蒸发器清洗装置电控系统的创新设计

摘 要：采用数控方式控制清洗装置，以伺服驱动器和伺服电机构成的半闭环伺服系统；设计了清洗装置的电气控制系统，包括电源系统、主控制单元、继电器系统、手持单元、分度转盘、液压回路与气动系统和开关量输入输出信号。

关键词：蒸发器清洗；数控系统；伺服驱动；电气控制

面对现场自动清洗作业的工作环境，清洗装置需要满足防尘、低噪音、抗腐蚀、抗高温、高效能等要求。使用数控系统是采用开放式体系结构设计的世纪星系列HNC-210B数控系统，内置嵌入式工业PC、内嵌式PLC接口于一体，以数控方式控制机械装置，针对自动清洗作业时的特点及功能需求，设计了以华中数控系统为主控制单元的电气控制系统。

1控制系统的设计

清洗装置的控制系统以世纪星系列HNC-210B数控系统为主控制单元，配置10.4英寸的彩色液晶显示屏和手持单元接口，内嵌式PLC接口与传感器和送管器机构的开关量信号连接，XY向直线导轨机构和回转支撑机构上的伺服电机通过伺服驱动器与主控制单元相连，从而形成高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用和可靠性高的控制系统，可以同时控制XY向直线导轨机构上的4个直线进给轴和回转支撑机构上的1个旋转轴，支持4轴联动。XY向直线导轨机构和回转支撑机构上的伺服电机通过伺服驱动器与主控制单元连接，构成伺服控制系统；送管器机构、传感器及手摇脉冲盒通过内嵌式PLC接口与主控制单元相连构成电气控制系统；液晶显示屏被主控制单元集成在一起，构成了控制操作台，对清洗装置的运行实施控制和监视，清洗装置总体控制系统框图如图1所示。

图1清洗装置控制系统总体结构框图

2 伺服控制系统

蜂窝式蒸发器内的加热管遍布于整个圆形蒸发器内，清洗装置需对每根加热管进行清洗，XY向直线导轨机构和回转支撑机构构成的定位系统需对平面内每个加热管进行精确定位，因此需要伺服电机和伺服驱动单元构成的伺服系统对定位系统实施位置控制。

2.1伺服控制系统的结构

为满足自动清洗作业的要求和保证自动清洗作业能准确和高效的完成，采用可靠的、精度高且运动惯量较小的伺服系统是必须的，其包括主控制单元、伺服驱动器和伺服电机组成。

2.2主控制单元

清洗装置需要同时控制四轴做直线运行，同时能控制旋转轴做旋转运动，因此需要一个多轴控制系统。清洗装置的伺服系统主要包括华中数控系统、伺服驱动单元和伺服电机组成。其中伺服电机包括X向直线导轨机构上的驱动电机、Y向直线导轨机构上的驱动电机和回转支撑机构上的驱动电机，分别带动送管器机构在X向直线导轨机构、Y向直线导轨机构上做直线运动，在回转支撑机构上做旋转运动。根据蒸发器加热管的位置编写G代码程序，输入到华中数控系统中，以华中数控系统为主控制单元来控制伺服电机的速度、位置和方向，使其准确定位到指定位置，并将上述信息反馈到主控制单元的液晶显示屏上。

该清洗装置的主控制单元主要采用XS2接口连接键盘，XS7连接鼠标，用键盘和鼠标去调试系统；用XS8连接手持单元，用手持单元手动控制装置的运行；用XS10、XS11、XS20、XS21连接输入输出端子板，输出端子板用来接收开关量信号；XS30、XS31、XS32、XS33、XS34连接伺服驱动单元，便于控制伺服驱动单元。

2.3伺服驱动单元

交流伺服驱动单元具有控制简单、灵活；状态显示齐全；宽调速比；体积小巧、易于安装等优点。伺服驱动单元发出脉冲量，控制伺服电机的运行，同时伺服电机的编码器测量电机实际运行的速度和位置，并反馈给伺服驱动器，伺服驱动器根据反馈值与目标值的对比来调节伺服电机。

伺服驱动单元采用HSV-160B系列全数字交流伺服驱动单元，连续电流为9.6A/30分钟，短路时最大电流14.4A/1分钟，位置控制方式有两相A/B正交脉冲、脉冲+方向CCW脉冲/CW脉冲三种输出方式，清洗装置的伺服驱动单元采用脉冲+方向CCW脉冲的输出方式，采用三相隔离变压器供电，控制信号端子和故障连锁端子与主控制单元相连，编码器信号端子与伺服电机编码器相连。

3 电气控制系统

清洗装置采用的数控系统内置PLC，不仅可以执行基本的逻辑运算、顺序控制、定时计数等操作的指令，而且还能通过数字或模拟信号的输入和输出，完成对控制对象过程控制、顺序控制等操作，实现对各种控制对象的运动参数及信息的收集。电气控制系统外围电路主要包括电源系统、主控制单元总体连接、继电器系统、手持单元、分度转盘和开关量输入输出信号。

清洗装置控制操作台在清洗作业对象蒸发器外部，主控制板及伺服控制系统均在电气控制柜内。当接通电源时，指示灯一会亮，指示系统供电正常，控制操作柜内部装有漏电保护空开和热过载继电器，防止系统发生漏电、短路、过流和过载等情况。当系统发生故障或系统报警时，指示灯二亮，蜂鸣器响；当系统处于准备运行时，指示灯三亮；当系统正常运行时，指示灯四亮；指示灯和蜂鸣器保证了操作人员在任何方位都能获知清洗装置的运行情况，对清洗装置起到了安全保障作用。同时，手持单元和控制面板上均装有急停按钮，操作人员可以根据报警和故障的信号来决定是否急停，防止事故进一步恶化。

4小结

本文对清洗装置控制系统硬件系统做了详细介绍，设计了以主控制单元为核心的伺服控制系统，设计的外围电路图包括电源系统、继电器系统、手持单元和分度转盘等。主控制单元集成了液晶显示屏，能显示清洗装置运行时的各种参数；当装置发生故障或报警时三色灯和蜂鸣会提醒操作人员，从而保证了该装置的安全性；同时安装了行程开关作为清洗装置运行时的硬限位装置，在无法自動运行程序时，利用手持单元可对清洗装置进行手动控制。

参考文献

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[2]赖红.华中数控系统远程监控与维护技术研究[D].华中科技大学，2004.

[3]刘艳申，曹巨江.弧面凸轮专用数控机床的研究与开发[J].机床与液压，2008，09：81-82.

[4]龚承汉.华中数控系统知识讲座 第2讲 华中数控系统常用系统参数[J].机械工人.冷加工，2003，02：58-61.

（作者单位：山东协和学院）

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