基于PLCS7-300电磁阀气密性检测平台设计

阀类测试是一个较为综合，也是难度很大的技术问题，它与工业流程的质量，工人的安全，设备的安全都息息相关。阀类的气密性测量更是重中之重。

本文以PLC为基础，传感器为辅助，设计一套与传统阀类气密性测试方法不同的保压法进行气密性检测平台，使电磁阀的气密性能够得到精确的测量。

1 检测方法简述

在实际工程应用中，电磁阀的气密性定义为：在给定被测量密封件加一定压力介质气体的情况下，允许介质泄漏的极限量[1]。

传统的气密性检测方法一般先把待测的元件充满一定量的惰性气体，然后将其浸入水中或涂肥皂泡，根据目测观察该元件是否有漏气现象。

本测量方法是通过传感器输出的信号来判断。同样向工作腔内充满一定量的惰性气体，安装在管道上的压差传感器实时测量其压力变化，经PLC的计算，就可以得到比较准确的泄漏率。此方法测量精度高，重复性好，测量后不用对被测件进行处理。

2 电磁阀气密性检测平台

2.1 结构

电磁阀气密性检测平台是由西门子PLCS7-300、压差传感器、蜂鸣器、指示灯、手动阀、电磁阀、气泵、过滤器、减压器等组成。过滤器将对进入平台的气体进行预处理，把气体里面的杂质除去。其中PLCS7-300作为整个检测平台的控制器，控制阀门的开启和闭合，并提供报警信号。压差传感器安装在管道上，当管内有气体通过，就可测量其气压，再传给了PLC。当气压超过了设定值，报警器开始报警。整个系统如图1所示。

2.2 工作过程

该系统连接35 MPa恒压气源，并在入口处装有手动截止阀，用于控制整个平台的气源，方便断电操作、检修；过滤器安装在入口处手动阀之后，在系统出口处同样装了手动阀，保证在断电情况下能正常的泄气，以保证系统的安全。

检测开始后，接通恒压气体，打开手动阀K1，气体流经过滤阀G1,电磁阀MB1，利用压差传感器检测气压，然后打开电磁阀MB2，让自动减压器把气压减为10 MPa，再打开电磁阀MB3，开始对被测阀测试，记录P3值，第2次的值在启动定时器2 min后记录，第3次的值在20 min后记录，相邻两次数值差值小于0.1 MPa，气密性检测完毕，如果漏气严重，报警器报警。工作流程如图2所示。

2.3 电磁阀气密性检测平台硬件选型

本电磁阀检测平台PLC是根据需要控制和检测的点位进行选择的，点位统计如表1所示。

表1 系统I/O点

由表1可知，DO一共7个，DI一共4个，AI一共3个。所以选取一个8输入的PLCDO模块，一个8输入的DI模块，一个8输入的AI模块。

3 电磁阀检测平台程序设计

硬件选取完后，开始对软件进行设计。软件设计分为两部分，一是PLC的程序，二是上位机组态画面的设计。其中PLC程序设计主要作用是对平台的控制和检测，上位机主要实现数据记录，打印等功能。

3.1 下位机程序设计

PLC要完成的控制任务比较复杂时，用户的编程工作量及控制程序就较大。要把程序的各个部分清晰地组织起来，选择合适控制任务要求的程序结构就很关键。Step7有三种编程方法可供选择，它们分别是线性编程、分部式编程和结构化编程[2][3]。

线性编程将整个用户程序写在一个指令连续的块中，处理器线性、顺序地扫描程序的每条指令。这个结构是PLC最初所模拟的硬连线继电器梯形图模式。线性编程方法适合于比较简单的控制任务。

分部式编程将用户程序分成相对独立的指令块，每个块包含给定的部件和作业组的控制逻辑。各分块的执行顺序由组织块中指令决定。

结构化编程要求用户程序提供一些通用的指令块，以便控制一类相似的或相同的部件（如PID运算、发送/接收数据块等），给通用指令块提供的参数进一步说明各部件的控制差异。这样结构化的程序能反复调用这些通用指令块。结构化编程方法比前面两种编程方法更为先进，适合复杂的控制任务并支持多人协同编写大型用户程序。结构化编程的优点是：程序结构层次清晰，部分程序通用化、标准化，易于修改，简化程序的调试。

图3为电磁阀气密性测试的程序框图。其流程是：接通恒压气流，打开手动阀K1，电磁阀MB1上电打开，对气压进行检测，看是否大于12 MPa，若大于12 MPa，打开电磁阀MB2，通过自动减压器变为所需气压10 MPa，P2进行检测其值，接着打开电磁阀MB3,开始对被测阀测试，记录P3其值，定时器定时2 min后记录第2次的值，20 min后记录第3次的值，每两次之间的差值若小于0.1 MPa，则气密性良好，否则报警。测试完毕后按停止按钮，MB4打开，MB1关闭进行放气，放气完毕后将阀取下。

3.2 上位机程序设计

为了满足整个检测过程便与观察，数据方便被记录，在上位机的组态画面的设计中，选取了北京亚控公司的组态王组态软件。组态软件主要功能[4]：

（1）实现电磁阀气密性检测整个过程的可视化；

（2）实现检测过程中数据的采集、现实、记录、打印等；

（3）实现检测过程监控报警；

（4）实现报表功能、方便数据的查询。

根据上述要求，为检测平台创建了以下窗口（以主要窗口为例），如图4～5所示。

图4所示窗口主要提供一些组态软件操作步骤，和操作方法。

图5所示是检测平台的模拟窗口，其中可以观察到报警信息，阀门状态和气压值等。

4 结论

本文叙述了一种基于PLC采用保压法对电磁阀气密性进行检测方法，与传统的浸水检测方法相比，其测量更准确，测量数据可以很好地被记录和保存。