PLC及触摸屏在电动阀开度控制中的应用

    1 系统原理
    以实际需求为例，所使用的水流系统实验平台用来测量不同条件下水流的速度，系统对其电动阀的控制要求为：能任意控制电动阀开度的大小，实现开度的实时反馈并记录为图表，而且可以根据需要设置阀门开启及保持的时间。根据要求，设计的阀门开度控制系统如图1所示。

图1 电动阀阀门控制系统原理图

    整个系统动作时，各装置间实现实时通信，输入的程序参数通过触摸屏传送给PLC，PLC经过逻辑运算来控制电动阀阀门开度的大小，动作是否完成，由特殊寄存器里的信号反馈到触摸屏中。如果在规定的时间内，执行部件没能完成任务，系统将发出报警信号，提示操作人员系统出现故障，并在触摸屏上显示，同时系统无法进行下一步的工作，直到故障排除。PLC对触摸屏输入的信息进行处理的同时，也为触摸屏的显示提供数据。
    2 控制系统设计
    电动阀开度控制系统选用LJS－15型电动阀为执行件，其性能可靠，功能强劲，使用方便，集智能控制模块于一体。LJS－15型电动阀工作原理为：阀门开度的大小通过流入电动阀控制器的电流大小来控制，控制的电流范围为4～20mA，随着电流的增大阀门开度不断增大。电动阀的全行程时间为60s，即在不进行任何控制的条件下，阀门从闭合到完全开启最快需要30s的时间，也就意味着该电动阀不适用于要求开启时间小于30s的工作场合。系统以PLC为控制核心，运用触摸屏作为人机界面。利用PLC的数字量模拟量转换模块将输入的数字量转化为对应的模拟量电流，实现对电动阀开度的全自动控制。
    2.1 PLC
    系统利用DVP－SX系列PLC对LJS－15型电动阀进行开度控制。DVP－SX系列PLC内部特殊寄存器D1116可以把数字信号转化为模拟信号，改变其存储数据即能改变输入电动阀电流的大小，其数字范围400～2000代表控制电流4～20mA.在通常情况下，电动阀阀门全行程时间是相对固定的，其运行速度也是均匀的，并且动作可靠。基于此，可以通过限制电流改变的时间来计算阀门动作的时间。采用PLC中的定时器来实现对流入电动阀电流大小的控制，把阀门开启时间t分成n等份，每走过t/n时间，改变16/n电流的大小，直到电流从最初的4mA达到最终的20mA，开度从0°变为90°。同理，阀门回程控制同样基于上述方法，而阀门开度到达90°后中间状态保持的时间根据需要添加一个定时器设置即可。阀门开度的显示一般需要电动阀控制器的反馈，但在实际应用中，阀门实际动作与电动阀反馈信号会有一定滞后，带来一定误差。考虑到大多数情况下，控制输出必然会导致阀门动作，所以使用输出信号代替返回信号，以克服滞后影响。即在PLC内部特殊寄存器D1116把数字信号转化为模拟信号的同时，把数字信号反馈给触摸屏，实时显示开度大小。接线时，PLC的电流数字模拟通道接入到电动阀控制器的电流输入通道，PLC和电动阀公共控制端相接。
    PLC程序设计。PLC的梯形图是在其WPLSoft2.12编程软件上完成的，梯形图的设计除了能准确实现系统需要的功能外，同时还要和触摸屏设计相结合。程序流程图及部分程序如图2和图3所示。

图2 PLC程序设计流程图

图3 PLC部分程序图

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    2.2 触摸屏
    系统选用DOP－B05S100触摸屏同PLC通信，它可以通过相应的软件添加画面，放置所需要的开关、文本框、显示框等元件，使用方便。
    触摸屏设计流程图如图4所示。首先利用ScreenEditor2.00.20制作软件在PC上创建一个主页画面（图5），制作出启动/暂停、图形显示、时间数值输入等相应的触摸按钮和图标，并用文字对按钮进行标注和说明。各按钮和图形显示的设定要结合PLC梯形图，对应PLC中的具体地址与具体寄存器，设置好相应的属性。接着对应图形显示按钮切换到下一个画面（图6），添加开度显示的历史图表、虚拟仪器图表等元件，再做进一步的操作。输入及显示数据的精度和位数可以根据实际情况进行设定。特别是数值输入和显示元件要处理好相应的增益设置，这样才能符合实际需要。比如其中PLC传递给触摸屏的是电流信号，要根据规律转化为开度信号。制作完成后，通过USB下载线从PC传送到触摸屏，在画面的调试过程中，也可从触摸屏上传画面到PC进行修改。

图4 触摸屏设计流程图

图5 电动阀开度控制触摸屏主界面

图6 电动阀开度显示及反馈界面

    触摸屏与PLC之间能够通信，才能使系统正常工作。因此最后还要进行通信格式的设定：必须使两者所设定的“通信格式”、“站号”、“传输速度”、“资料格式”等全部相同，然后再按正确的连线方式连接通信电缆。COM1口同PLC的RS－485接口通讯，RS－232接口同PC通讯。
    3 结束语
    经实验证明，只要时间分段n足够小，阀门控制的线性度就能较好，同时回程重合度通过程序的校正得到了很好的控制，阀门开度的测量也达到了理想的效果，但阀门开度的控制精度等问题仍需要进一步改善。总体来说，采用PLC、触摸屏相结合的系统具有很好的应用前景，提高了阀门控制的自动化和智能化水平，能对现今工厂普遍使用的实际工程进行技术改造，使工作人员更加方便、快捷地完成控制。