CN108181875A - 一种用于感应热处理设备数据管理与控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于感应热处理设备的数据管理与控制装置，包括PLC的I/0和DA/AD转换模块，PLC的通讯端口与控制系统通讯端口连接，连通PLC与控制系统的通讯，所述的控制系统通过通讯端口连接至模拟信号和数字信号的有源隔离高速采集单元，其中有源隔离高速采集单元为3‑10通道信号有源隔离高速采集单元，经过3‑10通道信号有源隔离高速采集单元的数据采集和控制系统的通讯，再结合PLC的I/0和DA/AD转换模块的实时通讯，实现了多种信号的采集通讯和隔离、逻辑控制。本发明在实现3‑10路模拟信号和数字信号的高速采集和隔离，结合PLC的I/0和DA/AD转换模块的实时通讯，解决电磁环境下数据的高速采集和实时通讯以及基于PLC系统的逻辑控制和数据运算功能的结合问题。
Description
技术领域
本发明涉及感应热处理设备领域，特别针对感应淬火、回火、透热、调质、退火设备的数据管理与控制，具体是用于感应热处理设备数据管理与控制装置。
背景技术
由于感应热处理设备加热电源工作频率在几白赫兹到数千赫兹，会产生很高的电压、电流变化率(即du/dt高和di/dt)，导致感应加热电源产生较强的电磁干扰(EMI)，辐射的电磁波对控制系统的信号采集造成电磁干扰。这种辐射电磁干扰会导致模拟量信号的失真和畸变，严重影响控制系统的数值显示和记录的准确性，造成数据一致性差、数据曲线重合度偏差、出现不规律的误报警等现象。
电磁干扰的另一来源是感应器加热电源的逆变桥，在开关管导通瞬间，初级线圈产生很大的涌流，并出现较高的浪涌尖峰电压；在开关管断开瞬间，由于初级线圈的漏磁，使一部分能量没有传输到次级线圈，而是通过电路中的电容、电感形成带有尖峰的衰减振荡，形成电压尖峰。尖峰电压会通过传感器的工作电源以及传感器的感应线圈传导到控制系统的采集端口上，造成端口通讯中断、数据失真、硬件击穿等现象。
由于控制系统还需要对其他AD/DA信号的运算，以及I/O信号的逻辑控制，伺服系统的速度及位置控制，因此本系统在应用时结合了西门子S7系列PLC、三菱FX系列PLC、三菱Q系列PLC，基于PLC的运算功能和通讯功能，实现设备的功能控制。
由于电磁辐射干扰和有源信号的传导干扰，对控制系统的数据采集、显示准确性和控制信号输出的稳定性，造成了严重的影响，而本系统采集的3-10路模拟信号和数字型号的稳定性，是本系统需要的关键信号，基于PLC系统的逻辑控制和数据运算功能的结合，直接决定着控制系统的使用性能，因此必须要解决信号干扰和通讯速率、以及基于PLC的逻辑控制和数据运算问题。
目前感应热处理设备领域应用的信号采集方法是，如图3所示：为目前应用的信号采集组成和接线图；通过对应的信号变送器进行信号采集，再通过线缆连接到PLC模拟量信号输入端口上，通过PLC的内部多次平均运算和采用屏蔽线缆传导。但这种方法仍然无法从根本上解决信号的采集准确性和数据传输的实时性以及功能控制的稳定性。
发明内容
本发明对于现有感应热处理设备的数据采集、传输、功能控制功能的缺陷，特提供一种适用于感应热处理设备的数据管理与控制装置，实现电磁环境下的信号隔离高速采集与通讯传输，结合PLC的逻辑控制和数据运算功能，实现所述技术目的。
为此本发明采用的技术方案是，一种用于感应热处理设备数据管理与控制装置，包括PLC的I/0和DA/AD转换模块，PLC的通讯端口与控制系统通讯端口连接，连通PLC与控制系统的通讯，其特征在于：所述的控制系统通过通讯端口连接至模拟信号和数字信号的有源隔离高速采集单元，其中有源隔离高速采集单元为3-10通道信号有源隔离高速采集单元，经过3-10通道信号有源隔离高速采集单元的数据采集和控制系统的通讯，再结合PLC的I/0和DA/AD转换模块的实时通讯，实现了多种信号的采集通讯和隔离、逻辑控制。
进一步的改进在于：所述3-10通道信号有源隔离高速采集单元中又分为三部分，其一是电源部分，电源部分将输入电源经过整流单元后为DC 0-5V/15V/24V电压，再通过电源隔离单元和电源保护单元供电；
其二是信号处理单元，信号处理单元中3-10通道信号中的模拟/数字信号通过信号光电隔离单元连接至信号变换处理单元最后至数据处理单元；
其三是网络通讯单元，数据处理单元通过网络通讯模块输出，最后通过通讯端口输出至控制系统。
进一步的改进在于：所述3-10通道信号有源隔离高速采集单元的参数为：电压信号：DC 0-5V/10V ；
电流信号：4-20mA/0-20mA；
频率信号：10Hz--350KHz；
直流偏移：≤10mV；
压摆率：3.6V/µs；
温漂：±10ppm/℃；
时间分辨率20ns；
通道数：3-10CH；
工作温度：0-50℃；
隔离耐压：AC2000V/1分钟；
工作电源：外接DC24V隔离电源。
有益效果：
本发明在实现3-10路模拟信号和数字信号的高速采集和隔离，结合PLC的I/0和DA/AD转换模块的实时通讯，解决电磁环境下数据的高速采集和实时通讯以及基于PLC系统的逻辑控制和数据运算功能的结合问题。
与传统感应热处理设备采用的方法和技术相比，受电磁干扰源的信号采集实现了3-10通道隔离高速采集，达到了信号的高保真度和稳定传输性能，结合PLC的 I/0和DA/AD转换模块的实时通讯，有效的实现了数据管理与控制的可靠性。
附图说明
图1为本发明的构成图。
图2为本发明的3-10通道信号隔离高速采集单元逻辑原理图。
图3为目前应用的信号采集组成和接线图。
图中1是控制系统，2是PLC I/0和DA/AD转换模块，3是电流传感器，4是电压传感器，5是通讯端口，6是有源隔离高速采集单元，611是整流单元，612电源隔离单元，613单元保护单元，621模拟/数字信号输入端口，622是信号光电隔离单元，623是信号变换处理单元，624是数据运算处理单元，631是网络通讯模块。
具体实施方式
本发明如/1、2所示。
一种用于感应热处理设备数据管理与控制装置，包括PLC I/0和DA/AD转换模块2，PLC的通讯端口5与控制系统1通讯端口连接，连通PLCI/0和DA/AD转换模块2与控制系统1的通讯，所述的控制系统1通过通讯端口5连接至模拟信号和数字信号的有源隔离高速采集单元6，其中有源隔离高速采集单元6为3-10通道信号有源隔离高速采集单元，经过3-10通道信号有源隔离高速采集单元的数据采集和控制系统1的通讯，再结合PLC I/0和DA/AD转换模块1的实时通讯，实现了多种信号的采集通讯和隔离、逻辑控制。
所述3-10通道信号有源隔离高速采集单元6中又分为三部分，其一是电源部分，电源部分将输入电源经过整流单元611后再通过电源隔离单元612和电源保护单元613供电；
其二是信号处理单元，信号处理单元中3-10通道信号中的模拟/数字信号621通过信号光电隔离单元622连接至信号变换处理单元623最后至数据处理单元624；
其三是网络通讯单元，数据处理单元624通过网络通讯模块631输出，最后通过通讯端口5输出至控制系统1。
所述3-10通道信号有源隔离高速采集单元6的参数为：
电压信号：DC 0-5V/10V ；
电流信号：4-20mA/0-20mA；
频率信号：10Hz--350KHz；
直流偏移：≤10mV；压摆率：3.6V/µs；
温漂：±10ppm/℃；
时间分辨率20ns；
通道数：3-10CH；
工作温度：0-50℃；
隔离耐压：AC2000V/1分钟；
工作电源：外接DC24V隔离电源。
具体使用时可以采用的PLC为：西门子S7系列PLC、三菱FX系列PLC、三菱Q系列PLC。
Claims (3)
1.一种用于感应热处理设备数据管理与控制装置，包括PLC的I/0和DA/AD转换模块，PLC的通讯端口与控制系统通讯端口连接，连通PLC与控制系统的通讯，其特征在于：所述的控制系统通过通讯端口连接至模拟信号和数字信号的有源隔离高速采集单元，其中有源隔离高速采集单元为3-10通道信号有源隔离高速采集单元，经过3-10通道信号有源隔离高速采集单元的数据采集和控制系统的通讯，再结合PLC的I/0和DA/AD转换模块的实时通讯，实现了多种信号的采集通讯和隔离、逻辑控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于感应热处理设备数据管理与控制装置，其特征在于：所述3-10通道信号有源隔离高速采集单元中又分为三部分，其一是电源部分，电源部分将输入电源经过整流单元后为DC 0-5V/15V/24V电压，再通过电源隔离单元和电源保护单元供电；
其二是信号处理单元，信号处理单元中3-10通道信号中的模拟/数字信号通过信号光电隔离单元连接至信号变换处理单元最后至数据处理单元；
其三是网络通讯单元，数据处理单元通过网络通讯模块输出，最后通过通讯端口输出至控制系统。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于感应热处理设备数据管理与控制装置，其特征在于：所述3-10通道信号有源隔离高速采集单元的参数为：电压信号：DC 0-5V/10V ；
电流信号：4-20mA/0-20mA；
频率信号：10Hz--350KHz；
直流偏移：≤10mV；
压摆率：3.6V/µs；
温漂：±10ppm/℃；
时间分辨率20ns；
通道数：3-10CH；
工作温度：0-50℃；
隔离耐压：AC2000V/1分钟；
工作电源：外接DC24V隔离电源。
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