关于工业微波能设备电气控制的几点改进建议

近年来，微波能应用事业的快速发展及现代工业化微波能设备应用与日俱增，使用范围涉及到众多行业，当前国内生产制造厂家也越来越多，从业人员也不断增加，企业在微波能应用方面投入较大精力，成果丰硕；但是目前在产生技术发展过程中出现不均衡，良莠不齐的现象，一些企业规模过小，技术水平无法提高，不少是抄袭仿制，更无创新性和完善化自主产权的微波能设备，尤其在电气自动监测与自动控制方面投入较少，无法提高微波能设备稳定性能。因此如何来监察设备的正常运行，减少设备在维修时所遇到的各种困难，进一步提高工业微波能设备的质量，促进微波能事业的发展，改进当前状况已处于当务之极。现以2450MHz工业微波能设备为例:磁控管工作状态的显示，磁控管工作状态信号的检测，其次是怎样在直流高压接地端信号取样，是否安全，是否影响微波能功率输出和工作的稳定性。多年来本人对工业微波能设备电气控制改进的经验总结，供同业者相互交流和参考。此范例仅限于频率为2450MHz微波能设备电气控制提出个人的改进建议。

一．磁控管工作状态显示电路

频率为2450MHz工业微波能设备，基于工艺要求大多数结构选择成箱体式、隧道式、罐式等。设备功率容量及体积较大、因用户需要，要实现大功率输出，而通常采用多管多位分布式布局方式、配置磁控管，安装数量由数十只磁控管乃至数百只功率为1~2kW磁控管构成总体设备。为了使设备有效地工作，要求每只磁控管能够在正常状态下工作，电气控制系统配置了磁控管工作状态显示电路进行监控。现在多数企业都是直流高压接地端与接地处串接电流表PA、请见(图一、二)或串接电阻R(图三)获取检测信号，无论是用电流表还是串接电阻，元器件均有一定寿命，磁控管在通电状态下，电表、电阻一旦失效或接地端接触不良，检测线路将会把直流高压引至控制系统，因高压泄漏放电造成损坏控制设备，

甚至危及操作者的生命。另一方面，在电路中串接电流表，因此电路存在感抗效应如同串接相应一个电阻，它们在电路中均存现电阻，多少也会造成微波功率的损耗；有些设备为满足生产需要而设计成独立的操作台，显示设备距离磁控管较远，输电连线很长，接线又多，线路散热效果不佳，使用极不安全；交付设备时大多需要两次装拆，给现场安装接线增加大量工作，也浪费大量线材。若摒弃现用的方式，在变压器输入端、串入交流电流互感器(TA)来获取检测采样信号（见图四），检测回路因而完全与直流高压及交流供电系统完全隔离，利用低电位检测手段、提高了安全性能。前述的矛盾弊端将不复存在。本人经过研究与实验，设计并试验制作出两款电路均获得性能较为满意效果的样品。一款专门供可编程序控制器(PLC)输入回路用的一体化互感器检测接囗(图五左)，采用交流电流互感器配上微型电子元件（）组装成一体化形式封装器件，体积小，再经过光电偶合器件隔离输出，主回路强电系统与PLC之间双重隔离, 安全可靠，安装非常方便, 使用时只须将一根电源线穿过互感器(见图五所示), 再把检测线连至PLC输入端子、并将其安放到接触器与变压器之间的适当位置处,因体积小、重量轻、发热量少, 甚至可以放置在行线槽内不用专门固定。由于体积小, 驱动功率有限, 当磁控管高压接通,变压器初级电流4至6A时, 此装置连接到PLC输入端点可以提供4mA左右电流的驱动能力, 能可靠驱动PLC的输入囗(一般小型PLC输入口额定电流都不大, 如三菱FX1N要求大于3.5mA)。（）当电流输出有－定要求或电流较大时，则可选择不同的输出器件,来提高驱动能力、满足不同电参数输出所须要求。另一款是微型交流电流互感器型构件器件，组合IC器件装配成通用电子接口板形式特殊器件电路。每块电路板10mm×75mm (见图五中),它能够接入八只互感器分别检测八只磁控管的工作状态, 每路直流负载能力大于30伏300毫安。用于驱动PLC输入端口超强有余,能满足较大功率的指示灯和直流继电器的需要。该器件应用便捷，只要少加改动还能成为用于分别显示每个磁控管的灯丝点亮和高压接通状态的监察器件。其次、如果在该器件上配备上双色发光二极管则能制成精美的显示屏，应用到传统的继电器控制系统中, 必将获得一种更加动态、实时、直观的监察效果。

       二．使用PLC的几点建议      

(1). 扩大输入端口的功能,（） 精减输入模块的使用数量。在功率较大的微波能设备中, 使用了数十只乃至数百只磁控管, 为了能够显示磁控管高压时的工作状态, 通常每个磁控管采用一路信号接口配一路输入点进行检测, 一台PLC主机通常要配置几个扩展输入模块, 整套系统装置很雍肿, 而输入模块其功能较单一,未能充分发挥模块的作用 在此仅用作检测信号的电平转换接口来使用, 非常浪费资源，而且占用控制箱内不少空间。在这类微波能设备中, 作为微波工作状态显示，安全可靠性、实时性不强。如果改用分时输入方式， 在程序上作适当处理。一个输入点可以分别检测多个磁控管的工作状态(必须满足输入的频率特性), 一个输入点可扩充为多点输入来使用，能节约价钱不菲的输入扩展模块一, 用一台小型的PLC将能完全满足一台装有100~200个磁控管控制系统的微波能设备。PLC的十六进制数(0~F) 键盘的数字输入, 使用手册提供的方法是用四个输出点和四输入点共同完成, 当输出频率（）较高时必须采用晶体管输出，使用晶体管输出时，只能驱动低压直流接触器, 当然也可以使用部分继电器输出点, 因此系统较为复杂, 编写程序麻烦。本文介绍的方案是一种单纯使用输入点配一个电子循环开关构成的回路方案, 其原理简单、编写程序方便、扩充灵活、循环开关的通断频率可调。图六示例所述是用一个八路电子循环开关与PLC输入端口的32个输入点构成的磁控管高压工作状态检测输入回路，PLC的+24V和COM供给电子循环开关板的电源，通电时电子开关(K0~K7)依次循环接通COM与X0~X7; 而X10~X37共24个输入点、分别接入磁控管高压状态信号检测器(T),T的状态可由两个输入状态来判断, 如T0=X0∧X10,T37=X7∧X31等；若X10~X37的每一个输入点接入多个高压信号检测器, 那

么就可以扩大输入点检测数目。图中X10~X37每输入点可接8只磁控管的监测信号,32个输入点则构成的回路可以检测192个(24*8) 磁控管的工作状态。如果电子周期适当延长, 每个输入点即可以接入更多个磁控管的输入信息或者增加循环开关的输出数目。当+24V的功率足够大时, 可以加强电子循环开关的负载能力, 使每路开关驱动接入更多个输入点, 必将会增加检测磁控管的数目。图五右为八路电子开关板实物照片。

(2). 增加物料位移检测、可提高热能效率、使微波能设备成为环保节能（）设备,延长磁控管的使用寿命。常规隧道式微波能设备，被加热物料通过输送带连续送入设备中，加载的物料时多时少甚至是空载，影响到设备能源的使用效率。依靠手工操作很难准确控制磁控管的输入功率，物料受热不均匀，产品质量难以保证，空载和过热则降低设备效率；缺料时磁控管空载而影响管子的使用寿命,浪费能源。建议在输送带入口处设置物料位置检测装置，按工艺要求编写合理的控制程序，上述的问题将迎刃而解。如何设计合适的检测装置呢？由于涉及到用户的行业广泛, 产品众多、特性各异,这是企业比较棘手的问题，若我们按加工对象的特性采取恰当的方法,能够很好解决的。单件物品较容易，散装的粉状、颗粒状的物料，可用物位配以光电式、电容式接近开关检测，也可以用超声波物位检测器和重量法等，在此不一一介绍，请查阅相关的资料。

（3）. 开动脑筋编制合理的自动控制程序 来满足 众多行业用户的要求, 增加些智能化控制, 提高微波能设备性能, 将我国微波能设备性能和质量赶上国际先进水平, 促进国民经济快速发展, 在更多行业中广泛应用微波能设备, 造福于民。以上综述只是 本人工作中遇到过的问题, 在工业微波能设备电气控制改进中、所获得的经验体会加以总结， 所示的电路仅作过试验应用, 还要在实际应用中进行更多改进, 尚须努力挖掘潜力、完善其功能，希望有识之士作更深入的研究,并提出保贵意见、指出错误，相互交流， 使设想付之现实, 更好地促进微波能应用事业不断向前发展.