一種PLC控制的自動換向型電鍍電源

摘要：介紹一種由PLC可編程控制器控制的自動換向型電鍍電源的控制原理與控制功能。

關鍵詞：可編程控制器自動換向電源

A Type of Automatic－ reversing Power Supply for Electroplating

Controlled by PLC

Abstract:This paper introduces the control principle and control function of a type of automatic－ reversing power supply for electroplating controlled by Programmable Logic Controller.

Keywords:Programmable logic controller Automatic－ reversing Power supply

1引言

　　在電鍍、刷鍍或電解等行業(yè)要求工件表面光澤好、致密、附著力強的場合，其供電電源在正向工作一段時間后，必須通過一定時間的反向電流進行表面活化。即要求電源具有自動換向的功能。另外，隨著電鍍、電解工業(yè)的發(fā)展，用戶不僅要求電源設備具有穩(wěn)壓、穩(wěn)流及穩(wěn)電流密度的功能，還要求電源設備操作簡便，運行可靠，自動化程度高。

　　由可編程控制器（PLC）控制的自動換向型電鍍電源正是為滿足用戶上述要求而設計生產的。與傳統(tǒng)的換向型電鍍電源相比，該電源技術先進、可靠性高，控制功能齊全，工藝參數調整十分方便。本文對該電源的控制原理與控制功能作以介紹。

2主電路的聯結

　　電鍍工藝要求電源輸出的直流電壓在6～48V，直流電流根據所鍍工件的多少，可從幾十安到幾千安、幾萬安。對這種低電壓、大電流，且要求自動換向的電源，其主電路采用兩組反并聯的晶閘管整流器，公用一臺雙反星帶平衡電抗器的整流變壓器。主電路的原理如圖1所示。

　　雙反星帶平衡電抗器這一主電路聯結型式減少了晶閘管正向壓降的損耗，有利于提高電源的效率。而且兩組反并聯的整流器公用一臺整流變壓器不僅減小了設備的體積，也降低了設備的造價，這都是用戶所期望的。

3控制電路的原理控制電路原理方框圖如圖2所示。

　　由圖2知該電源控制系統(tǒng)主要由觸發(fā)調節(jié)單元、信號變換及故障保護單元、以PLC為核心的脈沖邏輯切換單元及繼電控制等部分組成。現分別介紹如下：

3.1觸發(fā)調節(jié)單元

　　本觸發(fā)器為數字觸發(fā)器。觸發(fā)電路用計數脈沖的方法實現整流脈沖的移相控制。當計數脈沖數到達512時即產生觸發(fā)脈沖。觸發(fā)器內部的壓控振蕩器，

實現數模轉換，其頻率與模擬控制信號電壓幅值成正比，即f∝u，這樣只要改變控制電壓的大小，就可以改變移相控制角α的大小。

圖1換向型電鍍電源主電路原理圖

圖2控制電路原理方框圖

　　整流觸發(fā)脈1。沖為相距60°的雙窄脈沖，脈沖移相范圍為0～150°（電角度）。移相電壓為15V時α=0°，移相電壓為0V時α=150°。觸發(fā)器內部的高頻振蕩器對觸發(fā)脈沖進行高頻調制，從而降低了脈沖功放管的功耗，減小的脈沖變壓器的體積。與鋸齒波移相的集成觸發(fā)電路相比，數字觸發(fā)器輸出脈沖的對稱性好，抗干擾能力更強。

　　本調節(jié)器為比例積分（PI）調節(jié)器，由圖2知，數字或模擬給定電壓信號經軟起動環(huán)節(jié)與信號變換板輸出的反饋信號在調節(jié)器的輸入端綜合，當電源直流輸出的電流（或電壓、電流密度）因電網波動或負載波動而變化時，調節(jié)器輸出的Uk變化，觸發(fā)脈沖相移，使輸出值穩(wěn)定在設定值允許變化的范圍內。

3.2信號變換及故障保護單元

　　由圖2知：信號檢測包括取樣與信號變換兩部分。電流反饋信號從分流器或電流互感器取得，電壓反饋信號從整流器輸出端取得，電流密度的檢測是通過在電鍍液中所置標準基板，測得單位面積（平方分米）電流強度的大小。每一種反饋信號都必須經過信號變換板進行隔離、放大。

　　故障保護電路由光耦及集成電路器件組成。當發(fā)生快熔熔斷、水壓降低、過電流等任一故障時，故障保護電路封鎖調節(jié)器和觸發(fā)脈沖，使整個系統(tǒng)停止工作。此時觸發(fā)調節(jié)板上的故障保護繼電器動作，通過該繼電器的觸點與繼電保護電路聯鎖。

3.3脈沖邏輯切換單元及繼電控制

　　自動換向型電鍍電源的脈沖邏輯切換及繼電控制采用一臺SIEMENS公司的小型LOGO！PLC。標準型的LOGO！為6路輸入，4路輸出，其本身帶有操作編程按鍵及一個LCD顯示單元，不需專門的編程器。該PLC內部還有各種功能的輔助繼電器、計數器、定時器等資源可以使用。LCD顯示單元可實時顯示各輸入、輸出點的狀態(tài)及各定時器的運行時間。該PLC操作、使用、編程非常方便，是一種理想的小型自動化控制單元。

　　脈沖邏輯切換單元以可編程控制器PLC為核心，可由PLC上的按鍵設定電源的正向電鍍時間、反向電鍍時間及正反向換向時間。正反向電鍍時間及換向時間可根據工藝要求設定。各段時間的設定范圍為0～99小時，在運行過程中，LCD顯示單元實時顯示各工作段的運行時間。為保證設備安全可靠的運行，PLC根據極性判斷的指令，對正向和反向兩組整流器進行互鎖，即當一組整流器工作時，另一組整流器可靠封鎖。

　　電源設備的起、停信號及故障綜合信號等輸入PLC，通過內部的程序進行繼電聯鎖，減少了設備的外圍元器件及外部接線，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性與自動化的程度。

4技術指標及結構特點

　　由PLC可編程控制器控制的PKDS系列自動換向型電鍍電源已投入工業(yè)運行數臺，從運行效果看，其各項技術指標均達到或超過JB/T1504—93行業(yè)標準《電鍍用整流設備》的有關規(guī)定。設備的主要技術指標如下：

圖3極限電流曲線

（1）額定輸出直流電壓Udn：±6、±9、±12、±18、±24、±36、±48V

（2）額定直流輸出電流Idn：100～10000A

（3）調壓范圍：0～Udn

（4）允許負載值：在額定電壓的67％及以上按I級負載連續(xù)運行。設備在額定電壓的67％以下運行時，承載能力按圖5遞減。

（5）穩(wěn)流精度：優(yōu)于±1％

（6）穩(wěn)壓精度：優(yōu)于±0.5％

（7）電流密度的穩(wěn)定誤差：不超過±5％

　　本電鍍電源不僅技術指標先進，控制及保護功能齊全，在結構上用戶也可靈活地選擇。中小功率電源有柜式風冷、柜式水冷和箱式防腐型三種結構。大功率電源整流變壓器多為柜外式油浸自冷。在現場備有遠控制操作臺。