調(diào)節(jié)閥主要用于電站系統(tǒng)調(diào)節(jié)自動化過程控制領(lǐng)域的介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)PLC實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的自動控制，維護(hù)電站系統(tǒng)的正常運行。

2調(diào)節(jié)閥簡介

2.1 調(diào)節(jié)閥的概述及組成

調(diào)節(jié)閥又稱控制閥（ControlValve），它是一種在過程控制系統(tǒng)中通過動力操作改變流體流量的裝置。根據(jù)自動化系統(tǒng)中的控制信號，自動調(diào)節(jié)閥門的開度，調(diào)節(jié)介質(zhì)流量、壓力、溫度和液位。

調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成，見圖1。執(zhí)行機(jī)構(gòu)起驅(qū)動作用，閥門起調(diào)節(jié)流量的作用。

圖1 電動調(diào)節(jié)閥

2.2調(diào)節(jié)閥的工作原理

根據(jù)流體力學(xué)，調(diào)節(jié)閥是一種局部阻力可以改變的節(jié)流元件。對于不可壓縮流體，調(diào)節(jié)閥的流量

   （1）

式中，Q-流量；Kv-流量系數(shù)；△P-閥門前后壓差；V-閥介質(zhì)比容；α-流量裕度系數(shù)。

該公式用于節(jié)流部位的雷諾數(shù)Re＞10⁵，而且沒有閃蒸和閥門沒有過渡管接頭，系數(shù)Kv值與閥門的流通能力和節(jié)流面積有關(guān)，不同的閥門對應(yīng)不同的Kv值。調(diào)節(jié)器輸出信號控制閥門的開關(guān)，可改變閥門Kv從而改變被調(diào)介質(zhì)的流量。

2.調(diào)節(jié)閥的流量特性

調(diào)節(jié)閥的流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量與調(diào)節(jié)閥的相對開度之間的關(guān)系。

調(diào)節(jié)閥的流量特性包括理想的流量特性和工作流量特性。理想的流量特性是指在調(diào)節(jié)閥前后壓差固定時具有直線、等百分比、拋物線和快速打開四個特性。

在實際系統(tǒng)中，閥門兩側(cè)的壓降不是恒定的，主要有兩個原因：①由于泵的特性，當(dāng)系統(tǒng)流量減少時，泵產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力增加；②當(dāng)流量減少時，線圈上的阻力也減少，導(dǎo)致閥門壓力較大。因此，調(diào)節(jié)閥前后的壓差通常會發(fā)生變化。在這種情況下，調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度之間的關(guān)系稱為工作流特性。

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3基于PLC控制調(diào)節(jié)閥

3.1PLC的編程語言STEP7是S7-300PLC的編程軟件

梯形圖、句子表和功能圖是標(biāo)準(zhǔn)的STEP7軟件包中有三種基本編程語言，可以使用STEP七中相互轉(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)的原理如圖2所示。

圖2 PLC模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理

被控量在模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)中c（t）(如壓力、溫度、流量、速度等。)是連續(xù)變化的模擬量。大多數(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如晶閘管調(diào)速裝置、電動調(diào)節(jié)閥和變頻器等。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，將測量元件（傳感器）和變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)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PID程序的執(zhí)行是周期性操作，間隔時間稱為采樣周期Ts。在每個數(shù)字量括號中n表示該變量是第n次采樣數(shù)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)化為模擬量(直流電壓或直流電流)mv（t），控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3.3控制系統(tǒng)設(shè)計理念

首先分析調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)，電容式壓力傳感器實時傳輸壓力信號PLC，PLC編程前通過硬件組態(tài)，程序載入PLC，程序的執(zhí)行將傳感器傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)閥閥位開度的控制指令，最終控制管道內(nèi)部壓力。

如圖3所示，系統(tǒng)規(guī)定的壓力設(shè)定值為8kPa，在實際工廠環(huán)境中，管道內(nèi)部壓力允許在一定范圍內(nèi)變化，因此設(shè)定值為中心增加一個范圍，使閾值為1kPa，確定管道的正常壓力范圍，即7~9kPa。當(dāng)測量元件測量管道壓力大于9時kPa時，信號經(jīng)PLC輸出調(diào)節(jié)閥電動執(zhí)行器閥門開度降低的指令；相反，當(dāng)測量壓力小于7時kPa時，PLC輸出指調(diào)節(jié)閥電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)開啟的指令；管道壓力為7~9kPa調(diào)節(jié)閥電機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)。

圖3

3.4PLC控制系統(tǒng)的一般步驟

設(shè)計和調(diào)試可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)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選擇合適的設(shè)備PLC類型；分配I/O點；設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序；輸入程序PLC；軟件測試；整體調(diào)試應(yīng)用系統(tǒng)。

3.5PLC的硬件組態(tài)

使用硬件組態(tài)STEP7對SIMATIC工作站分配硬件和參數(shù)。配置的數(shù)據(jù)可以通過下載傳輸?shù)絇LC。硬件組態(tài)的條件是必須創(chuàng)建一個帶有SIMATIC工作站項目。

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3.6連接電路

連接外部電路時，兩個繼電器分別與調(diào)節(jié)閥點動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開閥和關(guān)閥連接。為了實現(xiàn)互鎖功能，需要連接兩個繼電器：如圖4所示，兩個繼電器中的觸點13與另一個繼電器的觸點9連接，然后通過觸點1連接。

圖4

實現(xiàn)互鎖功能：

(1)繼電器1接通時，繼電器1接觸14、13與繼電器2接觸9、1形成電路。此時繼電器1正常工作，接觸9、1斷開，繼電器2接觸13、14的電路無法接通，導(dǎo)致繼電器2無法接通。

(2)同繼電器2連接時，繼電器1不能連接。

軟硬件互鎖設(shè)置后，開閥與關(guān)閥不會同時出現(xiàn)，有效地為電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供了安全保護(hù)。

3.7系統(tǒng)調(diào)試

在完成程序編程并連接外部電路后，需要調(diào)試系統(tǒng)SIMATICManage界面中，將BLOCKS所有塊及Systemdata點擊下載將其一起下載到PLC然后打開電路，調(diào)整電阻箱模擬傳感器PLC輸入信號，通過變量監(jiān)控窗口可以觀察到在壓力范圍內(nèi)執(zhí)行相應(yīng)的開啟、關(guān)閉和點動指令。調(diào)試后，檢驗程序邏輯正確，運行正常，實現(xiàn)了調(diào)節(jié)閥的自動控制，達(dá)到了預(yù)期的目的。

4結(jié)語

基于PLC根據(jù)和S7-300PLC通過采集控制系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)量，連接壓力傳感器傳回的參數(shù)信號PLC編程實現(xiàn)系統(tǒng)中壓力的實時監(jiān)測，并在允許范圍內(nèi)調(diào)整參數(shù)的波動范圍，以保持電廠的正常運行。