基于PLC的电空阀教学实训系统的设计

付建勋　张文辉

摘 要：结合动车组开关型电空阀的具体技术要求，利用欧姆龙CPIH-XA40DT-D型PLC、威达工控机、压力传感器等设计实现一种开关型电空阀教学实训系统。介绍实训系统具体设计方案和教学实训功能，在实训教学中取得了很好的效果。

关键词：PLC；阀门控制；实训系统

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

电空阀是高速动车组制动控制系统的重要组成部分。目前，我国的CRH1、CRH3、CRH5、CRH380B等型号的动车组均采用开关型电空阀。对于高速动车组检修专业的学生来说，在没有实车的实训室，研制出体现实车工作环境和操作条件的教学实训系统成为当务之需。为了便于教学，节约成本，本文利用通用的工业气动阀加上空气压力传感器和PLC，设计了一种可以模拟开关型电空阀控制系统。

1 系统总体设计原则

1.1 技术要求

CRH380B型动车组制动控制装置中的EP阀（电空阀）系统主要用于将制动指令由电信号转变为空气信号。其主要工作原理是：由安装在EP阀出口的压力传感器实时检测输出风压，送至系统中的数据采集与处理单元PLC，并由PLC发送电信号控制相关风路电磁阀的开闭。同时通过显示仪表和上位计算机的显示器在司机室等地作以显示。

1.2 总体设计原则

（1）整个实训系统的数据采集、处理与显示、风压调节与控制等核心设备要使用实车设备，既要包含实车系统的基本功能，同时也要兼顾系统教学，为学生和地勤技术人员进行系统调试、参数观察、故障分析与处理等操作创造条件；（2）系统所使用的风压传感器和风路电磁阀要具备普遍性和代表性，要以满足实训要求，并且节约成本为准则，区别于实车；（3）风压检测、电磁阀得失电状态由PLC采集和控制，而控制信息的显示要靠PLC与上位机的通讯和上位机显示器完成。

2 系统设计方案

2.1 系统组成

该系统的主要工作原理：制动时，制动电磁阀A1在PLC的控制下得电，阀口打开，预控压力风路导通，同时，压力传感器将其测得的输出压力值反馈给PLC，PLC将指令信号与反馈信号进行比较，如果实际的压力值低于指令值，那么保持制动电磁阀A1的得电状态，使其阀口保持开通状态；如果实际的压力值高于指令值，那么使制动电磁阀A1变为失电状态，使其阀口关闭，并且此时缓解电磁阀A2得电排风，直到压力信号达到预定指令值。通过PLC控制制动电磁阀A1和缓解电磁阀A2的通断电状态，可以实现预控压力的升高或者下降，最终使输出压力按照预控压力的变化而变化。制动缓解时，制动电磁阀A1失电，缓解电磁阀A2得电，把压力空气排向大气直至输出口压力降为零。

2.2 系统的主要设备

本系统由控制器PLC、压力传感器、信号发生器（用来模拟控制电流）和两个二位二通电磁阀（A1制动电磁阀、A2缓解电磁阀）组成。

（1）控制器PLC的选型与配置。PLC型号为CPIH-XA40DT-D型，基本参数：1）I/O点 40点；2）A/D模块：扩展两个单极性，分辨率为1/4 096的模拟量输入模块；3）内存：程序存储量20K，数据存储量32K；（2）上位机的选型与配置。系统中负责与PLC通信和监控的上位机选择威达工控机RACK-360，具体配置如下。CPU：Socket-478架构，支持Pentium 4/Cerleron，外频533/800MHz；系统芯片组Intel 865G+ICH5；总线 AGP 4X/8X，1个10/100 Mbit/s i82562ET以太网；2个RS-232串口，1个LPT并口（支持SPP/ECP/EPP模式），8个USB接口等；（3）压力传感器。将EP阀输出口的风压变换为电流模拟信号（4-20mA）经A/D模块传送给PLC，具有數据准确、可靠度高、工作寿命长等优点；（4）信号发生器。用信号发生器模拟BCU（制动控制单元）输向EP阀的预控电流信号，这个信号经A/D模块传送给PLC，PLC将这个信号和压力传感器信号进行比较；（5）电磁阀。用两个二位二通的电磁换向阀分别用作制动电磁阀A1和缓解电磁阀A2，电磁阀电磁铁的得失电状态由控制器PLC的输出指令控制。

2.3 PLC程序设计

（1）控制原理。本控制程序按照两个参数（压力传感器测得的反馈压力值和预控压力值）的大小比较对电磁阀A1和A2进行控制。传感器反馈压力值通过模拟量输入通道201传递给PLC，预控压力信号用信号发生器生成的电流模拟，通过模拟量输入通道202传递给PLC，PLC经过运算后，通过开关量输出通道0.00、0.01分别控制制动电磁阀A1和缓解A2的通断电，从而控制输出风压的大小，实现EP阀制动、保压、缓解三个工作状态；（2）PLC 控制梯形图设计。系统的主程序为一循环程序，PLC在工作状态下不停地循环扫描，不断地从模拟量输入通道读取来自信号发生器和压力传感器反馈的电流值，并对它们的差值和零进行比较，实时监控EP阀输出的压力值，直到输出压力值与预控压力值相等时为止。

3 系统教学实训功能

（1）开关型EP阀的组成、分布及其工作原理演示；（2）系统功能及动作过程演示；（3）系统自身故障检测动态显示；（4）人为设置传感器或者PLC故障，观察故障现象，进行故障诊断和排除的训练；（5）在上位机组态软件页面上观察BCU输入给EP阀电流的大小与EP阀输出压力大小的随动关系和动态响应过程；（6）编制系统运行日志文件。

4 结束语

以PLC为控制器搭建了EP阀实训控制系统，既展示了动车组开关型EP阀的组成结构、工作原理与工作过程，又兼顾了教学与实训功能。应用该实训系统进行教学，学生能深入的理解组合型开关EP阀的工作原理，提高学生动手动脑设计、调试、操作的能力，提高学生的综合素质。同时，也为其它动车组检修专业实训设备的开发提供了借鉴与思路。

参考文献：

[1]孙艳秋.基于PLC的船舶阀门遥控与液位遥测教学实训系统设计 [J].船海工程，2014（02）：75-77.

[2]余梅，刘国巍.基于PLC矿用啧涂机械手控制系统设计[J].煤炭工程，2015（01）.

[3]黄黎芹等.基于PLC控制的气动实验台[J].流体传动与控制，2007（06）：40-41.

作者简介：付建勋（1983-），男，河北石家庄人，硕士研究生，助教，教师，研究方向：动车组制动系统检修与调试。