電子膨脹閥檢測控制系統

摘要：介紹了一種電子膨脹閥檢測控制系統，由于采用了工控機+PLC+觸摸屏+組態(tài)軟件組裝方式并輔以二次開(kāi)發(fā)設計，因而整個(gè)控制系統具有控制功能強、可靠性高、檢測效率高、操作方便靈活、系統可擴展性好、開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)。

引言

　　電子膨脹閥是按照預設程序調節蒸發(fā)器供液量，因屬于電子式調節模式，故稱(chēng)為電子膨脹閥。它適應了制冷機電一體化的發(fā)展要求，具有熱力膨脹閥無(wú)法比擬的優(yōu)良特性，為制冷系統的智能化控制提供了條件，是一種很有發(fā)展前途的自控節能元件。電子膨脹閥作為節流元件，可滿(mǎn)足制冷劑流量變化的要求，從而最大程度地發(fā)揮變頻空調的優(yōu)勢，提高系統制冷量。同時(shí)，電子膨脹閥具有流量調節范圍大、調節精確高、省電、制冷劑可以正反兩個(gè)方向流動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，現已用于高檔的變頻空調中，廣泛應用于商用空調。由于生產(chǎn)質(zhì)量過(guò)程控制需求，需要對其進(jìn)行性能檢測。本文介紹的電子膨脹閥檢測控制系統，具有如下的功能及特點(diǎn)：

　　(1)系統采用PLC、觸摸屏、微機組合并配以適用廣泛的FIX工控組態(tài)軟件加以二次開(kāi)發(fā)，使系統具有較高的可靠性和性?xún)r(jià)比。

　　(2)電子膨脹閥的步進(jìn)電機的控制采用軟件環(huán)分器，實(shí)現對其控制頻率、步數、開(kāi)關(guān)閥的自由控制。

　　(3)實(shí)時(shí)監測開(kāi)關(guān)閥步數、泄露流量、高壓流量、低壓流量，并記錄作為監測數據保存。

　　(4)具有良好的人機界面和較高的自動(dòng)化程度，操作方便、使用可靠。

　　(5系統具有自診斷功能，出現故障后自動(dòng)報警。

1 系統分析

　　被控對象為用于空調的電子膨脹閥，為避免壓縮空氣由于流量增大壓力降低造成流量數據不準確，采用SMC高精度減壓閥。根據檢測要求，電子膨脹閥的開(kāi)關(guān)步數、高壓開(kāi)關(guān)、低壓開(kāi)關(guān)應為可控。高壓流量、低壓流量應為可測。為保存檢測結果，要求記錄檢測過(guò)程結果。

　　由于電子膨脹閥為四相八拍步進(jìn)電動(dòng)機，所以采用軟件環(huán)分器可以得到良好的運行效果。四相八拍脈沖時(shí)序對照表見(jiàn)表1。

　　氣體流量是影響電子膨脹閥的一個(gè)重要指標，為排除其他干擾因素而影響測量精度，本文采用質(zhì)量流量計進(jìn)行檢測。由于測量流量范圍大，本文采用分段測量即小流量流量計與大流量力量計。

2 系統組成

　　(1)為滿(mǎn)足0-400SLM精確測量，采用七星華創(chuàng )公司D07-9M量程為0-30SLM和AFC202量程為30-400SLM的質(zhì)量流量計，精度為2。測量輸出為4-20mA。

　　(2)為滿(mǎn)足大流量下，壓縮空氣壓力恒定，采用SMC公司IR400-03B的精密減壓。0.4級指針式精密壓力表滿(mǎn)足恒壓的顯示要求。

　　(3)實(shí)時(shí)控制選用西門(mén)子公司S7—200PLC系列的CPU—226，并配EM231模擬擴展單元1個(gè)。PLC具有2點(diǎn)模入，40點(diǎn)開(kāi)關(guān)量可滿(mǎn)足系統檢測及控制要求。

　　(4)PLC開(kāi)關(guān)量輸出驅動(dòng)電磁閥開(kāi)關(guān)，達到控制壓縮空氣通斷的目的。

　　(5)手動(dòng)操作采用臺達DOP57觸摸品屏，可實(shí)現手動(dòng)操作與實(shí)時(shí)監控的操作。觸摸屏使用雙絞線(xiàn)屏蔽線(xiàn)纜連接485通訊端口，另一端連接到PLC的PORT1端口，通過(guò)觸摸屏完成手動(dòng)檢測過(guò)程。

　　(6)監控計算機采用研華公司IPC610工控機使用PC/PPI電纜連接微機COM2端口;PPI端連接到PLC的PORT0端口。實(shí)現串行通訊方式下的數據交換，通過(guò)上位機完成自動(dòng)檢測的全過(guò)程。

3 通訊協(xié)議

　　上位機與PLC的通訊協(xié)議根據系統應用及簡(jiǎn)化設計的目的采用三層協(xié)議：

　　(1)物理層。上位機使用COM端口的RS-232并經(jīng)PC/PPI電纜轉換為RS-485與PLC連接，完成原始數據流的異步傳輸。

　　(2)鏈路層采用類(lèi)似二進(jìn)制同步傳輸(BSC)協(xié)議的數據幀格式，包含幀頭、幀尾、站號、檢驗、確認等，實(shí)現以上位機為主控站，多PLC從站輪詢(xún)/選擇通訊方式下的高可靠性的數據鏈路。

　　(3)應用層。應用層的當前數據有：

　　(a)當前數據，即大流量、小流量、當前步數、完成步數。

　　(b)設定數據，即設定步數，及開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)量。

　　應用層協(xié)議格式有：

　　(a)主機格式：

　　其中：CMD 命令字(一字節)

　　=1 讀數據 DATA=應讀數據的字節數

　　=2 寫(xiě)位數據 DATA=置位，復位標志

　　=3 寫(xiě)數據 DATA=應寫(xiě)數據

　　ADDRESS 數據地址(二字節)

　　DATA 數據(長(cháng)度不定)

　　(b)從機格式：

　　其中：

　　ADDRESS 數據地址(二字節)

　　DATA 數據(長(cháng)度不定)

　　相應的通訊協(xié)議實(shí)現：上位機靠使用FIX5.5I/O驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境ITK(MS C/C++7.0)完成;PLC靠使用STEP7編程語(yǔ)言完成。觸摸屏使用Delta HMI Screen editor開(kāi)發(fā)完成。

4 軟件設計

　　整個(gè)系統的軟件設計可分為三大部分。

4.1 PLC軟件設計

　　PLC的程序使用STEP 7語(yǔ)言編寫(xiě)。為了方便程序設計和調試，采用模塊化程序設計和調試。共分為三大部分模塊：第一部分為初始化模塊，用于設置PLC的初始輸出狀態(tài)和功能控制字;第二部分為過(guò)程控制模塊，完成系統對控制及過(guò)程參數檢測;第三部分為通訊模塊，是上位機命令的執行和向上位機傳遞過(guò)程參數的程序。

　　數據采集用定時(shí)器中斷控制，參數通過(guò)模擬輸入A/D變換后采集。

　　控制程序主要有開(kāi)關(guān)電子膨脹閥、動(dòng)作控制和故障處理程序等，其中開(kāi)關(guān)電子膨脹閥的時(shí)序脈沖通過(guò)軟件環(huán)形分配器得到。

　　通訊程序模塊包括通訊口初始化、接收數據成幀及校驗、字符中斷接收、發(fā)送數據成幀及校驗、數據發(fā)送等功能。由于鏈路層使用了靜線(xiàn)等待、反饋重發(fā)、超時(shí)重發(fā)、差錯校正和防死鎖等技術(shù)，使PLC的數據通訊可靠性非常高;針對PLC數據既有整數型、又有位數型(開(kāi)關(guān)量)的特點(diǎn)，在PLC關(guān)鍵數據更新時(shí)，應用層程序采用了數據封鎖及復雜的邏輯運算，保證了數據的一致性，并避免了競爭冒險現象的出現。經(jīng)過(guò)通訊程序模塊的多次使用及測試證明，即使用在惡劣工況下，數據通訊過(guò)程亦非常穩定。

4.2 監控工控機軟件設計

　　監控工控機的操作系統選用WINDOWS　XP。為了達到操作方便的設計要求，并考慮到過(guò)程數據的處理要求及系統良好的擴充性，我們選用Intellution公司FIX5.5組態(tài)軟件配合Microsoft 公司Office軟件并加以二次開(kāi)發(fā)，研制出具有系統菜單、參數設置、當前值、歷史查詢(xún)、操作控制、報警信息等功能的人機界面。

　　PLC設備的I/O驅動(dòng)程序使用與FIX配套的ITK軟件開(kāi)發(fā)。為達到在WINDOWS　XP操作系統下運行的目的，我們重新編寫(xiě)了ITK的SIO驅動(dòng)程序模塊并與之連接。經(jīng)過(guò)長(cháng)期運行測試，驗證了該程序的可靠性。

4.3 觸摸屏的軟件設計

　　觸摸屏使用Delta公司 Screen editor軟件二次開(kāi)發(fā)，研制出具有手動(dòng)控制操作、過(guò)程參數顯示等功能的人機界面。

5 結論

　　本文介紹的電子膨脹閥檢測控制系統，由于采用了工控機+PLC+觸摸屏+組態(tài)軟件組裝方式并輔以二次開(kāi)發(fā)設計，因而整個(gè)控制系統具有控制功能強、可靠性高、檢測效率高、操作方便靈活、系統可擴展性好、開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)。該系統經(jīng)調試和運行證明，整機穩定可靠，未發(fā)生任何故障，已通過(guò)使用單位驗收并投入正常使用。

參考文獻：

　　[1]梁曦.冰箱、冷柜自動(dòng)檢測系統[J].工業(yè)控制計算機.1998(6)：19～21

　　[2]申雪峰,朱根才.冰箱制冷速度檢測系統[J].數據采集與處理，1997，12(3): 205～208

　　[3]張毅剛.自動(dòng)測試系統[M].黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001

　　[4]張華鈞、隋家賢.磁耦合攪拌反應釜控制系統.化工裝備技術(shù).1999(4): 50～52

　　[5]姬起群、施火泉.電動(dòng)式電子膨脹閥控制系統的設計，微特電機.2012(3): 64～65