1、PDF外文：http:/ 1 出处： Energy conversion and management, 2008, 49(11): 3356-3361 中文 5077 字 基于 PLC 与频率控制 的 加热 系统 Salah Abdallah, Riyad Abu-Mallouh 机械及工业工程，应用科学大学，约旦 安曼 11931 摘要 在这项工作中， 设计和建造 了 中等容量控制的供暖系统 。加热过程的控制的 编程 方法是通过集成的可编程逻辑控制器 （ PLC） 和变频器（ FI） 来实现 的。 PLC 的主要功能是
2、确定所需的温度水平和炉内加热 持续时间 的时间间隔。 FI 用于 控制 在 不同的操作点之间温度 的 动态变 化 。 如果温度升高或降低， 所设计的系统 能够 完全控制温度 在任何需要的时间范围内 从零到最大 。 该系统的所有变量将被逐步改变，直到达到其需要工作点。 进行了 一项 实验研究，探讨回火温度和回火时间对 0.4的碳素钢的硬度和耐疲劳性的影响 。结果发现， 提高 回火温度 到 550 摄氏度 以上 或 增加 回火时间 将 降低材料的硬度。 研究还发现，样品能够承受施加的压力有一个最大的周期数。 关键词 : 热处理 PLC 控制 &n
3、bsp; 频率控制 回火 1.简介 热处理是在不改变产品的形状 下， 控制金属的加热和冷却，以改变它 们的物理和机械性能。热处理通常与增加 材料的强度有关，但它也可以被用来改变某些制造性目标，例如提高机械性能 ，提高加工性和冷加工 操作 后恢复延展性 。因此这 是一个非常有利的过程，不 仅能帮助其他的 制造过程 ，而且还可以通过增加强度或其他可取的特点 来 改进产品性能 12。 一种 用于感应加热 的 新的 单极 开关并联谐振转换器 在文献 3中 被介绍 。 该电路包括一个输入 LC 滤波器，桥式整流器和只有一个受控电力交换机。开关工作在软通信
4、模式 下 ，并作 为 一个高频发生器。 在文献 4中，一种 采用移相控制 的 电压馈 LCL 谐振逆变器 被提出 。可 以 看 出，该控制策略提供在兆赫兹运行区域 的优势 ， 在这个区域内需要 一个恒定的开关频率。逆变器稳态 运行 是利用基频分析 来 分析 的 。 在文献 5中 ， 一种符合成本效益的高效率逆变器的移相脉冲调制方案 被提出用于中等功率（ 5-30） KW 的感应加热 。 提出的 变频器 在很宽的功率调节范围 完成软切换操作。实际的 功率转换效率达到了 96.7 。 在 文献 6中 ， 提出了一种 降低转换器 逆变器系统的直流母线电
5、容 尺寸 的控制方法 。2 其 中的 主要思想是 在转换器的电流控制 中 利用 逆变器的运行状态。 即使是直流母线电容是任意小，负载突然变化 ， 这种控制策略 在 调节 直流电压水平 中仍 是有效的。 在文献 7提出了一种方法来准确地预测所需的最低温度恢复 ，这种方法 考虑 到 泄漏检测器的重复性和准确度 ， 通过 用 各种测试卷 来调查 温度恢复时间和理论热时间常数之间的关系，并利用 PLC 系统施加 压 力 。 在 文献 8中 的方法 ，在 制造系统 中 设计 一个 泵送工具的物理输入和输出之间的关系的PLC 程序 的例子中得到证实。 在 文献 9中进行
6、 的一个 实验研究， 目的是研究用 PLC 控制收集到 的 太阳能 的双周跟踪的 效果。 与固定在表面相比，双 轴跟踪表面 增加了收集的能量 高 达 41 ， 表现出更好的性能。 PLC 的主要功能是确 定所需的温度水平和炉内加热 持续时间 的时间间隔 10。 变频器 用于控制 在 不同的操作点之间温度 的 动态变 化 1112。 如果发生 温度升高或降低， 这种集成 PLC 和频率控制 在 动态和静态条件下 表现出温度从零到最大完全控制的能力。 作为 在 临界区温度 的 HY- 80 钢铸件 回火时间的一种功能，性能和微观结构在文献 13中被评
7、估。钢在临界区 温度范围内保持的时间 是变化的。 这项研究的一个重要发现是， 与正常的行为相反， 在 临界 区范围内回 火已经回火的 HY-80 钢表 现出 韧性的严重损失 ； 它可以被夸大更长的保持时间和较高的温度。 在文献 14中，对铁 碳 铬 钼 X 合金的高周疲劳破坏的一个断口形貌调查。 他们发现，各个参数都可能影响到高 周 疲劳失效，最显著 一个是 处理嵌入的析出物和锻压 比 的性质和位置。 在文献 15中，对 回火马氏体钢的循环塑性衰老的作用进行了研究 。 在温度范围 20-600摄氏度 下，他们对 4级别硬度 的 回火马氏体钢 55NiCrMoV7进行了具
8、体的等温循环变形测试 。当温度升高，循环软化强度随着测试温度从 300-600 摄氏度 而提高，样品同时受到老化和疲劳处理时， 他们发现，循环应力响应通常是指数软化的初始第几个周期，其次是不饱和的逐渐软 化，硬度显 著 降低 ， 但在室温下 出现 最大软化强度。 在文献 16中，使用了反向传播神经网络以优化高钒高速钢的热处理工艺， 包括根据淬火和回火温度 对 残余奥氏体含量 ， 硬度 和 耐磨性 的预测。 文献 17中提出了一种新颖的马氏体热处理观念，这种观念不同于一般的 淬火和回火 。为了将 淬火 和回 火区别开来 ， 这种新颖的 处理 已被称为 “ 淬火和分区 ”
9、（ Q P ）， 这种处理能用来产生具有优良特性的 马氏体 /奥氏体组合 的微观结构。 可逆马氏体相变，老化和铁碳马氏体低温回火 ，在文献 18中得到研究。 在这项研究中，在 铁基高碳合金 中 观察可逆马 氏体相变 ， 无晶格缺陷（包括双空位）可能会扩散。 对 碳空位团的行为和形成进行了研究和讨论。六角电子硬质合金 的 化学成分被确定为 Fe3C。 粒度和电子硬质合金 /马氏体定位关系对电子硬质合金的影响， 渗碳体转换 被讨论。 3 2 加热系统的设计和控制 在这项工作中 ，用一种开环控制和指令存储在用于控制加热过程的动作的 PLC 的存储器中的
10、程序控制方法 进行了 PLC 和频率控制的加热系统的设计 。 自动控制加热系统的硬件组件的框图如图 1 所示。 个 人 电 脑P L C模 拟 单 元 变 频 器 三 相 加 热 器参 数 单 位 图 1 PLC 和频率控制的 加热 系统的模块框 图 个人电脑是用来 编 写控制程序 ，然后 通过通信电缆下载到 PLC 1910中。 该 PLC 是S7 -200型，它具有 12路输入， 8路输出和 220伏交流电源 电压。在文献 19， 10中， S7 - 200PLC使用梯形逻辑图编程语言描述 。 PLC 的主要功能是指示模拟单元去开启或关闭，并注明要求的比例输出和相关
11、的保持时间间隔。 PLC 的数字输出范围从零到 32,700 量化水平。模拟单元的功能是在 PLC 的输出传送数字输出值转换成模拟值，其模拟单元的输出范围从零到 10VDC。在程序中 ， 输出电压的不同的百分比是通过变频器将原 先由模拟单元输出其中 0DVC 等于 0时的频率的输出表示供给到炉 ， 逆变器和 10 伏直流等于 100在变频器的输出。变频器是一个单相输入三相输出，220VAC 额定输出电压 ， 50 赫兹的额定输出频率和 3 千瓦的功率。 在这项工作中 ， SINAMICS G110 型 变频器用于 文献 11。 根据 PLC 通过模拟单元的不同输入的指示
12、 ，确定 变频器运行三相加热器的电压和频率要求的比例。 在 每两个控制水平之间 ， 参数的单位是用于编程的斜坡上升和斜坡下降的时间的程序员 的 类型。因此，变频器有两种类型的命令：（ 1） 这是由 PLC 提供给模拟单元然后到 变频器到状态保持时间间隔的命令的类型。（ 2） 在 各 种操作 水平之间 20， 参数单位 td 控制斜坡上升和斜坡下降时间， 行成 软过渡条件命令 的类型 。 在一个房间里 ， 炉包括一个三相加热器，其为 3 千瓦的额定功率，以 220 伏的额定输入电压，额定频率为 50Hz 和星形连接的。 3 频率控制加热系统的数学描述 在 PLC 与变频器控制的三相加热系统的主要重要的部分是变频器和三相炉。 3.1 变频器的建模 从所有类型 的用于调节的 变频交流电机 来看， 更重要的是晶闸管变频器有明确的直流
