基于PLC的船用氣動(dòng)蝶閥遙控裝置設(shè)計(jì)

　　隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代船舶自動(dòng)化程度日益提高，新型可編程控制器PLC在船舶上的應(yīng)用程度不斷提高。使用PLC模塊為核心進(jìn)行組態(tài)控制系統(tǒng)是一種既方便又可靠的方法。本裝置是基于西門子S7-200系列PLC為控制核心，使用V4.0STEP7MicroWINSP6軟件進(jìn)行程序編譯設(shè)計(jì)，裝置內(nèi)核穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)具有很高的可靠性和耐用性。

1、船用氣動(dòng)蝶閥系統(tǒng)組成

　　氣動(dòng)蝶閥系統(tǒng)主要組成如圖1所示，其中選用CPU226及數(shù)字量模塊EM223、EM222作為控制核心，可提供28個(gè)輸入接口、20個(gè)數(shù)字量輸出接口和8個(gè)繼電器數(shù)字量輸出接口;由開關(guān)按鈕提供操作信號(hào)，蜂鳴器和指示燈作為報(bào)警和顯示。氣動(dòng)硬件包括氣源處理三聯(lián)件(過濾器、減壓閥、油霧器)、單向閥、安全閥、氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器及電磁換向閥組成。氣動(dòng)蝶閥由蝶閥及汽缸組成，汽缸頂部有指示蝶閥開關(guān)2個(gè)微動(dòng)開關(guān)連接于PLC控制單元。

圖1 氣動(dòng)蝶閥系統(tǒng)框圖

2、系統(tǒng)工作原理

　　如圖2所示，首先使1MPa氣源經(jīng)過過濾器、減壓閥減至0.6～0.8MPa、油霧器、單向閥進(jìn)入換向閥，通過電磁換向閥，氣壓進(jìn)入氣動(dòng)蝶閥上的汽缸，推動(dòng)汽缸里的活塞運(yùn)行，帶動(dòng)閥桿從而開啟或關(guān)閉蝶閥，并且?guī)��?dòng)微動(dòng)開關(guān)變化反饋給控制核心用于邏輯計(jì)算，同時(shí)在指示燈上顯示出此時(shí)蝶閥動(dòng)作是否到位。

圖2 系統(tǒng)原理示意圖

　　控制核心CPU226和EM223所連接的輸入為蝶閥開關(guān)按鈕、蝶閥微動(dòng)開關(guān)等開關(guān)量;輸出為指示燈、報(bào)警燈顯示以及蜂鳴器報(bào)警;所選用的EM222數(shù)字量模塊(繼電器型)可直接驅(qū)動(dòng)電磁換向閥，西門子S7-200達(dá)到控制氣動(dòng)蝶閥的目的。作為控制核心，PLC通過邏輯運(yùn)算可實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警及斷線報(bào)警等故障判斷，如微動(dòng)開關(guān)斷線報(bào)警、換向閥斷線報(bào)警。

　　圖2系統(tǒng)原理圖給出了一組蝶閥控制的簡(jiǎn)圖，包括了一組換向閥的控制、指示燈及報(bào)警燈的連接、開關(guān)按鈕及微動(dòng)開關(guān)的連接和氣路的走向。開關(guān)按鈕及微動(dòng)開關(guān)屬于輸入類的開關(guān)量，連接于PLC的I口，換向閥及指示燈顯示為輸出類開關(guān)量，連接于Q口。而本設(shè)計(jì)方案包含了4組蝶閥的控制，其它連接方式與原理圖一樣。

3、程序設(shè)計(jì)

　　本程序中的主程序包含了開機(jī)供電后的自檢程序、試燈程序、應(yīng)答消音程序，主程序執(zhí)行后進(jìn)入自程序，子程序?yàn)榈�閥開關(guān)及報(bào)警控制程序。其程序應(yīng)用了西門子V4.0STEP7MicroWINSP6軟件編寫，其主程序的STL程序真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)就不做提供了。

　　主程序下設(shè)4個(gè)子程序，分別對(duì)應(yīng)4組蝶閥的轉(zhuǎn)換閥控制程序，每個(gè)子程序包括了一個(gè)開閥流程和一個(gè)關(guān)閉閥流程，圖3給出了開閥時(shí)的操作邏輯流程，其關(guān)閉閥的邏輯原理與開閥一致。每組閥控制程序都編寫成一組獨(dú)立的程序，作為模型程序以便今后添加系統(tǒng)容量后編寫程序。

圖3 開閥程序流程圖

4、測(cè)試

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)已進(jìn)入實(shí)船試驗(yàn)階段，以某艦為例，其測(cè)試方式如下。

　　1)供入1MPa氣源，減壓后控制箱內(nèi)儀表顯示0.6～0.8MPa，按下電源開關(guān)，自檢正常無(wú)報(bào)警。

　　2)分別啟動(dòng)4個(gè)蝶閥旋鈕、關(guān)閉旋鈕，觀察所對(duì)應(yīng)的指示燈跟開關(guān)狀態(tài)一致，表示裝置及蝶閥工作正常。

　　3)閥微動(dòng)開關(guān)斷線報(bào)警測(cè)試，分別撤掉裝置內(nèi)接線排(箱內(nèi)下方接線排)所對(duì)應(yīng)蝶閥位置開關(guān)的接線，如1#蝶閥對(duì)應(yīng)3和4號(hào)線，啟動(dòng)蝶閥，10s后出現(xiàn)蜂鳴器響、故障總燈、蝶閥微動(dòng)開關(guān)斷線燈、所對(duì)應(yīng)閥的故障燈亮，恢復(fù)接線后，按復(fù)位、消音恢復(fù)正常狀態(tài)。

　　4)換向電磁閥斷線報(bào)警測(cè)試，分別撤掉裝置內(nèi)接線排(箱內(nèi)右側(cè)接線排)所對(duì)應(yīng)換向閥接線，如1#蝶閥對(duì)應(yīng)1和3號(hào)線，啟動(dòng)蝶閥，10s后出現(xiàn)蜂鳴器響，故障總燈、換向閥斷線燈、所對(duì)應(yīng)閥的故障燈亮，恢復(fù)接線后，按復(fù)位、消音恢復(fù)正常。

5、結(jié)束語(yǔ)

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)出可控制4組氣動(dòng)蝶閥的控制容量的基礎(chǔ)模型，如需增加容量，可添加PLC數(shù)字量模塊及相關(guān)硬件達(dá)到擴(kuò)容的目的。也就是說其容量大小取決于PLC所包含的輸出、輸入點(diǎn)數(shù)，其連接組裝方式方法與本方案一致。PLC組態(tài)方便，編程簡(jiǎn)單易用，同時(shí)具有可靠性高、設(shè)計(jì)周期短的特點(diǎn)，非常適用于此小型的控制器設(shè)計(jì)。同時(shí)其故障率低、維修方便的特點(diǎn)非常適用于船舶關(guān)鍵部位的蝶閥控制裝置，相信在以后的船舶電氣發(fā)展中，其應(yīng)用會(huì)愈加廣泛。