一、改造背景
紐迪希亞制藥廠有包裝機兩臺，其中加熱電路采用的是交流接觸器控制，觸摸屏上設定加熱參數(shù)（溫度），溫度值由熱電偶測定并傳送到模塊TC01中（見圖1-1）， 當溫度未達到設定
圖1-1 溫度控制電路
溫度時，KL2408輸出端O1輸出高電平（+24V），此時接觸器線圈兩端獲得24V電壓（見圖1-2），其串聯(lián)在主加熱電路中的三對常開觸點閉合，加熱單元開始工作（見圖1-3），當溫度達到目標值時，KL2408輸出端O1輸出低電平（0V），線圈兩端電壓為零，三對常開觸點復位，加熱電路停止工作。由于溫度設定只允許在±5℃內(nèi)變化，交流接觸器K的三對主觸點頻繁通斷，加之生產(chǎn)任務繁重，包裝機基本處于每周6天、每天22小時工作，所以對應加熱單元的三個交流接觸器平均每半年需更換一次，與之相關故障時有發(fā)生，給生產(chǎn)造成很大影響。
圖1-2 加熱控制電路
圖1-3 加熱主電路
二、交流接觸器與固態(tài)繼電器介紹
交流接觸器主要由四部分組成：電磁系統(tǒng)，包括吸引線圈、動鐵芯和靜鐵芯；觸頭系統(tǒng)，包括三副主觸頭和兩個常開、兩個常閉輔助觸頭，它們與動鐵芯聯(lián)動；滅弧裝置，一般容量較大的交流接觸器都設有滅弧裝置，以便迅速切斷電弧，保護主觸頭；絕緣外殼及附件，包括彈簧、傳動機構(gòu)、短路環(huán)和接線柱等。
其工作原理簡單地講，就是當線圈得電時，靜鐵芯產(chǎn)生的電磁力吸引動鐵芯，動鐵芯帶動與其聯(lián)動的動觸片，使觸點閉合，電路從而接通。當斷電時，線圈失電，電磁力消失，動鐵芯依靠彈簧作用力使觸點分斷，電路斷開。接觸器主要用于頻繁通斷的交、直流電路，具有控制容量大，可遠距離操作，配合繼電器可實現(xiàn)定時控制、聯(lián)鎖控制、矢量控制、失壓及欠壓保護，其主要的控制對象是電機，在電熱器、照明、電焊機、電容器等電力負載上也有廣泛應用。
圖2-1 工作原理圖
固態(tài)繼電器SSR（Solid State Relay），是全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點開關器件，它是利用電子元件（如開關三極管、雙向可控硅等半導體器件）的開關特性，達到無觸點、無火花地接通和斷開電路的目的。它實現(xiàn)了弱信號對強電（輸出端負載電壓）的控制。
其工作原理（見圖2-1、2-2）以交流型為例：SSR有兩個輸入端（A、B）及兩個輸出端（C、D），是一種四端元器件。工作時只要在A、B端加控制信號，就可以控制C、D端之間“通”、“斷”，實現(xiàn)開關功能。
耦合電路為A、B端輸入的控制信號提供輸入/輸出通道，并且采用“光耦合”、在電氣上斷開輸入/輸出之間的電，防止輸出端對輸入端的影響。觸發(fā)電路產(chǎn)生標準觸發(fā)信號，驅(qū)動開關電路。過零控制電路是在加入控制信號、交流電壓過零時，固態(tài)繼電器為通態(tài)；當控制信號斷開，繼電器要等待正弦交流電正半周與負半周交界點（即零電位）時，繼電器才斷開。其目的在于防止開關電路產(chǎn)生的射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)。吸收電路是為了防止從電源中傳來的尖峰、浪涌對雙向可控硅管產(chǎn)生沖擊和干擾，一般采用RC電路。
三、電路改造
SSR由固態(tài)電子元件組成，沒有任何可動的機械部件，工作中也沒有任何機械動作；由電路的工作狀態(tài)變換實現(xiàn)“通”和“斷”的開關功能，沒有電接觸點，所以與交流接觸器相比，具有很多優(yōu)點：工作可靠、壽命長（其開關次數(shù)可達108-109次，而傳統(tǒng)的交流接觸器為106次）；無動作噪聲；抗震、耐機械沖擊。此外，SSR還能承受zui大十倍額定電流的浪涌電流。但是，固態(tài)繼電器對溫度的敏感性很強（見圖3-1），工作溫度超過允許值后，必須降熱或外加散熱器。
圖3-1 歐姆龍雙振幅三相加熱器用固態(tài)接觸器
選擇固態(tài)繼電器時，所選額定輸出電壓必須大于兩倍電源電壓值，而且所選產(chǎn)品的擊穿電壓應高于負載電源電壓峰值的兩倍。對于額定輸出電流，一般生產(chǎn)廠家都提供熱降額曲線，如周圍溫度上升，應按曲線作降額使用。
根據(jù)原電路，我們采用歐姆龍G3PB-545B-3N-VD雙振幅三相加熱器用固態(tài)接觸器，其相關參數(shù)如下表：
表1 G3PB-545B-3N-VD技術(shù)參數(shù)表
| 控制部分 | 額定操作電壓 | DC12~24V |
| 使用電壓范圍 | DC9.6~30V |
| 額定輸入電流（阻抗） | 10mA以下 |
| 動作電壓 | DC9.6V以下 |
| 復位電壓 | DC1V以上 |
| 絕緣方式 | 光電三端雙向可控硅開關方式 |
| 動作顯示 | 黃色LED |
| 主電路 | 額定使用電壓 | AC200~480V |
| 使用電壓范圍 | AC180~528V |
| 額定通電電流（25℃） | 4 |
| zui小負載電流 | 0. |
| 接通電流耐量（峰值） | 440A 60HZ 一周期 |
| 適用負載 | 31.1KW以下 |
圖3-2 產(chǎn)品外形及端子配置/內(nèi)部接線
改造時，只需將原接在交流接觸器線圈兩端導線（圖1-2中A1+、A2-）分別接至SSR輸入電路端子（圖3-2中A1+、A2-）即可，實踐證明，換用固態(tài)繼電器后的加熱系統(tǒng)運行良好，一年中再沒出現(xiàn)一次相關故障。
圖3-3 電路實景
