【文章內(nèi)容簡介】 PLC 在國內(nèi)外已 廣泛地應用在 鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、文化娛樂、環(huán)保及交通運輸?shù)雀鱾€行業(yè) [2]， PLC 在其他領域，如家庭自動化和民用中的應用也是迅速發(fā)展，課題 設計就基于 PLC 的智能微波爐控制系統(tǒng) 進行 設計。 PLC 產(chǎn)品的種類繁多。 PLC 的型號不同，對應著其編程方式 、性能、容量、指令系統(tǒng)、結構形式、價格等均各不相同，適用的場合也各有側重 [6]。所以，正確的選用 PLC，有利于提高可編程控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標。 課題設計 PLC 選用三菱公司 FX2N系列的， FX2N系列是三菱公司 PLC 是 FX 家族中最先進的系列。具備高速處理及可增添大量滿足單個需求的特殊功能模塊等特征，為自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。 根據(jù)以上所提的功能要求，選擇具體的可編程控制器，對所需的輸入 /輸出要求進行了分析： 繼電器驅(qū)動： 加熱 、燒烤 、解凍 、轉盤、風扇共 5 個輸出 口 。 指示燈檢測：烹飪模式 （三個） ，定時 模式（三個）、高溫警報、完成提示，共 8 個輸出 口。 蜂鳴器驅(qū)動： 2 個輸出 口（一個工作完成提醒的蜂鳴器，一個高溫報警蜂鳴器，與相應的提示燈合用）。 爐燈： 1 個輸出口。 按鈕 ：啟動 按鈕 、 停止 /復原按鈕 、烹飪模式 按鈕（三個）、 定時 按鈕（三個） 共 8 個輸入 口。 門狀態(tài)檢測： 1 個輸入 口。 溫度傳感器： 1 個輸入 口。 7 加起來 總共需要 14 個輸出 口 ， 10 個輸入 口 。 現(xiàn)在應用最廣泛的 程序編程控制器 有三菱 和 西門子。 三菱 程序編程控制器 使用范圍廣、帶寬穩(wěn)定、成本低、傳輸質(zhì)量高、速率快、構造易變通、適 用面廣可是數(shù)據(jù)處理比西門子弱，但是課程設計中對數(shù)據(jù)處理要求不高。 西門子 程序編程控制器 性能強大、可操作性強、有相應配套的伺服系統(tǒng)和組態(tài)軟件但是價錢過高。 根據(jù)其輸入輸出點數(shù)， 綜合 考慮 選擇三菱 FX2N系列的 FX2N32MR 型的 PLC，如圖 4 所示。 圖 4 三菱 PLC系列 FX2N— 32MR 三菱 FX2N— 32MR 具備高速運算；系統(tǒng)配置即固定又變通；編程易懂簡單；共同的外部設備；可自由的選擇，豐富的品種；外部機器通訊簡單化；令人安心的高性能；使用于多種特殊用途，等優(yōu)點。輸入點： 16， 16 點繼電器輸出，符合課題系統(tǒng)要求。 電機的選擇 以及 基本參數(shù) 普通微波爐中的風扇電機大都采用 15~30W 的單相罩極電機，其作用是對磁控管及高壓變壓器、爐腔等進行通風散熱 [3]。單相罩極電機主要特點：構造緊湊，起動轉矩小，精巧美觀，噪音低，維護方便簡單，振動小。功率因數(shù)低約，效率很低， 25%以下。因此，課題設計選擇的是 YJ61/102。 YJ61 型主要用于微波爐、吸頂式空調(diào)、自動烘手機、冰箱、電教投影儀等。其技術參數(shù)如表 1 所示 風扇電機的主要作用是驅(qū)動風扇為爐腔及高壓變壓器、磁控管 等進行通風散熱。如果風扇電機不工作，就會造成磁控管溫升過高，使熱電斷路器動作，切斷微波爐的電源。 8 表 1 YJ61/102電機技術參數(shù) 型號 頻率 (Hz) 輸出功率 (W) 負載電流 (A) 轉向 電壓 (V) YJ61/102 50 逆時針 220 轉盤電機用于帶動爐腔中的轉盤旋轉，使 食品 在微波場中的位置不斷改變，使 食品 加熱均勻。轉盤電機通常由永磁同步電機和減速齒輪組構成，轉速為 5～8 轉 /分，功率為 3～ 5W。 因此，課題設計選擇的是 49TYJB3。 其主要技術參數(shù)見表 2 和表 。 表 2 49TYJB3電機主要技術參數(shù) 轉 速 噪 音 轉 矩 空載功率 絕緣電阻 30rpm 45db 8W 100MΩ 表 49TYJB3電機主要技術參數(shù) 額定頻率 額定電壓 溫 升 絕緣強度 空載電流 50Hz 220V 60K 1500VAC/min 25mA 磁控管的 選擇及其基本參數(shù) 磁控管是一種用于產(chǎn)生微波能量的真空 電 裝置，如圖 5 所示。管內(nèi)電子與高頻電磁場發(fā)生互相作用在互相垂直的恒定電廠和恒定磁場下，從恒定電場中獲得到的能量轉化為 了微波能量，這樣就能實現(xiàn)產(chǎn)生微波能的目的。磁控管主要由磁控陰極和陽極、能量耦合裝置、磁路和調(diào)諧裝置五部分組成。固定頻率的磁控管中不設調(diào)諧裝置。 其工作原理（如圖 6 所示）：在接通電源之后，高壓變壓器的次級燈絲線圈產(chǎn)生 交流電提供給磁控管的燈絲。同時，高壓繞組產(chǎn)生 2100V 的交流高電壓經(jīng)過高電壓電容器的電流限制，磁控管陽極被加上 經(jīng) 過二極管整流之后得到的 4200V 的直流高壓，實現(xiàn)加速電場。使陰極發(fā)射的電子向陽極加速運動。在電子向陽極加速運動的過程之中還受到永久磁鐵形成的垂直向上的磁場作用，所以電子是進行邊旋 轉邊向陽極加速運動，旋轉速度也不斷變快。陽極為內(nèi)齒輪狀，形成了偶數(shù)個空腔，這被稱為諧振腔。每個諧振腔就是一個微波諧振器，它的諧振頻率取決于諧振腔尺寸。當電子通過共振腔的扇區(qū)時，電子會發(fā)生振蕩，而且頻率會一直增加。微波是電子頻率到達 2450MHz 形成的，由波導管口發(fā)射，再轉移到爐內(nèi)對食物進行加熱。 9 圖 5 磁控管結構圖 圖 6 磁控管的工作原理 1陰極； 2陽極； 3天線； 4磁鐵 1陰極； 2陽極； 3諧振腔； 4電子 經(jīng)過查閱資料之后，課題設計選擇的是 2M217 系列磁控管，此磁控管的性能參數(shù)為表 3 所示。 表 3 2M217系列磁控管性能參數(shù) 陽極電壓 平均功率 頻率 陽極電流 燈絲電壓 耐壓 絕緣（ min） 177。 945177。 40W 2458177。 10MHz 300mA 10177。 2A 10KVDC 200MΩ 高壓變壓器 的選擇及其基本參數(shù) 高壓互感器是一種特殊的漏磁變壓器，變壓器的結構在圖 7 所示。由圖可以發(fā)現(xiàn)，高壓變壓器由 3 個繞組構成，交流 220V 市電電壓加在此繞組之中；兩個為各自的獨立次級繞組；就是輸出交流 的燈絲電壓繞組和輸出交流 2100V左右的高壓繞組。在 初 、次級繞組中有一定 幾片 厚度的硅鋼片，可以使 其 形成一個高磁阻隙磁 的磁分路 。當高壓變壓器工作時，磁分路中會產(chǎn)生一定量的漏磁通，它可以控制著變壓器的輸出電流，使磁控管的工作電流保持相對穩(wěn)定的狀態(tài) 。 圖 7 微波爐高壓 變壓器結構圖 10 這種變壓器 可以在 市電波動范圍較 大 的情況下保持磁控管陽極電流的穩(wěn)定，因而在微波爐中得 到 了廣泛 的 應用，除 了 特種產(chǎn)品 之 外，幾乎所有的微波爐 都 采用這 種 變壓器 [3]。 高壓電容 器的選擇及其基本參數(shù) 在微波爐電路中，高壓電容的主要作用就是“倍壓”作用。高壓電容與高壓二極管組成半波倍壓整流電路，將高壓變壓器次級輸出的 2100V 交流電壓，進過半波倍壓整流就可獲得磁控管陽極所需的 4200V 直流高壓，又可使高壓變壓器減輕總量和縮小體積。 微波爐的高壓電容器規(guī)格是 1uf ，耐壓大約 2021V 交流。 內(nèi) 部并聯(lián)了一個10M 歐姆的電阻作為關機后高壓電容的泄放電阻。 控制系統(tǒng)硬件設計 圖 8 為 智能微波爐控制系統(tǒng) 的主電路控制圖。 圖 8 主電路圖 QF QF2 是低壓斷路器，又叫做自動空氣開關。 低壓斷路器可用于 電能 的分配 ，可以不頻繁地啟動異步電動機，還可以實現(xiàn)對電源線路和電動機的保護功能。在線路發(fā)生短路、欠電壓和過載這些故障的情況下可以自動的切斷電路，熔斷器式斷路器與過流、欠壓、熱繼電器等器件具備的功能，低壓斷路器同樣也具備，最重要的是在故障電流被分斷以后基本上都不必更換各零部件，所以低 壓斷路器被廣泛地使用著。 FU1～ FU3 是熔斷器，熔斷器的結構簡單、價格便宜、使用起來很方便，主要作為供電線路和電氣設備的短路保護，當通過熔斷器的電流超過某一范圍且過 11 了設定的某一段時間之后，電流在熔斷器的熔體部分上面產(chǎn)生的熱 轉盤電機的 量會把熔體的某一部分融化掉使電路斷開，這樣就可以保護電路和設備。 KM1～ KM6 是接觸器，接觸器是一種自動切換開關，主要用來較頻繁地開斷交直流主電路和大容量控制電路等大電流電路。 KM1 為轉盤電機的繼電器； KM2為風扇電機的繼電器； KM3 為爐燈的繼電器； KM4～ KM6 相應為加熱模式、燒烤模式、解凍模式的繼電器，其工作原理為，利用變比不同，電壓不同，磁控管發(fā)出的微波不同，就呈現(xiàn)出工作模式的不同。 FR FR2 是熱繼電器，熱繼電器是利用電流的熱效應原理，然后在電動機出現(xiàn)其不能承受的過載的時候切斷電動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。當電動機的工作電流不超過額定電流時，熱繼電器應該可靠的不動作。 12 4 控制系統(tǒng)軟件設計 PLC 控制設計 PLC 輸入輸出 明細 （ 1）輸入部分 ① 限位開關：設置一個微波 爐門開關，利用開關的不同狀態(tài)模擬微波爐的開關門。 ② 時間設定：通過調(diào)整 10 分、 1 分、 10 秒 按鈕 ，設定系統(tǒng)的工作時間，按啟動 按鈕 開始倒計時 ，