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進(jìn)口電磁閥控制系統(tǒng)的耐久設(shè)計(jì)-德國萊克LIK品牌
發(fā)布時(shí)間:2023/4/21
電磁閥的研發(fā)與應(yīng)用體現(xiàn)了工業(yè)科技的突出位置。而本文著重將PLC作為控制核心基礎(chǔ)，并開展全自動(dòng)化測試以驗(yàn)證電磁閥的耐久性。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，將突出檢測電磁閥開關(guān)動(dòng)作次數(shù)及檢測電磁閥漏氣兩個(gè)方面。我將從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)工藝流程開始，對(duì)繪制流程圖及選型硬件等進(jìn)行設(shè)計(jì)編寫調(diào)試，以對(duì)相關(guān)研究形成理論參考。
關(guān)鍵詞：進(jìn)口電磁閥；耐久試驗(yàn)；設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 02-0000-01
一、引言
進(jìn)口電磁閥，是指用電磁控制的工業(yè)設(shè)備[1]。其在工業(yè)控制系統(tǒng)中的功用主要體現(xiàn)在調(diào)整介質(zhì)方向、介質(zhì)流量、介質(zhì)速度及其他方面的參數(shù)。電磁閥主要通過與不同電路相配合來達(dá)到預(yù)期控制效果，并且控制精度及靈活度在可保證范圍內(nèi)。而電磁閥的主要一項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)就是電磁閥的耐久性，故而基于PLC對(duì)電磁閥耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在試驗(yàn)系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)。
二、進(jìn)口電磁閥耐久性試驗(yàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
（一）電磁閥耐久性試驗(yàn)工藝原理。衡量電磁閥性能的一項(xiàng)重要參數(shù)就是電磁閥的耐久性能[2]。耐久性檢測主要方法在于利用持續(xù)的開關(guān)信號(hào)給予，來檢測記錄次數(shù)。當(dāng)測試次數(shù)達(dá)到相關(guān)要求時(shí)，開始對(duì)電磁閥進(jìn)行漏氣檢測，來判定電磁閥的狀況。檢測次數(shù)有兩類，一類為最大耐久性的檢測，其內(nèi)容是電磁閥正常工作狀態(tài)下的極限壽命；另一類是合格次數(shù)的檢測，其內(nèi)容是電磁閥達(dá)到設(shè)計(jì)要求次數(shù)的合格率。目前，在工業(yè)流程中電磁閥測試如果達(dá)到要求次數(shù)，就需要實(shí)驗(yàn)人員將電磁閥取下，并接到氣源上加氣壓以測試電磁閥漏氣情況。
（二）電磁閥耐久性試驗(yàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。（1）下位機(jī)程序設(shè)計(jì)思路。一般地，順序設(shè)計(jì)法是下位機(jī)程序設(shè)計(jì)的主要方法。其以試驗(yàn)工藝為基礎(chǔ)，完成試驗(yàn)次數(shù)及漏氣檢測等過程�？刂扑畨汉愣ㄖ饕菓�(yīng)用PID控制算法。該程序中還加入報(bào)警環(huán)節(jié)設(shè)置，以對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性做到實(shí)時(shí)監(jiān)控。（2）上位機(jī)監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)思路。該系統(tǒng)在主要工藝流程的組態(tài)上，一般采用MCGS組態(tài)軟件。而下位機(jī)的程序?qū)?yīng)畫面還有數(shù)據(jù)給定、警示信號(hào)、操作幫助及仿真實(shí)驗(yàn)等等。
三、電磁閥耐久性試驗(yàn)控制系統(tǒng)之硬件設(shè)計(jì)
漏氣檢測器的工作原理是：如果進(jìn)行漏氣測試，回水管內(nèi)液體會(huì)全部充滿，此時(shí)待測電磁閥已經(jīng)關(guān)閉，在大氣壓力下，回水管內(nèi)的水便不會(huì)流出。在向電磁閥門加氣壓時(shí)，如果檢測電磁閥沒有發(fā)生漏氣，激光燈光線就會(huì)在水的折射；如果發(fā)生漏氣，比重比較小的氣泡就會(huì)聚集于導(dǎo)氣處。最后經(jīng)由感光器檢測，形成有效信號(hào)。測試完成后，氣體從導(dǎo)氣管中導(dǎo)出。
四、控制系統(tǒng)中下位機(jī)程序的設(shè)計(jì)
在電磁閥耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)中，因?yàn)槠涔に嚵鞒添樞蛐暂^強(qiáng)，所以PLC梯形圖的順序設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)程序是采用的常見辦法。其過程主要為兩步走，第一步是設(shè)計(jì)順序功能圖，第二部是編寫梯形圖[3]。
（一）設(shè)計(jì)順序功能：1）次數(shù)檢測環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)起先是對(duì)程序進(jìn)行初始化，以通過上位機(jī)得到實(shí)際參數(shù)。 當(dāng) M0.1轉(zhuǎn)成活動(dòng)步，變頻器控制電動(dòng)機(jī)并由PID算法計(jì)算出該頻率信號(hào)。當(dāng)M0.3轉(zhuǎn)為活動(dòng)步時(shí)，氣壓電磁閥關(guān)閉，并把水壓電磁閥打開。M0.3至M0.6是電磁閥A接受測試步階段，當(dāng)Q1.4是1，A組電磁閥測試遭到屏蔽，顯示測試A電磁閥工作已經(jīng)完成。同樣地，M0.7到1.1是B組測試步階段，M1.2到M1.4是C組測試步階段。2）漏氣檢測環(huán)節(jié)。漏氣檢測，主要是同時(shí)對(duì)三個(gè)待測電磁閥進(jìn)行檢測的環(huán)節(jié)。激活每個(gè)電磁閥測試的活動(dòng)步分別為M2.1、M2.4及M2.7。當(dāng)符合條件I0.1，就應(yīng)該測試漏氣，否則不檢測漏氣。當(dāng)三個(gè)工件都測試完畢后，退出測試并進(jìn)行下一步。
（二）梯形圖設(shè)計(jì)。在該設(shè)計(jì)中，從順序功能圖轉(zhuǎn)化到梯形圖，通常采用保停轉(zhuǎn)換方法來與順序功能圖諸環(huán)節(jié)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，并評(píng)估部分程序。梯形圖的設(shè)計(jì)主要有程序初始化、模式選擇、測試開關(guān)、判斷計(jì)數(shù)、漏氣檢測、循環(huán)測試及報(bào)警等幾個(gè)方面[4]。此方面就不一一贅述。
五、控制系統(tǒng)中上位機(jī)程序的設(shè)計(jì)
（一）建立上位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。上位機(jī)組態(tài)首先需要內(nèi)部變量的建立，從而使得主畫面里按鈕等連接操作更為方便。該系統(tǒng)所建立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里，數(shù)據(jù)對(duì)象類型有開關(guān)量及數(shù)據(jù)量兩個(gè)方面。開關(guān)量均需建立數(shù)據(jù)對(duì)象，尤其是檢測次數(shù)、主測次數(shù)及輔測次數(shù)等數(shù)據(jù)庫的建立更為必要。
（二）選擇設(shè)備和連接通道。選擇設(shè)備主要是PLC及通信參數(shù)的選定。通過相關(guān)工藝流程，我們可以知道：電磁閥耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入接口6個(gè)、開關(guān)量輸出接口16個(gè)，模擬量輸入輸出接口各1個(gè)。所以選用CPU226是可以滿足開關(guān)量的需求的。不過它由于缺乏模擬量輸入輸出接口的設(shè)置，所以需要擴(kuò)展該接口模塊。參照CPU226有關(guān)數(shù)據(jù)，其選型是與設(shè)計(jì)要求相吻合的。
而連接通道是通過對(duì)應(yīng)關(guān)系將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量及PLC內(nèi)部地址連接起來，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的監(jiān)視控制。
（三）主畫面的繪制、連接。關(guān)于畫面的運(yùn)行主要是指四個(gè)部分――電磁閥測試主控窗口、仿真測試和數(shù)據(jù)記錄、關(guān)于和幫助及開始畫面。
（四）上位機(jī)和下位機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試。試驗(yàn)調(diào)試主要是指下位機(jī)程序的完善程度及上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的控制程度[5]。前一階段，我們通過PLC仿真軟件參與程序調(diào)試，如果沒有達(dá)到預(yù)期效果或者正常邏輯順序測試不明顯，則使用實(shí)驗(yàn)室PLC進(jìn)行再次檢查，并完成相關(guān)調(diào)試。在完成下位機(jī)程序后，就需要組態(tài)上位機(jī)，及在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行連接調(diào)試。
六、結(jié)束語
在本設(shè)計(jì)中，雖然改進(jìn)了電磁閥耐久性試驗(yàn)流程，設(shè)計(jì)了上位機(jī)與下位機(jī)主體程序，但是由于條件所限，對(duì)PLC認(rèn)識(shí)不夠，出現(xiàn)了一些問題，比如編寫順序程序圖，添加復(fù)位環(huán)節(jié)等。借助這次設(shè)計(jì)，我對(duì)本專業(yè)知識(shí)構(gòu)架更為了解，責(zé)任意識(shí)加強(qiáng)，并計(jì)劃對(duì)知識(shí)體系中的不足進(jìn)一步完善。
關(guān)鍵詞：進(jìn)口電磁閥；耐久試驗(yàn)；設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 02-0000-01
一、引言
進(jìn)口電磁閥，是指用電磁控制的工業(yè)設(shè)備[1]。其在工業(yè)控制系統(tǒng)中的功用主要體現(xiàn)在調(diào)整介質(zhì)方向、介質(zhì)流量、介質(zhì)速度及其他方面的參數(shù)。電磁閥主要通過與不同電路相配合來達(dá)到預(yù)期控制效果，并且控制精度及靈活度在可保證范圍內(nèi)。而電磁閥的主要一項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)就是電磁閥的耐久性，故而基于PLC對(duì)電磁閥耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在試驗(yàn)系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)。
二、進(jìn)口電磁閥耐久性試驗(yàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
（一）電磁閥耐久性試驗(yàn)工藝原理。衡量電磁閥性能的一項(xiàng)重要參數(shù)就是電磁閥的耐久性能[2]。耐久性檢測主要方法在于利用持續(xù)的開關(guān)信號(hào)給予，來檢測記錄次數(shù)。當(dāng)測試次數(shù)達(dá)到相關(guān)要求時(shí)，開始對(duì)電磁閥進(jìn)行漏氣檢測，來判定電磁閥的狀況。檢測次數(shù)有兩類，一類為最大耐久性的檢測，其內(nèi)容是電磁閥正常工作狀態(tài)下的極限壽命；另一類是合格次數(shù)的檢測，其內(nèi)容是電磁閥達(dá)到設(shè)計(jì)要求次數(shù)的合格率。目前，在工業(yè)流程中電磁閥測試如果達(dá)到要求次數(shù)，就需要實(shí)驗(yàn)人員將電磁閥取下，并接到氣源上加氣壓以測試電磁閥漏氣情況。
（二）電磁閥耐久性試驗(yàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。（1）下位機(jī)程序設(shè)計(jì)思路。一般地，順序設(shè)計(jì)法是下位機(jī)程序設(shè)計(jì)的主要方法。其以試驗(yàn)工藝為基礎(chǔ)，完成試驗(yàn)次數(shù)及漏氣檢測等過程�？刂扑畨汉愣ㄖ饕菓�(yīng)用PID控制算法。該程序中還加入報(bào)警環(huán)節(jié)設(shè)置，以對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性做到實(shí)時(shí)監(jiān)控。（2）上位機(jī)監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)思路。該系統(tǒng)在主要工藝流程的組態(tài)上，一般采用MCGS組態(tài)軟件。而下位機(jī)的程序?qū)?yīng)畫面還有數(shù)據(jù)給定、警示信號(hào)、操作幫助及仿真實(shí)驗(yàn)等等。
三、電磁閥耐久性試驗(yàn)控制系統(tǒng)之硬件設(shè)計(jì)
漏氣檢測器的工作原理是：如果進(jìn)行漏氣測試，回水管內(nèi)液體會(huì)全部充滿，此時(shí)待測電磁閥已經(jīng)關(guān)閉，在大氣壓力下，回水管內(nèi)的水便不會(huì)流出。在向電磁閥門加氣壓時(shí)，如果檢測電磁閥沒有發(fā)生漏氣，激光燈光線就會(huì)在水的折射；如果發(fā)生漏氣，比重比較小的氣泡就會(huì)聚集于導(dǎo)氣處。最后經(jīng)由感光器檢測，形成有效信號(hào)。測試完成后，氣體從導(dǎo)氣管中導(dǎo)出。
四、控制系統(tǒng)中下位機(jī)程序的設(shè)計(jì)
在電磁閥耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)中，因?yàn)槠涔に嚵鞒添樞蛐暂^強(qiáng)，所以PLC梯形圖的順序設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)程序是采用的常見辦法。其過程主要為兩步走，第一步是設(shè)計(jì)順序功能圖，第二部是編寫梯形圖[3]。
（一）設(shè)計(jì)順序功能：1）次數(shù)檢測環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)起先是對(duì)程序進(jìn)行初始化，以通過上位機(jī)得到實(shí)際參數(shù)。 當(dāng) M0.1轉(zhuǎn)成活動(dòng)步，變頻器控制電動(dòng)機(jī)并由PID算法計(jì)算出該頻率信號(hào)。當(dāng)M0.3轉(zhuǎn)為活動(dòng)步時(shí)，氣壓電磁閥關(guān)閉，并把水壓電磁閥打開。M0.3至M0.6是電磁閥A接受測試步階段，當(dāng)Q1.4是1，A組電磁閥測試遭到屏蔽，顯示測試A電磁閥工作已經(jīng)完成。同樣地，M0.7到1.1是B組測試步階段，M1.2到M1.4是C組測試步階段。2）漏氣檢測環(huán)節(jié)。漏氣檢測，主要是同時(shí)對(duì)三個(gè)待測電磁閥進(jìn)行檢測的環(huán)節(jié)。激活每個(gè)電磁閥測試的活動(dòng)步分別為M2.1、M2.4及M2.7。當(dāng)符合條件I0.1，就應(yīng)該測試漏氣，否則不檢測漏氣。當(dāng)三個(gè)工件都測試完畢后，退出測試并進(jìn)行下一步。
（二）梯形圖設(shè)計(jì)。在該設(shè)計(jì)中，從順序功能圖轉(zhuǎn)化到梯形圖，通常采用保停轉(zhuǎn)換方法來與順序功能圖諸環(huán)節(jié)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，并評(píng)估部分程序。梯形圖的設(shè)計(jì)主要有程序初始化、模式選擇、測試開關(guān)、判斷計(jì)數(shù)、漏氣檢測、循環(huán)測試及報(bào)警等幾個(gè)方面[4]。此方面就不一一贅述。
五、控制系統(tǒng)中上位機(jī)程序的設(shè)計(jì)
（一）建立上位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。上位機(jī)組態(tài)首先需要內(nèi)部變量的建立，從而使得主畫面里按鈕等連接操作更為方便。該系統(tǒng)所建立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里，數(shù)據(jù)對(duì)象類型有開關(guān)量及數(shù)據(jù)量兩個(gè)方面。開關(guān)量均需建立數(shù)據(jù)對(duì)象，尤其是檢測次數(shù)、主測次數(shù)及輔測次數(shù)等數(shù)據(jù)庫的建立更為必要。
（二）選擇設(shè)備和連接通道。選擇設(shè)備主要是PLC及通信參數(shù)的選定。通過相關(guān)工藝流程，我們可以知道：電磁閥耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入接口6個(gè)、開關(guān)量輸出接口16個(gè)，模擬量輸入輸出接口各1個(gè)。所以選用CPU226是可以滿足開關(guān)量的需求的。不過它由于缺乏模擬量輸入輸出接口的設(shè)置，所以需要擴(kuò)展該接口模塊。參照CPU226有關(guān)數(shù)據(jù)，其選型是與設(shè)計(jì)要求相吻合的。
而連接通道是通過對(duì)應(yīng)關(guān)系將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量及PLC內(nèi)部地址連接起來，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的監(jiān)視控制。
（三）主畫面的繪制、連接。關(guān)于畫面的運(yùn)行主要是指四個(gè)部分――電磁閥測試主控窗口、仿真測試和數(shù)據(jù)記錄、關(guān)于和幫助及開始畫面。
（四）上位機(jī)和下位機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試。試驗(yàn)調(diào)試主要是指下位機(jī)程序的完善程度及上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的控制程度[5]。前一階段，我們通過PLC仿真軟件參與程序調(diào)試，如果沒有達(dá)到預(yù)期效果或者正常邏輯順序測試不明顯，則使用實(shí)驗(yàn)室PLC進(jìn)行再次檢查，并完成相關(guān)調(diào)試。在完成下位機(jī)程序后，就需要組態(tài)上位機(jī)，及在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行連接調(diào)試。
六、結(jié)束語
在本設(shè)計(jì)中，雖然改進(jìn)了電磁閥耐久性試驗(yàn)流程，設(shè)計(jì)了上位機(jī)與下位機(jī)主體程序，但是由于條件所限，對(duì)PLC認(rèn)識(shí)不夠，出現(xiàn)了一些問題，比如編寫順序程序圖，添加復(fù)位環(huán)節(jié)等。借助這次設(shè)計(jì)，我對(duì)本專業(yè)知識(shí)構(gòu)架更為了解，責(zé)任意識(shí)加強(qiáng)，并計(jì)劃對(duì)知識(shí)體系中的不足進(jìn)一步完善。
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