熔樣設(shè)備應(yīng)用范圍

（1）礦業(yè)：礦石、精礦、粉塵、金屬氧化膜、爐 渣等。
（2）窯業(yè)：水泥、石灰石、白云石、玻璃、石英、粘土、耐火材料等。
（3）鋼鐵工業(yè)：鐵礦石、煤、轉(zhuǎn)爐、高爐、電爐渣等。
（4）有色工業(yè)：氧化鋁、鋁土礦、銅礦等。
（5）化學(xué)工業(yè)：催化劑、聚合物等。
（6）地質(zhì)土壤：巖石、土壤。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 方案分析

原來的系統(tǒng)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動控制，由于單片機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試特別是修改程序困難，使得設(shè)備運(yùn)行故障率高維護(hù)便。隨著自動化技術(shù)的飛速發(fā)展,可編程序控制器與人機(jī)界面等現(xiàn)代自動化技術(shù)已非常成熟，新型自動化技術(shù)具有編程靈活，調(diào)試方便，抗干擾能力強(qiáng)，后期服務(wù)產(chǎn)業(yè)化等特點(diǎn)，用可編程序控制器取代原來的單片機(jī)控制已大勢所趨。因此提出自動化系統(tǒng)集成解決方案對熔融法制樣設(shè)備的自動化進(jìn)行升級換代，用更可靠的系統(tǒng)來代替原有的系統(tǒng)，以提高產(chǎn)品的靈活性、穩(wěn)定性和可靠性，降低產(chǎn)品的維護(hù)成本。

2.2 系統(tǒng)配置

由于考慮到產(chǎn)品的高性價比和對溫度進(jìn)行模糊控制的功能需要，高頻熔樣設(shè)備電器控制全部選用臺達(dá)的機(jī)電產(chǎn)品，配置如下：

（1）PLC:DVP32EH00R。32點(diǎn)（16點(diǎn)輸入+16點(diǎn)輸出）PLC主機(jī)，16KSteps的程序內(nèi)存，具有定位脈沖輸出、數(shù)據(jù)運(yùn)算、萬年歷、PID控制、PTC溫度模糊控制等功能。
(2) PLC擴(kuò)展單元：DVP06XA-H。4點(diǎn)輸入+2點(diǎn)模擬量輸出擴(kuò)展模塊。
(3) 觸摸屏人機(jī)界面DOP-A57CSTD（5.7寸256色LCD顯示）。

2.3 工作原理及功能實(shí)現(xiàn)

高頻熔樣設(shè)備的工作原理：感應(yīng)加熱是由感應(yīng)加熱設(shè)備輸出高頻電流，通過感應(yīng)圈產(chǎn)生交變磁場，它能貫穿放在感應(yīng)圈中的工件而形成渦流，并使工件迅速加熱。感應(yīng)加熱系統(tǒng)由高頻電源(高頻發(fā)生器)、導(dǎo)線、變壓器、感應(yīng)器組成。其工作步驟是：

（1）由高頻電源把普通電源( 220v/50hz)變成高壓高頻低電流輸出。
（2）通過變壓器把高壓、高頻低電流變成低壓高頻大電流。
（3）感應(yīng)器通過低壓高頻大電流后在感應(yīng)器周圍形成較強(qiáng)的高頻磁場。一般電流越

大.磁場強(qiáng)度越高。

礦物的加熱溫度由觸摸屏上進(jìn)行設(shè)定，礦物的實(shí)際溫度由紅外線檢測儀進(jìn)行非接觸式檢測，經(jīng)過可編程序控制器內(nèi)的溫度模糊控制運(yùn)算，輸出信號給感應(yīng)加熱系統(tǒng)，達(dá)到溫度穩(wěn)定控制。設(shè)備外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 外形結(jié)構(gòu)

2.4 臺達(dá)PLC的溫度模糊控制

本智能高頻制樣設(shè)備，自動化程度高，能自動完成整個熔化、成型過程：加熱熔化→熔樣設(shè)備采用觸摸屏和可編程控制器控制系統(tǒng)，PID調(diào)節(jié)控溫，可存儲10多種制樣擺動→成型→完成工藝，用戶完成設(shè)定后，只需輕輕一按即可完成全過程。在熔化室內(nèi)設(shè)計有抽風(fēng)系統(tǒng)，能將熔化過程中產(chǎn)生的有害氣體自動吸走，以保護(hù)工作者的身體健康；成型帶風(fēng)冷系統(tǒng)，加快熔化物冷卻成型 。控制框圖如圖2所示。

圖2 控制框圖

應(yīng)用臺達(dá)PLC的溫度模糊控制功能指令：

參數(shù)定義參見表1。

表1 臺達(dá)PLC的溫度模糊控制參數(shù)

（1）S1：目標(biāo)值(SV)。S1 范圍限制為1~5,000，其表示數(shù)值為0.1°~500°，最小單位為0.1, 若 S3 +1指定為K0，則其表示為0.1℃~500℃。

（2）S2：當(dāng)前測量值(PV)。S2 范圍限制為1~5,000，其表示數(shù)值為0.1°~500°，最小單位為0.1°，若 S3 +1，指定bit0=0，則其表示為0.1℃~500℃；因此使用者由溫度傳感器得到模擬轉(zhuǎn)數(shù)字的數(shù)值時，須自行搭配四則運(yùn)算指令轉(zhuǎn)換為1~5,000 之間的數(shù)值。

（3）S3：取樣時間的設(shè)置。

（4）D：輸出值(MV)。D 顯示范圍為0~(取樣時間*100)的數(shù)值。

2.5 高頻感應(yīng)加熱設(shè)備抗干擾設(shè)計

由于熔樣設(shè)備會產(chǎn)生高頻磁場，會對周圍的電器設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，作為PLC的信號線和人機(jī)界面的通訊線容易受到干擾，所以，必須作好抗干擾措施。

(1)靜電耦合干擾：指控制電纜與周圍電氣回路的靜電容耦合，在電纜中產(chǎn)生的電勢。措施：加大與干擾源電纜的距離，達(dá)到導(dǎo)體直徑４０倍以上時，干擾程度就不大明顯。在兩電纜間設(shè)置屏蔽導(dǎo)體，再將屏蔽導(dǎo)體接地。

(2)靜電感應(yīng)干擾：指周圍電氣回路產(chǎn)生的磁通變化在電纜中感應(yīng)出的電勢。措施：一般將控制電纜與主回路電纜或其它動力電纜分離鋪設(shè)，分離距離通常在３０ｃｍ以上（最低為１０ｃｍ），分離困難時，將控制電纜穿過鐵管鋪設(shè)。將控制導(dǎo)體絞合，絞合間距越小，鋪設(shè)的路線越短，抗干擾效果越好。

(3)電波干擾：指控制電纜成為天線，由外來電波在電纜中產(chǎn)生電勢。措施：將感應(yīng)電源放入鐵箱內(nèi)進(jìn)行電波屏蔽，屏蔽用的鐵箱要接地。盡量縮短人機(jī)到PLC通訊線的長度，用屏蔽線進(jìn)行抗干擾。

(4)電源線傳導(dǎo)干擾：指各種電氣設(shè)備從同一電源系統(tǒng)獲得供電時，由其它設(shè)備在電源系統(tǒng)直接產(chǎn)生電勢。措施：感應(yīng)電源的控制電源由另外系統(tǒng)供電；在控制電源的輸入側(cè)裝設(shè)線路濾波器；裝設(shè)絕緣變壓器，且屏蔽接地。

3 結(jié)束語

經(jīng)過設(shè)備調(diào)試，各項性能均達(dá)到客戶的工藝要求，比照單片機(jī)為控制系統(tǒng)的熔樣設(shè)備市場銷量，隨著自動化要求越來越高的情況下，PLC和人機(jī)界面為控制系統(tǒng)的熔樣設(shè)備將成為未來的主流熔樣設(shè)備自動化技術(shù)。