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国家职业资格全省(或市)统一鉴定
维修电工论文
(国家职业资格Ⅰ级)
论文题目:PLC在轮船曲轴探伤机上的应用
姓 名: 顾 少 柏
身份证号: 320924196403158913
准考证号:
所在省市: 江苏省盐城市
所在单位: 盐城市射阳盐场
PLC在轮船曲轴探伤机上的应用
顾少柏
摘要:PLC控制系统在国内具有领先地位的新型轮船曲轴探伤机中的应用。
关键词:探伤机 可编程控制 应用
轮船曲轴是大型船舶动力机械的重要部件,它的裂纹多数是在运行过程中受外载交变应力而产生。金属疲劳会使这些裂纹逐渐扩大,这种裂纹很隐蔽,具有很大危险性。由于大型船舶的曲轴个大、体重,以前没有专用设备对其进行全方位探伤检查,各检修部门多数采用马蹄探伤仪且以目视为准。劳动强度高、人为误判率、漏检率高,且需用专用行吊配合方能有效探伤,探伤成本昂贵,无法完成国家安监委航运部门下达的对大型船舶动力重要部件“全面探伤检查”的生产任务。基于上述原因,笔者以前所在的工作单位:“江苏射阳无损检测研究所”研制了LC—4000型多用磁粉探伤机这一可靠的检测设备。它具有探伤灵敏度高、自动化程度大的特点。该机通过了铁道部运输局技术评审,经专家现场测试主要技术指标符合JB/T8290一1998《磁粉探伤》标准,技术上具有国内先进水平,并获得了国家级新产品证书。该产品要求用PLC程序控制器来控制整个系统的操作流程:如工件的轴向移动、夹紧、转动、喷洒磁悬液、冲磁、退磁、松夹等,整个检测过程全部都由PLC控制相应的伺服机构自动完成。
1.电气部分主要技术参数:
1.1 输出电流:周向AC:0一3000AT,连续可调,带断电相位控制;
纵向AC:0一18000AT,连续可调,带断电相位控制;
1.2 磁化方式:周向、纵向、复合磁化;
1.3 暂载率:≥25%;
1.4 充磁时间:≥2S;
1.5 气源压力:≥0.5 Mpa;
1.6 休机时间:≤18S;
1.7 退磁时间:6S;
1.8 退磁效果:≤0.5mT(试件);
1.9 灵敏度:AL型试片15/50,清晰显示;
1.10 电源:三相四线:380V、50HZ,约150A;
1.11 使用环境:一10℃一+40℃;
1.12 相对湿度:≤85%;
2.设计方案
2.1总体方案拟定
根据曲轴检测工艺及检修工序的要求来完成承载小车、夹持装置、传输装置、磁化喷淋系统、机械及控制系统的设计和制造。
2.1.1 探伤机的结构和探伤工艺流程要求
该机由上(下)料台、磁化(喷淋)机、清洗机、烘干机等机台组成,传动台车兼有夹持工件、翻转工件。向工件和多匝线圈导入周向电流和纵向电流进行磁化的功能。探伤工件由吊车吊放在台车上,夹持装置电动推进(进料),达到主机中的预定位置后自动停下,弹性电刷自动接通电极(夹紧)。此时通电磁化(充磁),同时喷洒磁悬液(喷液)、磁化结束,台车退出磁化装置。达到预定位置自动停下;电动翻转工件(转动),便于全面观察检查;检查完毕重复磁化前动作(夹紧)进行退磁(退磁),退磁后将工件传动至吊装位置,由吊车将探伤完毕的工件吊走,进人下一个工序循环作业。
2.1.2 周向磁化
从曲轴两边夹持通电进行周向磁化,使磁场强度在曲轴中段外表面达到磁化标准2400A/m的要求。
2.1.3 纵向磁化
利用开合线圈通电后产生的磁场对曲轴的纵向进行磁化,以使其达到18000AT的磁化要求。
2.2 电路构成
该电器部分主要由主电路、控制电路、触发电路组成。
2.2.1 主电路
该机主电路由周向电流发生器和纵向电流发生器为核心的两套电路组成,用来为探伤机提供磁化电流。三相380V电源的AC相接周向磁化电源变压器;BC相接纵向磁化变压器。周向、纵向磁化电流的调整,分别由两只KP系列可控硅完成。改变串接在主变压器初级回路中的可控硅的导通角即可改变主变压器初级的电压幅值,从而改变变压器次级输出电压的幅值,达到调整电流的目的。见图1、图2。
图1 探伤机主电路电路图
图2 电流发生器电路
2.2.2控制电路
控制电路由1台JH120一40可编程控制器(PLC)及外围元件组成。电路控制方式简单,动作可靠。用PLC程序控制,设备功耗小,程序可塑性大。控制电路如图3所示:
图3 探伤机控制电路原理图
2.2.3触发电路
图4 探伤机触发电路 图5 磁化、退磁曲线
该设备可控硅移相触发电路采用新研制开发的较先进的PLC移相技术,使该电路具有移相范围宽,锯齿波线性好,控制方式简单,有失效保护,触发输出电流大,脉冲宽度可调等一系列优点,在一块高性能专用TCA785触发模块上将探伤机功能集成一体,使可控硅触发更为可靠。除具有充磁、退磁外,采用电流跟踪设计,欠流报警输出,并具有交流断电相位控制、休机时间控制功能。
图4中CON,COM之间电压的控制由PLC根据程序自动实现,具体实现依赖于PLC的模拟量输人、输出模块。PLC可控硅触发电路原理图中用的是双路输人单路输出的模拟量模块。其中一个模块的两个输入口分别接至周向、纵向变压器输出端的电流传感器的输出端上取实时返回的电流信号。两个模块上的各一个输出端分别接周向、纵向移相触发模块的CON与COM端。这样就构成了完整的触发可控硅的电路。
可控硅电流触发的软件编程思路是:根据设定的磁化电流值及磁化时间、退磁时间要实现如图2的磁化、退磁电流曲线。在磁化时要在一个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。这个设定值可以几百安培到数千安培,而磁化的时间一般只有1—3S。这里的一个难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。一个优秀的磁化触发电路要实现良好磁化效果,就要尽量的使触发可控硅生成的磁化曲线达到或近似图5的磁化曲线。
3、程序软件
3.1 PLC端口号命名
3.2 PLC线圈号含义
表-1PLC线圈号
端口
功能
端口
功能
端口
功能
端口
功能
端口
功能
端口
功能
400
启动
406
工控
500
正转
506
充磁
430
进料线圈
437
反转线圈
401
暂停
407
进料
501
反转
507
退料
431
出料线圈
530
电极线圈
402
复位
410
电极夹紧
502
停止转动
510
出料
432
缓冲线圈
534
左喷线圈
403
轮压开关
411
电极返回
503
闭合到位
511
门帘正转
433
喷液线圈
535
右喷线圈
404
手动
412
线圈闭合
504
喷液
512
门帘反转
434
磁化线圈
405
自动
413
返回线圈
505
停喷
513
返回到位
436
正转线圈
3.3 控制要求控制要求见2.1。
3.4 PLC程序表(见表2)
表-2:LC—4000型轮对磁粉探伤机控制指令表(节选)
行号
指令
行号
指令
行号
指令
行号
指令
行号
指令
行号
指令
1
LD71
26
5630
51
OUT432
76
LD55
101
5627
126
OUT451
2
OUT671
27
STL630
52
OUT436
77
S607
102
n.627
127
K1.5
3
K601
28
OL T430
53
OUT437
78
STL607
103
OUT430
128
LD451
4
OUT672
29
OUT431
54
OUT53
79
OUT430
104
OUT432
129
NOP
5
K620
30
OUT50
55
K5
80
OUT432
105
OUT437
130C
613
6
OUT670
31
K6
56
LD53
81
OUT436
106
OUT434
131
STL613
7
K103
32
LD50
57
S605
82
OUT437
107
OUT650
132
OUT430
8
s600
33
S602
58
STL605
83
OUT530
108
KK20
133
OUT432
9
LD405
34
STL602
59
OUT430
84
OUT56
109
LD650
134
OUT436
10
PLS103
35
OUT430
60
OUT432
85
K1.5
110
S611
135
OUT452
11
LD404
36
OUT51
61
OUT436
86
LD56
111
STL611
136
K2
12
OR401
37
K3
62
NOP
87
S624
112
OUT430
137
LD452
13
CJP700
38
LD51
63
OUT437
88
STL624
113
OUT432
138
S614
14
LD103
39
S603
64
OUT530
89
OUT430
114
OUT436
139
STL.614
15
S600
40
STL603
65
OUT54
oo
OUT552
115
OUT437
以下略
16
ST600
41
OUT430
66
K1.5
91
K2
116
OUT450
17
LD400
42
OUT432
67
LD54
92
LD552
117
K15
18
PLS100
43
OUT434
68
S606
93
S610
118
LD450
19
LD100
44
OUT437
69
STL606
94
STL610
119
S612
20
S601
45
OUT52
70
OUT430
95
OUT430
120
STL.612
21
STL601
46
K20
71
OUT432
96
OUT434
121
OUT430
22
OUT537
47
LD52
72
OUT436
97
OUT433
122
OUT432
23
OUT552
48
S604
73
OUT437
98
OUT57
123
OUT436
以上略
24
K8
49
STL604
74
OUT55
99
K20
124
OUT437
304
EJP701
25
LD552
50
OUT430
75
K2
100
LD57
125
OUT530
305
END000
参考文献:《可编程控制器原理及应用》 王冬青 人民邮电出版社 2002
《可编程控制器应用指南》许以徐 宫淑珍 电子工业出版社 2008
《西门子PLC应用指南》 胡建 机械工业出版社 2010.1
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