某冶金研究所的“ZD-7”电子束焊机是北京电子组件十二厂1975年专门为该所设计生产的特殊焊接设备，它主要由高压电源、真空系统，焊接辅助控制系统三大部分组成。限于当时电力电子器件，技术条件等方面的制约，该设备自投入使用三十年以来电气部分始终存着控制精度差、故障率高，高压纹波大的缺点，从而导致生产效率和产品成品率低，无法保证正常生产。经过反复研究该冶金研究所决定对这台电子束焊机的电气部分进行改造，我有幸成为了这个项目的设计负责人。根据技术要求提出如下方案：
1.将原来的接触器。继电器式的电磁控制系统改为由PLC和HMI人机界面操作屏组成的新型控制系统，这样通过清晰美观的组态画面进行操作既提高了操作的自动化程度和直观性，又提高了焊接的控制精度。
2.将原有的手动阀门全部变为电磁阀以实现真空系统的自动抽真空过程。
3.该电子束焊机的聚焦、偏转及焊件进给的公、自转部分原来采用圆盘式陶瓷电阻开环调节，精度低、占用空间大，操作不方便；现用电子板配合PLC模拟量的反馈可以实现闭环控制，精度高、占用空间小，操作灵活方便。
4.电子束焊机的灯丝加热电源采用单相调压调节阴极灯丝加热电流。连接灯丝变压器副边绕组的阴极钨丝冷态直流电阻值只有0.5~1Ω，所以当调节灯丝变压器原边绕组电压时(间接调节阴极灯丝加热电流)，由于灯丝变压器副边绕组极低的阻抗值造成原边激磁电流会在很窄的调节范围内变化很大(直接影响毫安级的电子束流)。因此灯丝加热电源的控制同样需要闭环控制以提高其控制精度和扩大调节范围。
5.其“核心”部分—高压电源采用三相调压器人工开环调压，经三相升压变压器升压，二极管整流供电的方式，这种原始的控制和调节仅满足于试验研究和要求不高的应用场合。体积大、效率低、操作复杂和可靠性差是该电源的主要缺点。参照国内外电子束焊机成形产品及相关资料，决定将原工频高压电源改为高频高压电源。
三．改造实施及现场调试
1．PLC和HMI
本机选用的PLC为西门子公司生产的S7-300系列可编程逻辑控制器，由它实现对设备的各种逻辑控制。CPU单元为315-2DP，配有64K闪存卡以存贮用户程序。通过PLC的逻辑运算模拟量输出来控制高压、束流、聚焦、偏转、焊件公/自转的给定；通过PLC的逻辑运算模拟量输入来显示高压电压值，束流、聚焦、偏转电流值，焊件公自转的速度；通过PLC的开关量输入显示返回状态并且实现电气联锁；通过PLC的关量输出驱动所有外围设备启动或停止；315-2DP功能较强，内部集成了许多SFC(系统功能)，可以对高压、束流进行斜坡函数软启动、PID调节，实现动态调节，另外模拟量模板的分辨率是12位足以满足控制精度。HMI同样选用西门子OP270操作面板，与S7-300的通讯方式为MPI。高压、束流、聚焦、偏转、焊件公/自转的给定和控制均可以在HMI操作，同时在上面读出相应的值和状态。HMI为10英寸液晶屏，外形轻薄，可直接嵌入安装在控制柜门上节省了大量空间。HMI自带Win95操作系统，加上所作的工艺画面完全实现了人机界面，操作起来方便简单