CN100424504C - 磁粉探伤电流的控制方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
磁粉探伤电流的控制方法及其装置，其特征是将设有根据磁粉探伤工艺要求编制的可控硅触发程序的可编程逻辑控制器PLC以及与被检测工件所需要的磁化探伤方向数相对应，每一磁化方向都设有的：PLC模拟量输入/输出模块霍尔电流传感器、移相触发模块、一对反并联可控硅、磁化电流输出变压器组成闭环控制回路，通过霍尔电流传感器采集磁化电流信息输入到模拟量输入模块，经可编程逻辑控制器PLC程序对采集的磁化电流信息与设定值进行比较，通过差值控制输出到模拟量输出模块的电压，经移相触发模块控制反并联可控硅导通角，以控制磁化电流输出变压器的输入回路，完成对磁化电流输出变压器输出电流的闭环调节。
Description
技术领域
本发明涉及磁粉探伤技术领域，特别是一种磁粉探伤电流的控制方法及其装置。
背景技术
目前，一般的磁粉探伤电流的控制采用开环方式，如《无损探伤》双月刊杂志2001年第4期刊登的题为“CJW-2000I交流磁粉探伤机的研制”一文，公开了一种磁粉探伤磁化电流的产生方法和装置。电源通过反并联可控硅给磁化电流输出变压器供电，反并联可控硅受控于移相触发模块，磁化电流输出变压器产生的磁化电流没有检测和反馈装置。其工作过程是，工件夹紧后，置波段开关SA2于所需位置(如周向)，置充退磁转换开关SA3于充磁或退磁位置(如充磁)，按动工作按钮SB1，则周向充磁，SB3置于退磁，则周向自动衰减退磁，其充/退磁电流的大小由电位器RP1控制，将SA2置于纵向时，从向电流大小由电位器RP2控制，充/退磁转换及工作与周向相同，若需复合磁化，则将SA2置于复合位置，此时周向电极，纵向线圈同时有电流通过，可进行复合磁化和退磁。该磁粉探伤机中，磁化电流的大小是通过电位器RP1或RP2预先设置，其不足之处在于磁化过程中，充退磁曲线不能按照预先设定的理想曲线进行，同时当工件或电极造成接触不良等非正常状态，无法自动提示。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种磁粉探伤电流的控制方法及其装置，它应用可编程逻辑控制器PLC及相关器件，实现可控硅触发的闭环控制，保证电流在磁粉探伤工艺设定且允许的范围内可靠工作。当工件或电极造成接触不良等非正常状态时可以通过欠流、过流报警提示操作员本次探伤状态从而很好的控制非常因素对探伤影响。
本发明的上述目的由以下技术方案实现：磁粉探伤电流的控制方法，其特征是将设有根据磁粉探伤工艺要求编制的可控硅触发程序的可编程逻辑控制器PLC以及与被检测工件所需要的磁化探伤方向数相对应，每一磁化方向都设有的：PLC模拟量输入/输出模块、霍尔电流传感器、移相触发模块、一对反并联可控硅、磁化电流输出变压器组成闭环控制回路，通过霍尔电流传感器采集磁化电流信息输入到模拟量输入模块，经可编程逻辑控制器PLC程序对采集的磁化电流信息与设定值进行比较，通过差值控制输出到模拟量输出模块的电压，经移相触发模块控制反并联可控硅导通角，以控制磁化电流输出变压器的输入回路，完成对磁化电流输出变压器输出电流的闭环调节；
可编程逻辑控制器PLC内，与被检测工件所需要的磁化探伤方向数相对应，每一磁化方向都设有包括磁化过程和退磁过程的程序，编制流程按以下步骤：
磁化过程：
第一步：给定电流设定值和磁化时间设定值；
第二步：输出电流设定值，经外围模拟量输出模块D/A转换，再经移相触发模块控制反并联可控硅导通角，使磁化电流输出变压器输出相应的电流；
第三步：读取经模拟量输入模块A/D转换来的，由霍尔电流传感器感应的磁化电流输出变压器输出相应的电流；
第四步：计算电流设定值与读取值之差，将上一次输出值与本次计算结果之和输出；
第五步：判断时间是否到达磁化时间的设定值，若未到时间转第三步，若时间到输出一关断值，使可控硅关断；
退磁过程：
第一步：给定电流设定值；
第二步：输出电流设定值，经模拟量输出模块D/A转换，再经移相触发模块控制反并联可控硅导通角，使磁化电流输出变压器输出相应的电流；
第三步：读取经模拟量输入模块A/D转换来的，由霍尔电流传感器感应的磁化电流输出变压器输出相应的电流；
第四步：计算电流设定值与读取值之差，将上一次输出值与本次计算结果之和输出；
第五步：重复第四步一段时间，以达到磁化的效果；
第六步：给定设定退磁时间值；
第七步：递减输出，直至在设定退磁时间到时，递减输出亦到零，输出一关断值，使可控硅关断。
对于具有多个方向磁化的多路磁化电流输出变压器输出电流的闭环回路，可编程逻辑控制器PLC内的程序完成对应多路的读取经模拟量输入模块A/D转换来的，由霍尔电流传感器感应的磁化电流输出变压器输出相应的电流，计算电流设定值与读取值之差，将上一次输出值与本次计算结果之和输出。程序上可以采用串行或者并行等方式编制，如串行地对每一路进行“读取——计算——输出”，或者并行地“读取多路——分别计算——分别输出”等方式。
电流设定值和时间设定值可以分别由两个电位器提供，电位器的相关模拟量经模拟量输入模块A/D转换，送到可编程逻辑控制器PLC；电流设定值和时间设定值也可以由计算机提供，计算机与可编程逻辑控制器PLC相连接。
针对于电网电压的波动而引起输出电流波动，设置了电网电压测量传感器，通过对电网电压的跟踪实时调节PLC内部控制参数，配合计算机与PLC的实时通讯自动记录探伤电流大小，由计算机发出报警信息，提示操作员对探伤工件或电极等做相应处理再做探伤，实现探伤电流的智能化控制。其电网电压补偿方法是：在磁化过程和退磁过程的程序中，可编程逻辑控制器PLC读取经模拟量输入模块A/D转换来的，由霍尔电流传感器感应的磁化电流输出变压器输出相应的电流值的同时，读取电网电压测量传感器来的电网电压值，计算电网电压稳定的常值与电网电压测量传感器来的电网电压值之差，将该差值加入到可编程逻辑控制器PLC输出值之中。
根据上述方法设计的磁粉探伤电流的控制装置，其特征是包括有以下硬件构成：
(1)、设有可控硅触发程序的可编程逻辑控制器PLC；
(2)、与被检测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的PLC模拟量输入与输出模块；
(3)、与被检测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的霍尔电流传感器；
(4)、与被检测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的移相触发模块；
(5)、与被检测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的，为移相触发模块提供电源的同步变压器；
(6)、与被检测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的磁化电流输出变压器；
(7)、与被检测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的，为磁化电流输出变压器供电的一对反并联可控硅；
(8)、磁化电流输出变压器输出端的磁化负载；
硬件连接关系：磁化电流输出变压器的输出接霍尔电流传感器，霍尔电流传感器的输出接模拟量输入模块，其A/D转换输出接可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制器PLC输出接模拟量输出模块，其D/A转换输出接移相触发模块，移相触发模块输出接反并联可控硅，反并联可控硅输出接磁化电流输出变压器的输入回路，交流电源分别接可编程逻辑控制器PLC、同步变压器、反并联可控硅，对工件产生磁化作用的负载连接在磁化电流输出变压器的输出端。可编程逻辑控制器PLC设有三个开关量输入端，分别接入磁化、退磁、复位按键开关，用于控制其内部程序工作；设有一个开关量输出端，完成对控制继电器的通断控制，控制继电器接于移相触发模块的输出端和反并联可控硅的控制端之间；一个磁粉探伤磁化电流大小设定电位器和一个磁粉探伤磁化电流时间设定电位器分别经模拟量输入模块A/D转换送到可编程逻辑控制器PLC，用于控制磁粉探伤磁化电流的大小设定和磁粉探伤磁化电流持续时间设定。在反并联可控硅的K、G极之间接有一个二极管和一个串联的RC阻容吸收回路。交流电源与可编程逻辑控制器PLC之间还设有电网电压测量传感器。还可设置计算机与可编程逻辑控制器PLC相连接，用于实时通讯，自动记录磁粉探伤磁化电流大小及非常情况报警。所述磁化负载是夹具或线圈，施加磁场于被探伤工件。
本发明的优点及效果：
1)、采用闭环控制，并跟踪电网电压波动情况自动调节控制参数，实现了系统电流在大电流充磁状态的稳定可靠输出。
2)、方便实现磁粉探伤整机控制数字化。
3)、模块式控制电路，可靠性高，系统维护更方便快捷。
4)、数字式控制原理，便于实现探伤电流的阀门界限设定，方便输出报警信号，保证电流在磁粉探伤工艺设定且允许的范围内可靠工作。当工件或电极造成接触不良等非正常状态时可以通过欠流、过流报警提示操作员本次探伤状态从而很好的控制非常因素对探伤影响。
5)、可控硅的K、G极间接有二极管及RC阻容吸收回路，起到保护和抑制误触发用。
附图说明
图1是本发明的电原理方框图；
图2是本发明的电路图；
图3是磁化电流曲线图；
图4是退磁电流曲线；
图5是可编程逻辑控制器PLC充磁程序流程图；
图6是可编程逻辑控制器PLC退磁程序流程图；
图7是采用周向夹具和纵向磁化线圈动对探伤工件施加磁场示意图；
具体实施方式
图1中，1为同步变压器；2为移相触发模块；3为一对反并联可控硅；4为磁化电流输出变压器；5为磁化负载；7为电网交流电压输入端；8为模拟量输入模块；9为模拟量输出模块；10为霍尔电流传感器；11为电网电压测量传感器；12为可编程逻辑控制器PLC；
图2中(与被检测工件所需要周、纵向两个磁化方向为例)，T01、T02分别为周、纵向移相触发模块用的周、纵向同步变压器；TJ0、TJ1分别为周、纵向移相触发模块；T0、T1分别为周、纵向磁化电流输出变压器；TA0、TA1分别为电流输出型周、纵向霍尔电流传感器，根据实际输出电流的变化输出标准的4-20mA电流信号。K01、K02分别为周、纵向可控硅输出控制继电器；VT1、VT2为一对周向反并联可控硅；VT3、VT4为一对纵向反并联可控硅；⊙为可编程逻辑控制器PLC；①、②分别为用于周、纵向模拟量输入/输出模块；W0、W1分别为磁粉磁化电流大小设定电位器和时间电位器；SB1、SB2、SB3分别为启动磁化工作按键、启动退磁工作按键和装置复位按键；F1为周向磁化负载(电极夹具)、F2为纵向磁化负载(线圈)。
图中主要元器件列表如下：
同步变压器： 2只 380V/18V 15W
移相触发模块： 2只 TRIAC-JKK
霍尔电流传感器： 2只 TKC3000D
磁化电流输出变压器：2只 自制D3000型
控制继电器： 2只 MY2NJ
电阻： 2只 30Ω/5W
电容： 2只 0.01цF
二极管： 4只 1N4007
PLC主机： 1只 TWDLMDA20DRT
模拟量模块： 2只 TWDAMM3HT
可控硅： 4只 KP300
触发控制工作说明如下：
周向可控硅VT1、VT2接到电网A、B相上，由于触发电流同步需要，周向移相触发模块由380到18V的周向同步变压器来提供同步电源信号，周向触发模块上的18V交流电输入端为触发电流同步信号同时也是移相触发模块的电源输入端。周向同步变压器的输入端380V取自电网的A、B相；同理纵向同步信号取自电网的B、C相。移相触发模块的控制输入端为CON、COM，输入信号为直流电压型范围为0-5V。移相触发模块通过输出电压的变化，线性地使可控硅的导角发生变化，从而控制磁化电流输出变压器输出的电流发生相应变化。
CON、COM之间电压的控制由可编程逻辑控制器PLC根据程序自动实现，具体实现依赖于可编程逻辑控制器PLC的模拟量输入、输出模块。在本实施方式中用的是双路输入单路输出的模拟量模块。模拟量模块的输入口分别接至周向、纵向磁化电流输出变压器输出端的电流传感器的输出端，取实时返回的电流信号。TA0、TA1为两个电流输出型电流传感器，根据实际输出电流的变化输出标准的4-20mA电流信号。模拟量模块的输出端分别接周向、纵向移相触发模块的CON与COM端。可控硅的K、G极间接有1N4007二极管及RC阻容吸收回路，起到保护和抑制误触发用。如加装电压修正补偿则需电网电压测量传感器型号可以是WBV414a(输出为4-20mA)。
可编程逻辑控制器PLC的两个开关量输出端Q2、Q3分别连接到周、纵向控制继电器K01、K02的控制端，周、纵向控制继电器K01、K02分别接于周、纵向移相触发模块和周、纵向反并联可控硅的控制端之间，起到必要时彻底关断可控硅的作用。
对于系统分析后根据外部硬件并结合可编程逻辑控制器PLC的编程语言根据磁粉探伤工艺要求来确定电路触发程序的算法，然后根据算法编制相关程序实现可控硅触发技术。整个系统控制流程为：
在设定磁粉探伤磁化电流大小与时间，给定经验初值的基础上：
第一步：由启动充/退磁工作按键发出充/退磁信号给可编程逻辑控制器PLC；
第二步：可编程逻辑控制器PLC发出信号，经由模拟量模块输出、移相触模块、反并联可控硅输出，从而使磁化电流变压器输出产生探伤激励电流；
第三步：电流传感器测量磁化电流变压器输出的探伤激励电流，经由模拟量模块输入模块送至可编程逻辑控制器PLC；
第四步：可编程逻辑控制器PLC计算返回值与设定值差值，产生校正输出控制电压的值；
第五步：转到第二步。
如此反复直到达到设定的时间。
电流的设定由计算机或相应的电位器调节，充退磁信号由按键开关输入，初值通过实际试验取得整个控制系统的编程思路是：根据设定的磁化电流值及磁化时间、退磁时间要实现如图3、4磁化、退磁电流曲线的控制效果。
在磁化时要在很短时间内将磁化电流升到设定值，然后保持一定时间，在设定的时间内关断，达到磁化的效果。设定值可以从几百安培到数千安培，磁化的时间一般只有1～3S。这里的一个重点就是要在短时间内将电流调到一个较大值，而又不能出现超调现象，然后将电流在设定点稳定并在设定时间到达后关断，不能出现电流波动和超调现象。要实现良好探伤效果，就要尽量的使触发可控硅生成的电流曲线达到或近似如图3、4磁化、退磁电流曲线。本发明中，充磁和退磁的电流为1-3秒，电流为百安-千安级。
程序设计上给定了周向、纵向电流设定字，磁化、退磁时间设定字，内部磁化、退磁启动位。根据设定的值对可编程逻辑控制器PLC模拟量输出端给一个初值，此初值是由一个经验拟定的一次函数通过设定值计算而来，函数的相关参数则由实验得来。让电流在一个短时间内升到一个较大的值(但又要低于设定值)不会出现超调。再通过检测输入端的信号，把返回值与输入值相比较，根据二者之间的差值，再通过处理得到一个调节增量(F1＝It/Is+F0；式中ΔI＝It*F1；F1为调节系数、It为返回信号与设定值的差值、Is为设定值、F0为经验系数、ΔI为调节增量)。通过这样一个闭环调节使得电流能够满足磁化曲线的要求。而需要退磁时根据退磁曲线，只需将前半段作为磁化过程，后半段再做如下处理就能很好的实现退磁效果。在磁化完成后根据给出的输出端值，计算得到退磁调节的量，其公式为：ΔI1＝(Is-I0)/(Ts/T0)，式中ΔI1为退磁调节量、Is为设定值(前段磁化的最大值)、I0为经验值、Ts为退磁设定时间、T0为调节周期。将上述计算公式转换为实际的可编程逻辑控制器PLC控制程序，然后通过现场实验来完善功能，一个智能的可编程逻辑控制器PLC控制的磁粉探伤磁化电流控制装置就得以完成。
磁化曲线，Is电流设定值，根据不同的工件及磁化时间的不同，该设定值有所不同。根据现行通用规范的要求主要是保障通电在2400A/m的这样一个这样的表面磁场强度标准即能满足要求。Ts磁化时间，主要是为了保障工件充分磁化而选取的一个适当时间值一般在1∽3s左右，具体根据实际标准试片的灵敏度效果来定磁化电流与磁化时间。在磁化时对于电流的上升的曲线越陡越好，这样可以在规定的时间内更好的对工件进行磁化。
退磁曲线，Is电流设定值，Ts退磁时间；退磁时要求电流在1∽2s的时间内将上升到设定值，上升的曲线越陡越好，在退磁时的退磁曲线下降段则越缓越好即退磁时间越长越好，但考虑到退磁效率及实际上检测时的剩磁，时间到一定时间即无法明显的降低剩磁。所以退磁时间一般在5∽10s。
图7中：21、22为周向通电磁化的两个电极夹具，连接到周向磁化电流输出变压器的输出端；23为被检测的工件；24为纵向磁化线圈，线圈连接纵向磁化电流输出变压器的输出端。
Claims (8)
1. 磁粉探伤电流的控制方法，其特征是将设有根据磁粉探伤工艺要求编制的可控硅触发程序的可编程逻辑控制器PLC以及与被检测工件所需要的磁化探伤方向数相对应，每一磁化方向都设有的：PLC模拟量输入/输出模块、霍尔电流传感器、移相触发模块、一对反并联可控硅、磁化电流输出变压器组成闭环控制回路，通过霍尔电流传感器采集磁化电流信息输入到模拟量输入模块，经可编程逻辑控制器PLC程序对采集的磁化电流信息与设定值进行比较，通过差值控制输出到模拟量输出模块的电压，经移相触发模块控制反并联可控硅导通角，以控制磁化电流输出变压器的输入回路，完成对磁化电流输出变压器输出电流的闭环调节；
可编程逻辑控制器PLC内，与被检测工件所需要的磁化探伤方向数相对应，每一磁化方向都设有包括磁化过程和退磁过程的计算机程序，编制流程按以下步骤：
磁化过程：
第一步：给定电流设定值和磁化时间设定值；
第二步：输出电流设定值，经外围模拟量输出模块D/A转换，再经移相触发模块控制反并联可控硅导通角，使磁化电流输出变压器输出相应的电流；
第三步：读取经模拟量输入模块A/D转换来的，由霍尔电流传感器感应的磁化电流输出变压器输出相应的电流；
第四步：计算电流设定值与读取值之差，将上一次电流输出值与本次计算结果之和输出；
第五步：判断时间是否到达磁化时间的设定值，若未到时间转第三步，若时间到输出一关断值，使可控硅关断；
退磁过程：
第一步：给定电流设定值；
第二步：输出电流设定值，经模拟量输出模块D/A转换，再经移相触发模块控制反并联可控硅导通角，使磁化电流输出变压器输出相应的电流；
第三步：读取经模拟量输入模块A/D转换来的，由霍尔电流传感器感应的磁化电流输出变压器输出相应的电流；
第四步：计算电流设定值与读取值之差，将上一次电流输出值与本次计算结果之和输出；
第五步：重复第四步一段时间，以达到磁化的效果；
第六步：给定设定退磁时间值；
第七步：递减输出，直至在设定退磁时间到时，递减输出亦到零，输出一关断值，使可控硅关断。
2. 根据权利要求1所述的磁粉探伤电流的控制方法，其特征是电流设定值和时间设定值可以分别由两个电位器提供，电位器的相关模拟量经模拟量输入模块A/D转换，送到可编程逻辑控制器PLC；电流设定值和时间设定值也可以由计算机提供，计算机与可编程逻辑控制器PLC相连接。
3. 根据权利要求1或2所述的磁粉探伤电流的控制方法，其特征是针对于电网电压的波动而引起输出电流波动，设置了电网电压测量传感器，通过对电网电压的跟踪实时调节PLC内部控制参数，配合计算机与PLC的实时通讯自动记录探伤电流大小，由计算机发出报警信息，提示操作员对探伤工件或电极等做相应处理再做探伤，实现探伤电流的智能化控制；
其电网电压补偿方法是：
在磁化过程和退磁过程的程序中，可编程逻辑控制器PLC读取经模拟量输入模块A/D转换来的，由霍尔电流传感器感应的磁化电流输出变压器输出相应的电流值的同时，读取电网电压测量传感器来的电网电压值，计算电网电压稳定的常值与电网电压测量传感器来的电网电压值之差，将该差值加入到可编程逻辑控制器PLC输出值之中。
4. 根据权利要求1所述方法设计的磁粉探伤电流的控制装置，其特征是包括有以下硬件构成：
(1)、设有可控硅触发程序的可编程逻辑控制器PLC；
(2)、与被测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的PLC模拟量输入与输出模块；
(3)、与被测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的霍尔电流传感器；
(4)、与被测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的移相触发模块；
(5)、与被测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的，为移相触发模块提供电源的同步变压器；
(6)、与被测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的磁化电流输出变压器；
(7)、与被测工件所需要的磁化探伤方向数相对应的，为磁化电流输出变压器供电的一对反并联可控硅；
(8)、磁化电流输出变压器输出端的磁化负载；
硬件连接关系：磁化电流输出变压器的输出接霍尔电流传感器，霍尔电流传感器的输出接模拟量输入模块，其A/D转换输出接可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制器PLC输出接模拟量输出模块，其D/A转换输出接移相触发模块，移相触发模块输出接一对反并联可控硅，反并联可控硅输出接磁化电流输出变压器的输入回路，交流电源分别接可编程逻辑控制器PLC、同步变压器、反并联可控硅，磁化负载连接在磁化电流输出变压器的输出端。
5. 根据权利要求4所述磁粉探伤电流的控制装置，其特征是可编程逻辑控制器PLC设有三个开关量输入端，分别接入磁化、退磁、复位按键开关，用于控制其内部程序工作；设有一个开关量输出端，完成对控制继电器的通断控制，控制继电器接于移相触发模块的输出端和反并联可控硅的控制端之间；一个磁粉探伤磁化电流大小设定电位器和一个磁粉探伤磁化电流时间设定电位器分别经模拟量输入模块A/D转换送到可编程逻辑控制器PLC，用于控制磁粉探伤磁化电流的大小设定和磁粉探伤磁化电流持续时间设定；在交流电源与可编程逻辑控制器PLC之间设有电网电压测量传感器。
6. 根据权利要求4或5所述磁粉探伤电流的控制装置，其特征是设置计算机与可编程逻辑控制器PLC相连接，用于实时通讯，自动记录磁粉探伤磁化电流大小及非常情况报警。
7. 根据权利要求4或5或所述磁粉探伤电流的控制装置，其特征是所述磁化负载是夹具或线圈，施加磁场于被检测工件。
8. 根据权利要求6所述磁粉探伤电流的控制装置，其特征是所述磁化负载是夹具或线圈，施加磁场于被检测工件。
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