PLC及觸摸屏在電動(dòng)閥開度控制中的應(yīng)用

　　電動(dòng)閥已廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合和領(lǐng)域，在一些惡劣的環(huán)境下，傳統(tǒng)的手工機(jī)械調(diào)節(jié)方式已暴露出效率低下、安全性差等一系列弊端。針對(duì)以上情況，根據(jù)電動(dòng)閥的工作原理，應(yīng)用PLC和觸摸屏同電動(dòng)閥進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊和信號(hào)反饋，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)閥開度的全自動(dòng)控制。結(jié)果表明給出的控制系統(tǒng)不僅能有效地解決目前存在的問(wèn)題，而且節(jié)省了人工成本，提高了工作效率。

1、系統(tǒng)原理

　　以實(shí)際需求為例，所使用的水流系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)用來(lái)測(cè)量不同條件下水流的速度，系統(tǒng)對(duì)其電動(dòng)閥的控制要求為：能任意控制電動(dòng)閥開度的大小，實(shí)現(xiàn)開度的實(shí)時(shí)反饋并記錄為圖表，而且可以根據(jù)需要設(shè)置閥門開啟及保持的時(shí)間。根據(jù)要求，設(shè)計(jì)的閥門開度控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 電動(dòng)閥閥門控制系統(tǒng)原理圖

　　整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)，各裝置間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，輸入的程序參數(shù)通過(guò)觸摸屏傳送給PLC，PLC經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算來(lái)控制電動(dòng)閥閥門開度的大小，動(dòng)作是否完成，由特殊寄存器里的信號(hào)反饋到觸摸屏中。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，執(zhí)行部件沒能完成任務(wù)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示操作人員系統(tǒng)出現(xiàn)故障，并在觸摸屏上顯示，同時(shí)系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行下一步的工作，直到故障排除。PLC對(duì)觸摸屏輸入的信息進(jìn)行處理的同時(shí)，也為觸摸屏的顯示提供數(shù)據(jù)。

2、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　電動(dòng)閥開度控制系統(tǒng)選用LJS-15型電動(dòng)閥為執(zhí)行件，其性能可靠，功能強(qiáng)勁，使用方便，集智能控制模塊于一體。LJS-15型電動(dòng)閥工作原理為：閥門開度的大小通過(guò)流入電動(dòng)閥控制器的電流大小來(lái)控制，控制的電流范圍為4～20mA，隨著電流的增大閥門開度不斷增大。電動(dòng)閥的全行程時(shí)間為60s，即在不進(jìn)行任何控制的條件下，閥門從閉合到完全開啟最快需要30s的時(shí)間，也就意味著該電動(dòng)閥不適用于要求開啟時(shí)間小于30s的工作場(chǎng)合。系統(tǒng)以PLC為控制核心，運(yùn)用觸摸屏作為人機(jī)界面。利用PLC的數(shù)字量模擬量轉(zhuǎn)換模塊將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的模擬量電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)閥開度的全自動(dòng)控制。

2.1、PLC

　　系統(tǒng)利用DVP-SX系列PLC對(duì)LJS-15型電動(dòng)閥進(jìn)行開度控制。DVP-SX系列PLC內(nèi)部特殊寄存器D1116可以把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，改變其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)即能改變輸入電動(dòng)閥電流的大小，其數(shù)字范圍400～2000代表控制電流4～20mA.在通常情況下，電動(dòng)閥閥門全行程時(shí)間是相對(duì)固定的，其運(yùn)行速度也是均勻的，并且動(dòng)作可靠�；�于此，可以通過(guò)限制電流改變的時(shí)間來(lái)計(jì)算閥門動(dòng)作的時(shí)間。采用PLC中的定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流入電動(dòng)閥電流大小的控制，把閥門開啟時(shí)間t分成n等份，每走過(guò)t/n時(shí)間，改變16/n電流的大小，直到電流從最初的4mA達(dá)到最終的20mA，開度從0°變?yōu)?0°。同理，閥門回程控制同樣基于上述方法，而閥門開度到達(dá)90°后中間狀態(tài)保持的時(shí)間根據(jù)需要添加一個(gè)定時(shí)器設(shè)置即可。閥門開度的顯示一般需要電動(dòng)閥控制器的反饋，但在實(shí)際應(yīng)用中，閥門實(shí)際動(dòng)作與電動(dòng)閥反饋信號(hào)會(huì)有一定滯后，帶來(lái)一定誤差�？紤]到大多數(shù)情況下，控制輸出必然會(huì)導(dǎo)致閥門動(dòng)作，所以使用輸出信號(hào)代替返回信號(hào)，以克服滯后影響。即在PLC內(nèi)部特殊寄存器D1116把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)的同時(shí)，把數(shù)字信號(hào)反饋給觸摸屏，實(shí)時(shí)顯示開度大小。接線時(shí)，PLC的電流數(shù)字模擬通道接入到電動(dòng)閥控制器的電流輸入通道，PLC和電動(dòng)閥公共控制端相接。

　　PLC程序設(shè)計(jì)。PLC的梯形圖是在其WPLSoft2.12編程軟件上完成的，梯形圖的設(shè)計(jì)除了能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需要的功能外，同時(shí)還要和觸摸屏設(shè)計(jì)相結(jié)合。程序流程圖及部分程序如圖2和圖3所示。

圖2 PLC程序設(shè)計(jì)流程圖

圖3 PLC部分程序圖

2.2、觸摸屏

　　系統(tǒng)選用DOP-B05S100觸摸屏同PLC通信，它可以通過(guò)相應(yīng)的軟件添加畫面，放置所需要的開關(guān)、文本框、顯示框等元件，使用方便。

　　觸摸屏設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。首先利用ScreenEditor2.00.20制作軟件在PC上創(chuàng)建一個(gè)主頁(yè)畫面(圖5)，制作出啟動(dòng)/暫停、圖形顯示、時(shí)間數(shù)值輸入等相應(yīng)的觸摸按鈕和圖標(biāo)，并用文字對(duì)按鈕進(jìn)行標(biāo)注和說(shuō)明。各按鈕和圖形顯示的設(shè)定要結(jié)合PLC梯形圖，對(duì)應(yīng)PLC中的具體地址與具體寄存器，設(shè)置好相應(yīng)的屬性。接著對(duì)應(yīng)圖形顯示按鈕切換到下一個(gè)畫面(圖6)，添加開度顯示的歷史圖表、虛擬儀器圖表等元件，再做進(jìn)一步的操作。輸入及顯示數(shù)據(jù)的精度和位數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。特別是數(shù)值輸入和顯示元件要處理好相應(yīng)的增益設(shè)置，這樣才能符合實(shí)際需要。比如其中PLC傳遞給觸摸屏的是電流信號(hào)，要根據(jù)規(guī)律轉(zhuǎn)化為開度信號(hào)。制作完成后，通過(guò)USB下載線從PC傳送到觸摸屏，在畫面的調(diào)試過(guò)程中，也可從觸摸屏上傳畫面到PC進(jìn)行修改。

圖4 觸摸屏設(shè)計(jì)流程圖

圖5 電動(dòng)閥開度控制觸摸屏主界面

圖6 電動(dòng)閥開度顯示及反饋界面

　　觸摸屏與PLC之間能夠通信，才能使系統(tǒng)正常工作。因此最后還要進(jìn)行通信格式的設(shè)定：必須使兩者所設(shè)定的“通信格式”、“站號(hào)”、“傳輸速度”、“資料格式”等全部相同，然后再按正確的連線方式連接通信電纜。COM1口同PLC的RS-485接口通訊，RS-232接口同PC通訊。

3、結(jié)束語(yǔ)

　　經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，只要時(shí)間分段n足夠小，閥門控制的線性度就能較好，同時(shí)回程重合度通過(guò)程序的校正得到了很好的控制，閥門開度的測(cè)量也達(dá)到了理想的效果，但閥門開度的控制精度等問(wèn)題仍需要進(jìn)一步改善�？傮w來(lái)說(shuō)，采用PLC、觸摸屏相結(jié)合的系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用前景，提高了閥門控制的自動(dòng)化和智能化水平，能對(duì)現(xiàn)今工廠普遍使用的實(shí)際工程進(jìn)行技術(shù)改造，使工作人員更加方便、快捷地完成控制。