PLC控制智能電動調節(jié)閥
上海申弘閥門有限公司
之前介紹在線調節(jié)減壓閥，現在介紹PLC控制智能電動調節(jié)閥調節(jié)閥主要用于電站系統調節(jié)自動化過程控制領域中的介質流量、壓力、溫度、液位等工藝參數，通過應用PLC來實現調節(jié)閥的自動控制，進而實現維護電站系統的正常運行。智能電動閥門控制器是依外輸入4~20mA控制電流控制閥門開度的電動閥門控制器。它與普通電動閥門一起構成可調節(jié)型電動閥門系統。其外輸入控制電流可由計算機、PLC或自動化儀表(以下統稱控制系統)給定，閥門控制器比較外輸入給定電流和閥位電流，確定閥門運動與否直至閥門開度與給定電流的定義開度一致。
2PLC控制智能電動調節(jié)閥調節(jié)閥簡介
2.1調節(jié)閥的概述及構成
調節(jié)閥又稱控制閥(ControlValve)，它是過程控制系統頂用動力操縱去改變流體流量的裝置。根據自動化系統中的控制信號，自動調節(jié)閥門的開度，從而實現介質流量、壓力、溫度和液位的調節(jié)。電動控制閥調節(jié)閥由執(zhí)行機構和閥組成見圖1。執(zhí)行機構起推動的作用，閥起調節(jié)流量的作用。
圖1：電動調節(jié)閥
2.2調節(jié)閥的工作原理
根據流體力學可知，調節(jié)閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件。對不可壓縮流體，調節(jié)閥的流量式中，Q-流量;Kv-流量系數;△P-閥門前后壓差;V-閥門介質比容;α-流量裕度系數。
此公式用于在節(jié)流部位的雷諾數Re>105，并且無閃蒸和閥門無過渡管接頭的情況，其中流量系數Kv值與閥門的流通能力和節(jié)流面積有關，不同的閥門對應不同的Kv值。調節(jié)器輸出信號控制閥門的開或關，可以改變閥門的Kv值，從而改變被調介質的流量。
2.3PLC控制智能電動調節(jié)閥調節(jié)閥的流量特性
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥調節(jié)閥的流量特性是指被調介質流過調節(jié)閥的相對流量與調節(jié)閥的相對開度之間的關系。調節(jié)閥流量特性包括理想流量特性和工作流量特性。理想流量特性是指在調節(jié)閥前后壓差固定不變情況下的流量特性有直線、等百分比、拋物線及快開4種特性。在實際系統中，閥門兩側的壓力降并不是恒定的，使其發(fā)生變化的原因主要有兩個方面：①由于泵的特性，當系統流量減少時由泵產生的系統壓力增加;②當流量減少時，盤管上的阻力也減少，導致閥門壓力較大。因此調節(jié)閥前后的壓差通常是變化的，在這種情況下，調節(jié)閥相對流量與相對開度之間的關系，稱為工作流量特性。
3基于PLC的調節(jié)閥控制
3.1 PLC的編程語言STEP7是S7-300PLC的編程軟件
梯形圖、語句表和功能圖是標準的STEP7軟件包配備的3種基本編程語言，這3種編程語言可以在STEP7中相互轉換。
3.2模擬量閉環(huán)控制系統的組成
典型的PLC模擬量單閉環(huán)控制系統原理如圖2所示。
圖2：PLC模擬量單閉環(huán)控制系統原理
在模擬量閉環(huán)控制系統中，被控量c(t)(例如壓力、溫度、流量、轉速等)是連續(xù)變化的模擬量，大多數執(zhí)行機構(例如晶閘管調速裝置、電動調節(jié)閥和變頻器等)要求PLC輸出模擬信號mv(t)，而PLC的CPU只能處理數字量。c(t)首先被丈量元件(傳感器)和變送器轉換為尺度的直流電流信號或直流電壓信號pv(t)，例如4～20mA，1～5V，PLC用A/D轉換器將它們轉換為數字量pv(t)。模擬量與數字量之間的相互轉換和PID程序的執(zhí)行都是周期性的操縱，其距離時間稱為采樣周期Ts。各數字量括號中的n表示該變量是第n次采樣時的數字量。圖中的sp(n)是給定值，pv(n)為A/D轉換后的反饋量，誤ev(n)=sp(n)-pv(n)。D/A轉換器將PID控制器輸出的數字量mv(n)轉換為模擬量(直流電壓或直流電流)mv(t)，再去控制執(zhí)行機構。
3.3控制系統設計思惟
首先對調節(jié)閥控制系統進行分析，電容式壓力傳感器實時傳輸壓力信號送入PLC，PLC先經由硬件組態(tài)再進行編程，將程序載入PLC，程序的執(zhí)行將傳感器傳來的信號轉換成為對調節(jié)閥閥位開度的控制指令，*實現對管道內部壓力的控制。
如圖3所示，系統劃定壓力設定值為8kPa，在實際工廠的環(huán)境中，管道內部壓力答應在一定范圍內變化，所以以設定值為加入一個范圍，令閾值為1kPa，確定管道正常的壓力范圍，即7~9kPa。當丈量元件測出管道壓力大于9kPa時，信號經PLC后輸出一個使調節(jié)閥電動執(zhí)行機構閥門開度減小的指令;反之，當測出壓力小于7kPa時，PLC輸出一個使調節(jié)閥電動執(zhí)行機構開度開大的指令;而管道壓力處于7~9kPa時，調節(jié)閥電念頭構處于靜止狀態(tài)。
圖3：調節(jié)閥控制系統原理
3.4 PLC控制系統的一般步驟
可編程控制器應用系統設計與調試的主要步驟如下：深入了解和分析被控對象的工藝前提和控制要求;確定I/O設備;選擇合適的PLC類型;分配I/O點;設計應用系統梯形圖程序;將程序輸入PLC;進行軟件測試;應用系統整體調試。
3.5 PLC的硬件組態(tài)
硬件組態(tài)，就是使用STEP7對SIMATIC工作站進行硬件配置和參數分配。所配置的數據以后可以通過“下載”傳送到PLC。硬件組態(tài)的前提是必需創(chuàng)建一個帶有SIMATIC工作站的項目。
3.6連接電路
連接外接電路時，兩個繼電器分別與調節(jié)閥點動執(zhí)行機構的接點“開閥”“、關閥”相連接，為使實現互鎖功能，需要將兩個繼電器互連：如圖4電路圖，兩個繼電器中的觸點13均與另一個繼電器的觸點9相連，再經由觸點1接出。
互鎖功能的實現：
(1)當繼電器1接通時，繼電器1的觸點14、13與繼電器2的觸點9、1形成回路，此時繼電器1正常工作，觸點9、1斷開，繼電器2的觸點13、14所在回路無法接通，導致繼電器2無法接通。
(2)同理，當繼電器2接通時，此時繼電器1無法接通。
在設置了軟、硬件互鎖之后，“開閥”與“關閥”不會同時泛起，有效的為電動執(zhí)行機構提供了安全保護。
3.7系統調試
在完成程序編程和連接外部電路之后，需要對系統進行調試，在SIMATICManage界面中，將BLOCKS中所有的塊及Systemdata點擊下載將其一起下載到PLC中，然后接通電路，調節(jié)電阻箱模擬傳感器向PLC輸入信號，通過變量監(jiān)督窗口可以觀察到，在壓力的各個范圍內相應的開閥、關閥和點動指令的執(zhí)行。調試完畢后，經檢修程序邏輯準確，運行正常，實現了對調節(jié)閥的自動控制，達到了預期的目的。
綜上所述,基于PLC的調節(jié)閥控制系統設計，通過對調節(jié)閥控制系統進行分析，依據與S7-300PLC相連的壓力傳感器傳回的參數信號，采集控制系統中所需要的數據量，通過PLC的編程實現對系統中壓力實時的監(jiān)控，并調節(jié)參數的波動范圍在答應的范圍之內，維護電廠的正常運行。與本產品相關論文：減壓閥壓力溫度額定值
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