基于PLC等离子喷涂自动控制系统的研究与实现

摘要

随着整个国际社会对环境的不断重视，中国近几年来加大了对环境保护的力度，并出台新的政策以促进节能减排工作的有效进展。众所周知，在世界范围内，每年由于设备老化以及损坏造成的直接经济损失相当严重，而且很多设备的废弃仅仅是因为表面被锈蚀抑或磨损严重。正是在这种背景下，中国的喷涂行业在近几十年发展非常迅速，同时作为其中最为活跃的分支，等离子喷涂的发展也取得了巨大的进步。
　　 传统的等离子喷涂设备采用原始的硬件按钮开关电路接几十个继电器工作，稳定性、可靠性很难得到保证；而且在对等离子弧进行电流调节的时候都是采用传统插排式印制板电路，经常发生接触不良以及短路现象，造成等离子喷涂设备寿命短，故障多，维修困难等一系列问题。
　　 本文在传统等离子喷涂设备的基础上，侧重于对其控制系统的研究与改造。本文采用PLC作为核心处理器对等离子设备外围电路进行控制，利用PLC自带模拟输出端口对电流进行实时调节，并且采用触摸屏技术实现了可视化的人机对话效果。本文主要研究内容有四个方面：1、理论研究方面：包括等离子喷涂涂层形成机理、LC振荡电路原理、高频点火原理、磁饱和可控电抗器基本调流原理等。2、等离子喷涂自动控制系统软硬件设计：硬件主要包括PLC控制柜设计、变送器设计、调流板设计等；软件主要包括触摸屏设计以及PLC程序设计。3、磁饱和可控电抗器建模与仿真：从基础数学理论建模出发，建立基本的MATLAB仿真模型，并进行仿真。4、制作实体PLC控制柜，投入实际应用，采集实验数据并进行理论分析，并对试验中出现的故障进行分析。
　　 经过改造后的控制系统，不仅能有效实现高频点火并在起弧后切断高频信号，降低高频信号对控制系统造成不良影响，而且能实时监控系统中关键变量，在系统出现异常时能有效对系统进行保护。另外，采用触摸屏技术，大大节约了系统成本；利用闭环控制策略，实现了对主电路电流的精确控制。
　　 实验结果证明改造后的控制系统可靠性好，可操作性、实时性强，喷涂效果理想，达到了预期改造目的。