基于PLC的電空閥教學實訓系統的設計

付建勛　張文輝

摘 要：結合動車組開關型電空閥的具體技術要求，利用歐姆龍CPIH-XA40DT-D型PLC、威達工控機、壓力傳感器等設計實現一種開關型電空閥教學實訓系統。介紹實訓系統具體設計方案和教學實訓功能，在實訓教學中取得了很好的效果。

關鍵詞：PLC；閥門控制；實訓系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.194

電空閥是高速動車組制動控制系統的重要組成部分。目前，我國的CRH1、CRH3、CRH5、CRH380B等型號的動車組均采用開關型電空閥。對于高速動車組檢修專業的學生來說，在沒有實車的實訓室，研制出體現實車工作環境和操作條件的教學實訓系統成為當務之需。為了便于教學，節約成本，本文利用通用的工業氣動閥加上空氣壓力傳感器和PLC，設計了一種可以模擬開關型電空閥控制系統。

1 系統總體設計原則

1.1 技術要求

CRH380B型動車組制動控制裝置中的EP閥（電空閥）系統主要用于將制動指令由電信號轉變為空氣信號。其主要工作原理是：由安裝在EP閥出口的壓力傳感器實時檢測輸出風壓，送至系統中的數據采集與處理單元PLC，并由PLC發送電信號控制相關風路電磁閥的開閉。同時通過顯示儀表和上位計算機的顯示器在司機室等地作以顯示。

1.2 總體設計原則

（1）整個實訓系統的數據采集、處理與顯示、風壓調節與控制等核心設備要使用實車設備，既要包含實車系統的基本功能，同時也要兼顧系統教學，為學生和地勤技術人員進行系統調試、參數觀察、故障分析與處理等操作創造條件；（2）系統所使用的風壓傳感器和風路電磁閥要具備普遍性和代表性，要以滿足實訓要求，并且節約成本為準則，區別于實車；（3）風壓檢測、電磁閥得失電狀態由PLC采集和控制，而控制信息的顯示要靠PLC與上位機的通訊和上位機顯示器完成。

2 系統設計方案

2.1 系統組成

該系統的主要工作原理：制動時，制動電磁閥A1在PLC的控制下得電，閥口打開，預控壓力風路導通，同時，壓力傳感器將其測得的輸出壓力值反饋給PLC，PLC將指令信號與反饋信號進行比較，如果實際的壓力值低于指令值，那么保持制動電磁閥A1的得電狀態，使其閥口保持開通狀態；如果實際的壓力值高于指令值，那么使制動電磁閥A1變為失電狀態，使其閥口關閉，并且此時緩解電磁閥A2得電排風，直到壓力信號達到預定指令值。通過PLC控制制動電磁閥A1和緩解電磁閥A2的通斷電狀態，可以實現預控壓力的升高或者下降，最終使輸出壓力按照預控壓力的變化而變化。制動緩解時，制動電磁閥A1失電，緩解電磁閥A2得電，把壓力空氣排向大氣直至輸出口壓力降為零。

2.2 系統的主要設備

本系統由控制器PLC、壓力傳感器、信號發生器（用來模擬控制電流）和兩個二位二通電磁閥（A1制動電磁閥、A2緩解電磁閥）組成。

（1）控制器PLC的選型與配置。PLC型號為CPIH-XA40DT-D型，基本參數：1）I/O點 40點；2）A/D模塊：擴展兩個單極性，分辨率為1/4 096的模擬量輸入模塊；3）內存：程序存儲量20K，數據存儲量32K；（2）上位機的選型與配置。系統中負責與PLC通信和監控的上位機選擇威達工控機RACK-360，具體配置如下。CPU：Socket-478架構，支持Pentium 4/Cerleron，外頻533/800MHz；系統芯片組Intel 865G+ICH5；總線 AGP 4X/8X，1個10/100 Mbit/s i82562ET以太網；2個RS-232串口，1個LPT并口（支持SPP/ECP/EPP模式），8個USB接口等；（3）壓力傳感器。將EP閥輸出口的風壓變換為電流模擬信號（4-20mA）經A/D模塊傳送給PLC，具有數據準確、可靠度高、工作壽命長等優點；（4）信號發生器。用信號發生器模擬BCU（制動控制單元）輸向EP閥的預控電流信號，這個信號經A/D模塊傳送給PLC，PLC將這個信號和壓力傳感器信號進行比較；（5）電磁閥。用兩個二位二通的電磁換向閥分別用作制動電磁閥A1和緩解電磁閥A2，電磁閥電磁鐵的得失電狀態由控制器PLC的輸出指令控制。

2.3 PLC程序設計

（1）控制原理。本控制程序按照兩個參數（壓力傳感器測得的反饋壓力值和預控壓力值）的大小比較對電磁閥A1和A2進行控制。傳感器反饋壓力值通過模擬量輸入通道201傳遞給PLC，預控壓力信號用信號發生器生成的電流模擬，通過模擬量輸入通道202傳遞給PLC，PLC經過運算后，通過開關量輸出通道0.00、0.01分別控制制動電磁閥A1和緩解A2的通斷電，從而控制輸出風壓的大小，實現EP閥制動、保壓、緩解三個工作狀態；（2）PLC 控制梯形圖設計。系統的主程序為一循環程序，PLC在工作狀態下不停地循環掃描，不斷地從模擬量輸入通道讀取來自信號發生器和壓力傳感器反饋的電流值，并對它們的差值和零進行比較，實時監控EP閥輸出的壓力值，直到輸出壓力值與預控壓力值相等時為止。

3 系統教學實訓功能

（1）開關型EP閥的組成、分布及其工作原理演示；（2）系統功能及動作過程演示；（3）系統自身故障檢測動態顯示；（4）人為設置傳感器或者PLC故障，觀察故障現象，進行故障診斷和排除的訓練；（5）在上位機組態軟件頁面上觀察BCU輸入給EP閥電流的大小與EP閥輸出壓力大小的隨動關系和動態響應過程；（6）編制系統運行日志文件。

4 結束語

以PLC為控制器搭建了EP閥實訓控制系統，既展示了動車組開關型EP閥的組成結構、工作原理與工作過程，又兼顧了教學與實訓功能。應用該實訓系統進行教學，學生能深入的理解組合型開關EP閥的工作原理，提高學生動手動腦設計、調試、操作的能力，提高學生的綜合素質。同時，也為其它動車組檢修專業實訓設備的開發提供了借鑒與思路。

參考文獻：

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作者簡介：付建勛（1983-），男，河北石家莊人，碩士研究生，助教，教師，研究方向：動車組制動系統檢修與調試。