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基于PLC的電磁閥響應時(shí)間測試系統設計論文
隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)的普及，氣動(dòng)和液壓技術(shù)得到廣泛應用，用來(lái)調整氣液體方向及流量的電磁閥的使用量也飛速擴大。電磁閥的質(zhì)量好壞很大程度上決定使用它的自動(dòng)化設備的性能和可靠性，所以對電磁閥的檢測也就非常重要。本文以具體的工程實(shí)踐為例，就設計電磁閥響應時(shí)間測試系統做簡(jiǎn)單分析。
1 系統功能需求
本系統需要檢測的電磁閥用于控制壓縮天然氣管路通斷�？蛻�(hù)提出規定如下：電磁閥開(kāi)通響應時(shí)間為，在某一輸入壓力 x 下電磁閥線(xiàn)圈通電到在氣路輸出端檢測到 0.5x 的壓力所需時(shí)間;電磁閥關(guān)斷響應時(shí)間為，從電磁閥線(xiàn)圈斷電到氣路輸出端檢測到壓力下降至 0.05x 以下所需時(shí)間;為保證測試可靠性，要求連續測試 50 次通、斷響應時(shí)間，取算術(shù)平均值和最大值，測出的最小值剔除且不用于計算平均值，若測出的最大值大于規定的合格上限，則認為是不合格;氣路開(kāi)通時(shí)間規定不大于 5 ms，關(guān)斷時(shí)間規定不大于 9 ms。
2 硬件及開(kāi)發(fā)平臺選擇
根據現場(chǎng)電磁環(huán)境較惡劣、工廠(chǎng)設備現狀及維護人員情況等，選擇適合于工業(yè)環(huán)境、可靠性高、抗干擾能力強、性?xún)r(jià)比高的小型 PLC作為系統開(kāi)發(fā)平臺，并且選擇輸出速度快的晶體管型;選擇工業(yè)觸摸屏為人機交互界面，同時(shí)可以執行數據記錄和處理任務(wù)。因電磁閥線(xiàn)圈驅動(dòng)電流較大，PLC 不能直接驅動(dòng)，考慮中間設計放大電路或使用成品固態(tài)繼電器，重點(diǎn)確定中間環(huán)節的延時(shí)時(shí)間，一是必須穩定，二是必須小于 1 ms。PLC 的 A/D 轉換模塊轉換時(shí)間較長(cháng)，且受 PLC 掃描工作方式控制，完成一次氣壓值檢測所需時(shí)間太長(cháng)，遠大于產(chǎn)品合格上限，所以使用氣壓傳感器和 AD 模塊不可行。通過(guò)反復比選和實(shí)際測試，選擇上海天賀自動(dòng)化儀表有限公司的高速壓力開(kāi)關(guān) PSW-M，量程范圍為 0～400 MPa(壓力閾值可在 0.2 kPa～400 MPa 之間由廠(chǎng)家設定)，精度為±1%FS，響應時(shí)間為1 ms，輸出信號為PNP晶體管輸出、常開(kāi)或常閉可選、Vout=Vpower-1。此壓力開(kāi)關(guān)的響應時(shí)間為一個(gè)確定的值，為得到更準確的電磁閥響應時(shí)間，可在最后采用“去皮”計算減去該值。壓力閾值可以設定，當氣壓達到設定值時(shí)將快速輸出開(kāi)關(guān)量信號，這樣可以直接輸入到 PLC，減少了模數轉換環(huán)節。
3 程序算法
PLC 為循環(huán)掃描工作方式，一般小型 PLC一次掃描時(shí)間超過(guò) 10 ms，且這個(gè)時(shí)間并不是固定的，沒(méi)法修正測試值。因此程序算法的設計將是這個(gè)系統成敗的關(guān)鍵。測量程序如圖 1 所示，連續執行 50 次，數據處理要求按客戶(hù)規定執行，采用該算法可以回避 PLC 掃描周期較長(cháng)且不固定的問(wèn)題，同時(shí)利用立即刷新指令將相關(guān)程序控制立即輸出到 PLC 外部端子上，使電磁閥線(xiàn)圈立即通電，而不是等到 PLC 掃描結束后再通電，線(xiàn)圈通電的同時(shí)開(kāi)始計時(shí)，如圖 2所示(以三菱 FX2N 為例)。
除算法設計外，一些細節問(wèn)題也需要考慮�？蓪� PLC 輸入信號濾波時(shí)間設定盡量小，以減少對測試值的影響，雖然會(huì )降低系統抗干擾的性能，但可通過(guò)多次測試去除最小值、取平均值等方法來(lái)解決。對于 PLC中的一些其他程序，若運行占用時(shí)間會(huì )影響測試，可以用跳轉指令來(lái)暫時(shí)避開(kāi)它不執行。
每次測試值修正公式為：測試值=D10-PLC 輸入信號濾波時(shí)間-輸出放大電路響應時(shí)間-PLC 輸出延遲時(shí)間-壓力開(kāi)關(guān)響應時(shí)間-程序延遲時(shí)間。其中：輸入信號濾波時(shí)間可最小設置為 0，程序延遲時(shí)間、PLC 輸出延遲時(shí)間、輸出放大電路響應時(shí)間均為微秒級，可忽略不計;壓力開(kāi)關(guān)響應時(shí)間小于等于 1 ms。所以修正公式可簡(jiǎn)化為：測試值=(D10-1)ms。
4 結論
本文所述電磁閥響應時(shí)間測試系統設計，通過(guò)實(shí)驗室反復測試和客戶(hù)近一年實(shí)際使用，證實(shí)該系統設計是成功的、程序算法有效可靠。特別是程序算法具有較強可移植性，可在類(lèi)似的 PLC 應用領(lǐng)域使用，可以有效解決 PLC 循環(huán)掃描工作方式和系統實(shí)時(shí)性要求高的矛盾。
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