PLC及觸摸屏在電動閥開度控制中的應用
電動閥已廣泛應用于各種場合和領域,在一些惡劣的環(huán)境下,傳統(tǒng)的手工機械調節(jié)方式已暴露出效率低下、安全性差等一系列弊端。針對以上情況,根據電動閥的工作原理,應用PLC和觸摸屏同電動閥進行實時通訊和信號反饋,實現(xiàn)了對電動閥開度的全自動控制。結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
以實際需求為例,所使用的水流系統(tǒng)實驗平臺用來測量不同條件下水流的速度,系統(tǒng)對其電動閥的控制要求為:能任意控制電動閥開度的大小,實現(xiàn)開度的實時反饋并記錄為圖表,而且可以根據需要設置閥門開啟及保持的時間。根據要求,設計的閥門開度控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 電動閥閥門控制系統(tǒng)原理圖
整個系統(tǒng)動作時,各裝置間實現(xiàn)實時通信,輸入的程序參數通過觸摸屏傳送給PLC,PLC經過邏輯運算來控制電動閥閥門開度的大小,動作是否完成,由特殊寄存器里的信號反饋到觸摸屏中。如果在規(guī)定的時間內,執(zhí)行部件沒能完成任務,系統(tǒng)將發(fā)出報警信號,提示操作人員系統(tǒng)出現(xiàn)故障,并在觸摸屏上顯示,同時系統(tǒng)無法進行下一步的工作,直到故障排除。PLC對觸摸屏輸入的信息進行處理的同時,也為觸摸屏的顯示提供數據。
2、控制系統(tǒng)設計
電動閥開度控制系統(tǒng)選用LJS-15型電動閥為執(zhí)行件,其性能可靠,功能強勁,使用方便,集智能控制模塊于一體。LJS-15型電動閥工作原理為:閥門開度的大小通過流入電動閥控制器的電流大小來控制,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。電動閥的全行程時間為60s,即在不進行任何控制的條件下,閥門從閉合到完全開啟最快需要30s的時間,也就意味著該電動閥不適用于要求開啟時間小于30s的工作場合。系統(tǒng)以PLC為控制核心,運用觸摸屏作為人機界面。利用PLC的數字量模擬量轉換模塊將輸入的數字量轉化為對應的模擬量電流,實現(xiàn)對電動閥開度的全自動控制。
2.1、PLC
系統(tǒng)利用DVP-SX系列PLC對LJS-15型電動閥進行開度控制。DVP-SX系列PLC內部特殊寄存器D1116可以把數字信號轉化為模擬信號,改變其存儲數據即能改變輸入電動閥電流的大小,其數字范圍400~2000代表控制電流4~20mA.在通常情況下,電動閥閥門全行程時間是相對固定的,其運行速度也是均勻的,并且動作可靠;诖耍梢酝ㄟ^限制電流改變的時間來計算閥門動作的時間。采用PLC中的定時器來實現(xiàn)對流入電動閥電流大小的控制,把閥門開啟時間t分成n等份,每走過t/n時間,改變16/n電流的大小,直到電流從最初的4mA達到最終的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90°后中間狀態(tài)保持的時間根據需要添加一個定時器設置即可。閥門開度的顯示一般需要電動閥控制器的反饋,但在實際應用中,閥門實際動作與電動閥反饋信號會有一定滯后,帶來一定誤差?紤]到大多數情況下,控制輸出必然會導致閥門動作,所以使用輸出信號代替返回信號,以克服滯后影響。即在PLC內部特殊寄存器D1116把數字信號轉化為模擬信號的同時,把數字信號反饋給觸摸屏,實時顯示開度大小。接線時,PLC的電流數字模擬通道接入到電動閥控制器的電流輸入通道,PLC和電動閥公共控制端相接。
PLC程序設計。PLC的梯形圖是在其WPLSoft2.12編程軟件上完成的,梯形圖的設計除了能準確實現(xiàn)系統(tǒng)需要的功能外,同時還要和觸摸屏設計相結合。程序流程圖及部分程序如圖2和圖3所示。

圖2 PLC程序設計流程圖

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,它可以通過相應的軟件添加畫面,放置所需要的開關、文本框、顯示框等元件,使用方便。
觸摸屏設計流程圖如圖4所示。首先利用ScreenEditor2.00.20制作軟件在PC上創(chuàng)建一個主頁畫面(圖5),制作出啟動/暫停、圖形顯示、時間數值輸入等相應的觸摸按鈕和圖標,并用文字對按鈕進行標注和說明。各按鈕和圖形顯示的設定要結合PLC梯形圖,對應PLC中的具體地址與具體寄存器,設置好相應的屬性。接著對應圖形顯示按鈕切換到下一個畫面(圖6),添加開度顯示的歷史圖表、虛擬儀器圖表等元件,再做進一步的操作。輸入及顯示數據的精度和位數可以根據實際情況進行設定。特別是數值輸入和顯示元件要處理好相應的增益設置,這樣才能符合實際需要。比如其中PLC傳遞給觸摸屏的是電流信號,要根據規(guī)律轉化為開度信號。制作完成后,通過USB下載線從PC傳送到觸摸屏,在畫面的調試過程中,也可從觸摸屏上傳畫面到PC進行修改。

圖4 觸摸屏設計流程圖

圖5 電動閥開度控制觸摸屏主界面

圖6 電動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。因此最后還要進行通信格式的設定:必須使兩者所設定的“通信格式”、“站號”、“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、結束語
經實驗證明,只要時間分段n足夠小,閥門控制的線性度就能較好,同時回程重合度通過程序的校正得到了很好的控制,閥門開度的測量也達到了理想的效果,但閥門開度的控制精度等問題仍需要進一步改善?傮w來說,采用PLC、觸摸屏相結合的系統(tǒng)具有很好的應用前景,提高了閥門控制的自動化和智能化水平,能對現(xiàn)今工廠普遍使用的實際工程進行技術改造,使工作人員更加方便、快捷地完成控制。