PLC在充磁機控制系統的設計

1 引言

隨著電機、家用電子、計算機、通信等技術日新月異的更新和發展，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、性能穩定等特點，這些材料經充磁電源的高壓大電流向螺線管瞬間脈沖放電，使其磁化。生產中要求充磁電源高效、穩定、精度高，同時，在機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，使用plc實現系統控制，觸摸屏作為參數調整、工作顯示等。

2 電磁交換

充磁機根據電容儲能脈沖放電產生強大磁場，對鐵磁性物質進行磁化。在電磁交換前，電容儲存的能量
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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，可調節電容存儲電場能量大小。目前，電容在2kv～3.5kvdc，存儲能量可達100kj以上。

電容c被充電至設定電壓u0時斷開充電電源，隨即接通lr串聯電路，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?
???? (2)

其放電電流
???? (3)

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

對脈沖充磁，充磁頭常選用
???? (4)

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

磁通強度檢測有磁電式磁通、電子式磁通和數字積分式磁通三種。圖1為電子式磁通電路，有探測線圈和積分電路組成。當探測線圈中所鏈合的磁通變化δφ時，線圈中感應出電動勢，經積分后的輸出電壓
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?式中n為探測線圈的匝數，r為電阻，c為積分電容。??

圖1? 電子式磁通檢測電路??????

3 控制系統設計??????
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圖2為充磁機系統示意圖。電路是由可調直流高壓電源、放電開關電路、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 調節可控硅控制角度來調節充磁電流；
② 自動檢測充磁產品磁通強度；
③ 人機對話，即設定參數和顯示運行狀態；
④ plc現實系統的控制和運算；
⑤ 功率元件的過流和過壓保護；
⑥ 具有輸入短路保護，操作安全。????

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圖2? 系統總體框圖?????

3.1 充磁電路

充磁電路有主電路和觸發電路。充磁機的電路圖如圖3所示。主電路主要由交流調壓升壓、整流儲能和放電等電路組成。通過調節雙向可控硅vt1和tv2的移相角(或導通角)來調節升壓變壓器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。當可控硅vt7導通，其瞬間向充磁頭產生強脈沖電流放電，對材料進行快速充磁。在雙向可控硅同步相控觸發電路中，模擬量模塊fx0n-3a的輸出端電壓vout控制導通角，以調節存能電容上端電壓。

圖3 充磁電路圖

3.2 系統控制電路

圖4為系統控制電路，選三菱fx1n-24mr為系統主控器，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通角。


圖4 系統控制電路?



圖5 程序框圖??????

3.3 控制程序設計

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、充磁檢查等調試和維護。

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，進行全壓充電。

充磁后的工件被氣閥頂到檢測磁通的線圈前，應先對圖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，就能檢查到產品的磁通量，從而鑒別本批產品性能要求，同時，可穩定雙向可控硅的導通角，以確保產品的質量。

觸摸屏選用三菱f940got，設定參數和顯示運行狀態。設定充磁極數、充磁電流，顯示磁通量和工作狀態等。hmi接口程序是實現觸摸屏與plc之間的組態。

4 結束語

充磁機存儲電容脈沖放電，最大瞬間放電電流可達到30ka以上，在10ms時間內產生極高強度的磁場，不會對電網造成沖擊影響。配合合適的充磁線圈，在瞬間產生30000 oe(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，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一步研究。