3 基于PLC的調(diào)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(zhuǎn)換。
3.2 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成
典型的PLC模擬量單閉環(huán)控制系統(tǒng)原理如圖2所示。
圖2 PLC模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)原理
在模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)中，被控量c（t）（例如壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等）是連續(xù)變化的模擬量，大多數(shù)執(zhí)行機構(gòu)（例如晶閘管調(diào)速裝置、電動調(diào)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(shù)字量。c（t）首先被測量元件（傳感器）和變送器轉(zhuǎn)換為標準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(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字量pv（t）。
模擬量與數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)換和PID程序的執(zhí)行都是周期性的操作，其間隔時間稱為采樣周期Ts。各數(shù)字量括號中的n表示該變量是第n次采樣時的數(shù)字量。
圖中的sp（n）是給定值，pv（n）為A/D轉(zhuǎn)換后的反饋量，誤差ev（n）=sp（n）-pv（n）。
D/A轉(zhuǎn)換器將PID控制器輸出的數(shù)字量mv（n）轉(zhuǎn)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(gòu)。
3.3 控制系統(tǒng)設計思想
首先對調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)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(jīng)過硬件組態(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(zhuǎn)換成為對調(diào)節(jié)閥閥位開度的控制指令，*終實現(xiàn)對管道內(nèi)部壓力的控制。
如圖3所示，系統(tǒng)規(guī)定壓力設定值為8kPa，在實際工廠的環(huán)境中，管道內(nèi)部壓力允許在一定范圍內(nèi)變化，所以以設定值為中心加入一個范圍，令閾值為1kPa，確定管道正常的壓力范圍，即7~9kPa。當測量元件測出管道壓力大于9kPa時，信號經(jīng)PLC后輸出一個使調(diào)節(jié)閥電動執(zhí)行機構(gòu)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(diào)節(jié)閥電動執(zhí)行機構(gòu)開度開大的指令；而管道壓力處于7~9kPa時，調(diào)節(jié)閥電動機構(gòu)處于靜止狀態(tài)。
圖3 調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)原理
3.4 PLC控制系統(tǒng)的一般步驟
可編程控制器應用系統(tǒng)設計與調(diào)試的主要步驟如下：深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求；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(tǒng)梯形圖程序；將程序輸入PLC；進行軟件測試；應用系統(tǒng)整體調(diào)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(shù)分配。所配置的數(shù)據(jù)以后可以通過“下載”傳送到PLC。硬件組態(tài)的條件是必須創(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(diào)節(jié)閥點動執(zhí)行機構(gòu)的接點“開閥”“、關(guān)閥”相連接，為使實現(xiàn)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(jīng)過觸點1接出。
圖4 中間繼電器線路圖
互鎖功能的實現(xiàn)：
（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(guān)閥”不會同時出現(xiàn)，有效的為電動執(zhí)行機構(gòu)提供了**保護。
3.7 系統(tǒng)調(diào)試
在完成程序編程和連接外部電路之后，需要對系統(tǒng)進行調(diào)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(diào)節(jié)電阻箱模擬傳感器向PLC輸入信號，通過變量監(jiān)視窗口可以觀察到，在壓力的各個范圍內(nèi)相應的開閥、關(guān)閥和點動指令的執(zhí)行。調(diào)試完畢后，經(jīng)檢驗程序邏輯正確，運行正常，實現(xiàn)了對調(diào)節(jié)閥的自動控制，達到了預期的目的。
4 結(jié)語
基于PLC的調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)設計，通過對調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)進行分析，依據(jù)與S7-300PLC相連的壓力傳感器傳回的參數(shù)信號，采集控制系統(tǒng)中所需要的數(shù)據(jù)量，通過PLC的編程實現(xiàn)對系統(tǒng)中壓力實時的監(jiān)控，并調(diào)節(jié)參數(shù)的波動范圍在允許的范圍之內(nèi)，維護電廠的正常運行。