電動閥已廣泛應(yīng)用于各種場合和領(lǐng)域，在一些惡劣的環(huán)境下，傳統(tǒng)的手工機械調(diào)節(jié)方式已暴露出效率低下、安全性差等一系列弊端。針對以上情況，根據(jù)電動閥的工作原理，應(yīng)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(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(jù)需要設(shè)置閥門開啟及保持的時間。根據(jù)要求，設(shè)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(shù)通過觸摸屏傳送給PLC，PLC經(jīng)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(nèi)，執(zhí)行部件沒能完成任務(wù)，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(shù)據(jù)。

2、控制系統(tǒng)設(shè)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(shù)字量模擬量轉(zhuǎn)換模塊將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為對應(yīng)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(nèi)部特殊寄存器D1116可以把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，改變其存儲數(shù)據(jù)即能改變輸入電動閥電流的大小，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�；�于此，可以通過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(jù)需要添加一個定時器設(shè)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(yīng)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(shù)情況下，控制輸出必然會導(dǎo)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(nèi)部特殊寄存器D1116把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號的同時，把數(shù)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(shù)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(shè)計。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(shè)計相結(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(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(shù)值輸入等相應(yīng)的觸摸按鈕和圖標(biāo)，并用文字對按鈕進行標(biāo)注和說明。各按鈕和圖形顯示的設(shè)定要結(jié)合PLC梯形圖，對應(yīng)PLC中的具體地址與具體寄存器，設(shè)置好相應(yīng)的屬性。接著對應(yīng)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(shù)據(jù)的精度和位數(shù)可以根據(jù)實際情況進行設(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，這樣才能符合實際需要。比如其中PLC傳遞給觸摸屏的是電流信號，要根據(jù)規(guī)律轉(zhuǎn)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(diào)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(shè)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(shè)定：必須使兩者所設(shè)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(jié)束語

　　經(jīng)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(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(shù)改造，使工作人員更加方便、快捷地完成控制。