1 系統原理
    以實際需求為例，所使用的水流系統實驗平臺用來測量不同條件下水流的速度，系統對其電動閥的控制要求為：能任意控制電動閥開度的大小，實現開度的實時反饋并記錄為圖表，而且可以根據需要設置閥門開啟及保持的時間。根據要求，設計的閥門開度控制系統如圖1所示。

圖1 電動閥閥門控制系統原理圖

    整個系統動作時，各裝置間實現實時通信，輸入的程序參數通過觸摸屏傳送給PLC，PLC經過邏輯運算來控制電動閥閥門開度的大小，動作是否完成，由特殊寄存器里的信號反饋到觸摸屏中。如果在規定的時間內，執行部件沒能完成任務，系統將發出報警信號，提示操作人員系統出現故障，并在觸摸屏上顯示，同時系統無法進行下一步的工作，直到故障排除。PLC對觸摸屏輸入的信息進行處理的同時，也為觸摸屏的顯示提供數據。
    2 控制系統設計
    電動閥開度控制系統選用LJS－15型電動閥為執行件，其性能可靠，功能強勁，使用方便，集智能控制模塊于一體。LJS－15型電動閥工作原理為：閥門開度的大小通過流入電動閥控制器的電流大小來控制，控制的電流范圍為4～20mA，隨著電流的增大閥門開度不斷增大。電動閥的全行程時間為60s，即在不進行任何控制的條件下，閥門從閉合到完全開啟最快需要30s的時間，也就意味著該電動閥不適用于要求開啟時間小于30s的工作場合。系統以PLC為控制核心，運用觸摸屏作為人機界面。利用PLC的數字量模擬量轉換模塊將輸入的數字量轉化為對應的模擬量電流，實現對電動閥開度的全自動控制。
    2.1 PLC
    系統利用DVP－SX系列PLC對LJS－15型電動閥進行開度控制。DVP－SX系列PLC內部特殊寄存器D1116可以把數字信號轉化為模擬信號，改變其存儲數據即能改變輸入電動閥電流的大小，其數字范圍400～2000代表控制電流4～20mA.在通常情況下，電動閥閥門全行程時間是相對固定的，其運行速度也是均勻的，并且動作可靠。基于此，可以通過限制電流改變的時間來計算閥門動作的時間。采用PLC中的定時器來實現對流入電動閥電流大小的控制，把閥門開啟時間t分成n等份，每走過t/n時間，改變16/n電流的大小，直到電流從最初的4mA達到最終的20mA，開度從0°變為90°。同理，閥門回程控制同樣基于上述方法，而閥門開度到達90°后中間狀態保持的時間根據需要添加一個定時器設置即可。閥門開度的顯示一般需要電動閥控制器的反饋，但在實際應用中，閥門實際動作與電動閥反饋信號會有一定滯后，帶來一定誤差。考慮到大多數情況下，控制輸出必然會導致閥門動作，所以使用輸出信號代替返回信號，以克服滯后影響。即在PLC內部特殊寄存器D1116把數字信號轉化為模擬信號的同時，把數字信號反饋給觸摸屏，實時顯示開度大小。接線時，PLC的電流數字模擬通道接入到電動閥控制器的電流輸入通道，PLC和電動閥公共控制端相接。
    PLC程序設計。PLC的梯形圖是在其WPLSoft2.12編程軟件上完成的，梯形圖的設計除了能準確實現系統需要的功能外，同時還要和觸摸屏設計相結合。程序流程圖及部分程序如圖2和圖3所示。

圖2 PLC程序設計流程圖

圖3 PLC部分程序圖

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    2.2 觸摸屏
    系統選用DOP－B05S100觸摸屏同PLC通信，它可以通過相應的軟件添加畫面，放置所需要的開關、文本框、顯示框等元件，使用方便。
    觸摸屏設計流程圖如圖4所示。首先利用ScreenEditor2.00.20制作軟件在PC上創建一個主頁畫面（圖5），制作出啟動/暫停、圖形顯示、時間數值輸入等相應的觸摸按鈕和圖標，并用文字對按鈕進行標注和說明。各按鈕和圖形顯示的設定要結合PLC梯形圖，對應PLC中的具體地址與具體寄存器，設置好相應的屬性。接著對應圖形顯示按鈕切換到下一個畫面（圖6），添加開度顯示的歷史圖表、虛擬儀器圖表等元件，再做進一步的操作。輸入及顯示數據的精度和位數可以根據實際情況進行設定。特別是數值輸入和顯示元件要處理好相應的增益設置，這樣才能符合實際需要。比如其中PLC傳遞給觸摸屏的是電流信號，要根據規律轉化為開度信號。制作完成后，通過USB下載線從PC傳送到觸摸屏，在畫面的調試過程中，也可從觸摸屏上傳畫面到PC進行修改。

圖4 觸摸屏設計流程圖

圖5 電動閥開度控制觸摸屏主界面

圖6 電動閥開度顯示及反饋界面

    觸摸屏與PLC之間能夠通信，才能使系統正常工作。因此最后還要進行通信格式的設定：必須使兩者所設定的“通信格式”、“站號”、“傳輸速度”、“資料格式”等全部相同，然后再按正確的連線方式連接通信電纜。COM1口同PLC的RS－485接口通訊，RS－232接口同PC通訊。
    3 結束語
    經實驗證明，只要時間分段n足夠小，閥門控制的線性度就能較好，同時回程重合度通過程序的校正得到了很好的控制，閥門開度的測量也達到了理想的效果，但閥門開度的控制精度等問題仍需要進一步改善。總體來說，采用PLC、觸摸屏相結合的系統具有很好的應用前景，提高了閥門控制的自動化和智能化水平，能對現今工廠普遍使用的實際工程進行技術改造，使工作人員更加方便、快捷地完成控制。