摘 要 介绍了在网带炉生产线中计算机系统与可编程控制器、电气控制系统、变频调速器、以及与外部传感器信号和报警信号的接口方法。
关键词 接口 可编程控制器 传感器 工控机
1 概述
一汽集团热处理厂担负着向集团内各分厂提供热处理零部件的任务，生产的零部件型号达几百个，以前中小规格的零部件一般使用阵地炉或井式炉生产，由于零件小，易产生滚动，使一些零部件的热处理时间过长，造成各个零部件之间的硬度差别大，影响产品的质量。在设备运行过程中，小规格的零件易掉入设备的缝隙，造成卡壳等设备故障。国外80年代末出现了一种网带式淬火炉，成功地解决了上述问题。这些设备一般采用智能仪表进行控制，依然存在着设备的各个环节协调困难、各个报警点和设备急停难以实现动作连锁等问题。在消化吸收国外先进生产工艺和技术的基础上，使用国产STD5000系列总线工控机为核心，实现各个环节的控制与动作协调，成功地解决了上述问题。在设备的研制过程中，采取了多项软件和硬件可靠性措施，保证了设备运行的稳定性。
2 计算机与可编程扩展器的接口
控制系统中可编程控制器（PLC）完成电气设备的控制和逻辑控制，一方面接受计算机的命令，完成相应的动作，另一方面将设备的状态传递给计算机，以便计算机了解系统的工况，决定下一步动作，并以动画模拟系统的运行状况。通常它们之间的信息传递可以用计算机的串行口和可编程扩展器的RS232单元来完成，在本系统中可编程扩展器尚有一些空余的输入／输出单元，系统实现时利用了这些空余单元来完成计算机和PLC之间的通讯，具体实现方式如图1所示。
我们所选用的PLC的输出为无源的继电器输出触点，公共端接外部电源数字地，继电器触点闭合时，会有一段抖动时间，计算机直接采样会产生误动作，我们在控制软件中采用软件滤波方法消除动。
PLC的输入触点的内部结构是以24V为电源的光电隔离电路，原理如图3所示。
3 计算机与变频调速器连接
网带炉结构中两个环节使用网带来传送零部件，分别是淬火炉和回火炉，它们的速度需要随主控点温度的变化进行调节，我们分别使用了两台SAMCON变频器进行调速。计算机需要向靠性，防止外部系统对计算机系统的干扰，采用光电隔离对内外电路进行隔离，计算机接口电路如图5所示。
图5中，D／A转换器的输出经过电压／电流转换器将电压信号转换成电流信号以便变频器使用［1］。
4 计算机与调功器的接口
网带炉对材料的处理主要以淬火和回火环节的热处理为主，对温度的调节是由控制采样周期内双向可控硅导通的时间比例来控制，其触发方式采用过零脉冲触发方式。对于电阻性负载来说，电压过零触发方式不仅电路设计简单，而且不产生波形畸变，对电网影响小。
由STD5475B开关量输出板输出的电压信号，经PM－201调功器转换为标准的TTL点平时间比例控制脉冲。PM－201是自制的以微处理器为核心的调功单元。它的输出是占空比为0～100％的时间比例脉冲，经与同步电路的同步脉冲相遇后，产生决定可控硅通断的触发脉冲。
5 计算机与传感器的接口
外部传感器压力、温度等信号微弱，很容易被干扰信号淹没，除了在控制系统的软件设计上进行滤波外，在外部电路设上必须采取措施，消除干扰，并防止外部干扰信号由此进入系统，影响计算机的稳定运行。
5．1压力信号与温度信号的检测
压力传感器的输出信号为微伏级，要转换成0～5V的标准电压信号，我们采用了多级放大技术。放大电路如图7所示。
图7中，前级放大倍数为100，后级放大倍数为50，放大器A1采用低零漂、斩波自稳零运算放大器ICL7650，放大器A2、A3采用低零漂运算放大器OP－07，为了增加信号的驱动能力，A3用于电压跟随。
温度检测用铂铑—铂热电偶，信号为0～14 mV，信号调理采用图7的1、3级即可。
5．2模拟信号的隔离
计算机输入通道的隔离，一般是在模拟信号转换为数字信号后，有开关型光电器件进行隔离，对于精密A／D转换器，输出的位数较多，加上转换时所需的控制信号，需要的隔离信号很多，所需外围器件多，连线复杂；本系统中采用了精密线性光耦TIL300对模拟信号进行隔离，它是由一个红外LED照射分叉配置的一个隔离反馈光二极管和一个输出光二极管组成，可以补偿LED时间和温度特性的非线性。电路简单，所需外围器件少，隔离电压≥3500V。
6 报警与急停信号的接口
报警和急停信号均为无源的开关量输入信号，这些输入信号一方面要在模拟屏上显示，另一方面要驱动报警器，并要输入计算机作为动作连锁信号。原理框图如图8所示。
图8中，报警和急停信号经74LS244驱动，由LED发光二极管指示，同时送计算机进行处理，所有的输入信号经逻辑与后由三极管驱动继电器，带动220V声光报警器。
7 结论
STD总线工业控制计算机本身具有抗恶劣环境、接口简单等特点；在系统的外部接口电路上我们采用了各种可靠性措施，系统运行以来工作稳定，取得了良好的经济效益。
参考文献
1 魏庆福．STD总线共控机及其应用．科学出版社，1991
