基于伺服电机控制的γ射线探伤机自动控制仪的设计.pdfVIP

基于伺服电机控制的γ射线探伤机自动控制仪的设计

罗睿

【摘要】γ射线探伤机自动控制仪是γ射线探伤机自动送收源的电气产品,有多种

安全联锁功能.本系统的设计主要完成的功能是通过人机界面预置参数,由可编程控

制器(PLC)根据预置参数精确控制伺服电机转动,完成γ射线探伤源的精确定位,实

现被检测工件探伤曝光,同时能够有效减少冲击对送源软轴的损坏.通过各种可靠的

安全连锁装置,处理探伤工作中各种异常情况的发生.运动过程采用闭环控制,整个系

统具有较高的测量精确度和可靠性,达到对γ射线探伤机自动完成送源—曝光—收

源的精确控制.

【期刊名称】《现代制造技术与装备》

【年(卷),期】2016(000)012

【总页数】3页(P84-86)

【关键词】伺服驱动;PLC高速计数;精确定位;闭环控制

【作者】罗睿

【作者单位】中国核动力研究设计院设备制造厂,成都610000

【正文语种】中文

γ射线探伤机自动控制仪是自动控制探伤源送到曝光位置进行曝光，曝光时间到后

自动把探伤源收回到探伤机主机（屏蔽体）的电气控制装置。

目前，国内γ射线探伤机生产厂家配备的自动控制仪普遍使用直流力矩电机来实

现探伤源的送收，但体积大、质量重，不利于野外探伤；转动惯性大，不能实现精

确定位。中国核动力研究设计院设备制造厂的自动控制仪，主要是PLC程序上采

集源的位移数据和送源卡堵的状态来判断是否达曝光位置。这样的设计虽然可以保

证设备工作时探伤源能够达到曝光头，但每次曝光都会对软轴造成一定的冲击。长

期使用可能造成软轴的变形，减少设备的整机使用寿命。

伺服电机与普通直流力矩电机最大的区别在于拥有电机转子和反馈装置。伺服电机

转子表面贴有强力磁钢片，因此可以通过定子线圈产生的磁场精确控制转子的位置，

并且加减速特性远高于普通力矩电机，运动速度可调可控。所以，使用伺服电机控

制可以通过电机加减速实现放射源的平缓移动。通过反馈参数判断曝光位置而不必

要发生堵转，可以有效保护驱动软轴。

1.1技术指标

本装置主要是通过电机拖动软轴来控制探伤源移动定位的装置。具有以下要求：

（1）采用台达交流伺服电机，型号：ECMA-C30604PS，额定转速：3000r/m，

功率：0.4kW；（2）伺服电机驱动器，型号：ASD-A0421-AB；（3）移动速度

在大于0.5m；（4）中间控制单元采用欧姆龙20点PLC，型号：CP1H并与人机

界面通讯；（5）定位精度：±2mm。

1.2安全保护功能

本系统设计时，伺服电机的运动采用闭环控制和加、减速度运动控制，保证装置定

位运动运行平稳、可靠，尽可能减少对输源软轴的拉伸破坏。

由于位置参数采用的伺服电机的反馈装置——增量型光电编码器，设计时重点考

虑脉冲的采集与计算。

在对贮位信号检测装置上采用可靠性、精确及耐久的非接触式接近开关。

1.3控制软件

根据本系统的要求，软件设计包括PLC梯形图程序设计和人机界面ADP程序设计。

1.3.1人机界面控制软件

需要包含以下几个功能：

（1）设置送源长度、曝光时间、延时时间的参数，并发送给PLC对应的数据存储

区；

（2）向PLC发送控制电机运转指令，包括送源指令和回源指令；

（3）显示当前设备的工作状态，包括探伤源状态、门连锁状态、曝光时间等；

（4）设置人性化的功能按钮，方便操作者操作设备。

1.3.2PLC软件

需要包含以下几个功能：

（1）接受人机界面的信号，发出控制电机的正反转信号和速度控制脉冲给伺服驱

动器；

（2）采集光电编码器脉冲并进行处理和计算，判断探伤源的当前状态；

（3）处理整个电气系统的各种组合逻辑关系，并向触摸屏、伺服驱动器发出处理

信号；

（4）采集贮位信号，保证整个电气系统的安全可靠。

本系统的主要功能是通过人机界面和PLC自动控制γ射线探伤机主机内的探伤源

自动“送源——曝光——收源”的过程，显示探伤源工作状态和实现安全联锁控

制。

通过在人机界面中选择所需要的曝光距离方案，输入曝光时间和延时时间，人机界

面就把所输入的信息传输给PLC数据寄存器。PLC通过程序计算，向伺服驱动器

发送伺服启动信号，方向信号和速度脉冲信号来控制伺服电机的转动。同时，PLC

的高速计数器采集伺服电机反馈的高速脉冲来计算探伤源的位移。当计算的位移达

到所选择的位置时，PLC发出信号停止伺服电机转动，开启曝光时间，让探伤机