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(guān)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(qiáng)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(jìn)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(shè)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(shè)備操作簡便，運(yùn)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(shè)計生產(chǎn)的。與傳統(tǒng)的換向型電鍍電源相比，該電源技術(shù)先進(jìn)、可靠性高，控制功能齊全，工藝參數(shù)調(diào)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(lián)結(jié)

　　電鍍工藝要求電源輸出的直流電壓在6～48V，直流電流根據(jù)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(lián)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(lián)結(jié)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(lián)的整流器公用一臺整流變壓器不僅減小了設(shè)備的體積，也降低了設(shè)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(diào)節(jié)單元、信號變換及故障保護(hù)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(xiàn)分別介紹如下：

3.1觸發(fā)調(diào)節(jié)單元

　　本觸發(fā)器為數(shù)字觸發(fā)器。觸發(fā)電路用計數(shù)脈沖的方法實現(xiàn)整流脈沖的移相控制。當(dāng)計數(shù)脈沖數(shù)到達(dá)512時即產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。觸發(fā)器內(nèi)部的壓控振蕩器，

實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)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(nèi)部的高頻振蕩器對觸發(fā)脈沖進(jìn)行高頻調(diào)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(shù)字觸發(fā)器輸出脈沖的對稱性好，抗干擾能力更強(qiáng)。

　　本調(diào)節(jié)器為比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，由圖2知，數(shù)字或模擬給定電壓信號經(jīng)軟起動環(huán)節(jié)與信號變換板輸出的反饋信號在調(diào)節(jié)器的輸入端綜合，當(dāng)電源直流輸出的電流（或電壓、電流密度）因電網(wǎng)波動或負(fù)載波動而變化時，調(diào)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(shè)定值允許變化的范圍內(nèi)。

3.2信號變換及故障保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)基板，測得單位面積（平方分米）電流強(qiáng)度的大小。每一種反饋信號都必須經(jīng)過信號變換板進(jìn)行隔離、放大。

　　故障保護(hù)電路由光耦及集成電路器件組成。當(dāng)發(fā)生快熔熔斷、水壓降低、過電流等任一故障時，故障保護(hù)電路封鎖調(diào)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(diào)節(jié)板上的故障保護(hù)繼電器動作，通過該繼電器的觸點與繼電保護(hù)電路聯(lián)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(biāo)準(zhǔn)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P(yáng)LC內(nèi)部還有各種功能的輔助繼電器、計數(shù)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(yùn)行時間。該P(yáng)LC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(shè)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(jù)工藝要求設(shè)定。各段時間的設(shè)定范圍為0～99小時，在運(yùn)行過程中，LCD顯示單元實時顯示各工作段的運(yùn)行時間。為保證設(shè)備安全可靠的運(yùn)行，PLC根據(jù)極性判斷的指令，對正向和反向兩組整流器進(jìn)行互鎖，即當(dāng)一組整流器工作時，另一組整流器可靠封鎖。

　　電源設(shè)備的起、停信號及故障綜合信號等輸入PLC，通過內(nèi)部的程序進(jìn)行繼電聯(lián)鎖，減少了設(shè)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(shù)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)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(yùn)行數(shù)臺，從運(yùn)行效果看，其各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過JB/T1504—93行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電鍍用整流設(shè)備》的有關(guān)規(guī)定。設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)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(diào)壓范圍：0～Udn

（4）允許負(fù)載值：在額定電壓的67％及以上按I級負(fù)載連續(xù)運(yùn)行。設(shè)備在額定電壓的67％以下運(yùn)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(shù)指標(biāo)先進(jìn)，控制及保護(hù)功能齊全，在結(jié)構(gòu)上用戶也可靈活地選擇。中小功率電源有柜式風(fēng)冷、柜式水冷和箱式防腐型三種結(jié)構(gòu)。大功率電源整流變壓器多為柜外式油浸自冷。在現(xiàn)場備有遠(yuǎn)控制操作臺。