基于PLC的自动阀门控制系统设计研究

摘要：自动阀门在人们的日常生活中已经得到了广泛应用，同时人们对其性能和安全等方面的要求也越来越高。由于PLC的高稳定性和对环境较强的适应能力，使PLC在自动阀门控制装置中的应用也日益广泛。随着PLC不断更新，PLC控制已成为自动控制中最常见的方式之一，由于可编程控制器可以很简单的改变控制方式。并且，PLC具有较高的稳定性、可靠性、维修方便等优点。本文设计以PLC为基础，以传感器为感应装置，电动机为动力单元，从而达到设计的要求。

关键词：PLC可编程控制器;自动阀门;传感器

1 PLC的自动阀门控制系统基本原理

1.1 PLC的基本结构及原理

目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都一微处理器为核心用微工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大至相同，硬件结构与微机相似，主要包括中央处理单元CPU存储器RAM和ROM，输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部识别接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，他们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。

1.2 PLC的特点

PLC作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机，有其显著的特点。具体特点如下：可靠性高，抗干扰能力强;硬件配套齐全，功能完善，适用性强;安装方便，扩展灵活;系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造;体积小，重量轻，能耗低。

1.3 PLC的选型原则

当某一个任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。再PLC系统设计时，首先应确定控制方案，一方面工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因本文工程设计选型和估算时应该详细分析工艺过程的特点，控制要求，明确控制任务和范围，确定需要的操作和动作，然后根据控制要求估计输入输出点数，确定PLC的功能外部设备等内存有多大。第一个问题，首先要对控制任务进行详细分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O，以及输出量是用继电器还是晶体管或可控硅型。

2自动阀门控制系统的整体方案与应用

2.1 设计流程

①深入了解和分析自动阀门的控制要求和控制部件。②确定I/O设备。根据自动阀门控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。③根据I/O点数选择合适的PLC类型。④分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者輸入输出端子的接线图。⑤设计自动阀门系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个自动阀门系统设计的核心工作。⑥将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。⑦自动阀门系统的整体调试，在PLC软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试种发现的问题要逐一排除，直至调试成功。

2.2 自动阀门的功能需求分析

①开门和关门控制应有手动和自动方式。为了便于维护，自动阀门应具有手动和自动方式。手动和自动开门方式由手自动转换开关来控制。当转换开关拨向手动位置时，门可以手动调节开或者关。当转换开关拨向自动位置时，手动开门失效，由感应器检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门且门未关闭，PLC动作输出信号给变频器来控制电机的正转或者反转来实现开门或者关门。②紧急停止。当自动阀门出现夹人现象时，可闭合紧急停止开关，自动阀门自动进入开门过程。PLC控制和执行元件构成是自动阀门控制系统的两个重要组成。采用自动和手动控制方式，本文所述的控制模式为自动阀门的主要控制方式，设计自动阀门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。

2.3自动阀门的控制要求

经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。要实现自动控制首先要具备一下功能部件：微波检测开关，限位开关，超载要实现电机正保护开关。先确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转—开门，电机反转—关门。首先按下启动按钮，当传感器检测到能有人体通过信号时，开关上有电流通过（光电检测开关是脉冲触发需对其自锁），所以线圈上有电流通过，电动机正传，带动自动阀门执行开门过程。当门完全打开之后，使开门限位开关由闭合到断开，自动阀门停止，延时8秒。

3结语

本设计基本上达到了设计目的，利用PLC实现自动阀门的控制系统。掌握了PLC的编程，并运用软硬件的知识，通过合理地设备选型、参数设置、软硬件设计，提高了自动阀门的可靠运行。用可编程控制器对自动阀门进行控制的同时实施实时故障监测，准确可靠，实时性好，便于维修。

参考文献：

[1]常斗南.可编程控制器原理、应用、实验[J]. 机械工业出版社，2015（4）.

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