由于現在的控制方式和手段越來(lái)越多，在實(shí)際工業(yè)生常和工業(yè)控制中，用來(lái)控制氣動(dòng)執行機構的方法也很多，常用的有以下幾種。
一、基于單片機開(kāi)發(fā)的智能顯示儀控制
智能顯示儀是用來(lái)監測閥門(mén)工作狀態(tài)，并控制閥門(mén)執行期工作的儀器，它通過(guò)兩路位置傳感器監視閥門(mén)的工作狀態(tài)，判斷閥門(mén)是處于開(kāi)閥還是關(guān)閥狀態(tài)，通過(guò)編程記錄閥門(mén)開(kāi)關(guān)的數字，并且有兩路與閥門(mén)開(kāi)度對應的4～20mA輸出及兩足常開(kāi)常閉輸出觸點(diǎn)。通過(guò)這些輸出信號，控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。根據系統的要求，可將智能閥門(mén)顯示儀從硬件上分為3部分來(lái)設計：模擬部分、數字部分、按鍵/顯示部分。
模擬電路部分主要包括電源、模擬量輸入電路、模擬量輸出電路三部分。
電源部分供給整個(gè)電路能量，包括模擬電路、數字電路和顯示的能源供應。為了實(shí)現閥門(mén)開(kāi)讀的遠程控制，需要將閥門(mén)的開(kāi)度信息傳送給其他的控制儀表，同時(shí)控制儀表能從遠方制定閥門(mén)為某一開(kāi)度，系統需要1路4～20mA的模擬量輸入信號和1～2路4～20mA的模擬量輸出信號。模擬量輸入信號通過(guò)A/D轉換變成與閥門(mén)開(kāi)度相對應的數字信號后送給數字部分的單片機，在單片機中對它進(jìn)行濾波處理后就可以輸出了。閥門(mén)的開(kāi)度信息通過(guò)D/A轉換后變成模擬信號輸出，用來(lái)接顯示儀顯示閥門(mén)開(kāi)度或連接其他的控制設備。在本設計系統中，所有的數字量數據均采用串行的輸入輸出方式，為了節省芯片資源和空間，輸入的4～20mA的模擬量在轉化為數字量時(shí)，采用已有的4路DA芯片與單片機的系統資源相結合作8位的AD使用。
數字電路部分主要包括：?jiǎn)纹瑱C、掉電保護、兩路監測脈沖輸入信號、兩路常開(kāi)常閉轉換觸點(diǎn)輸出。
在設計方案中選用目前普遍使用的51系列單片機AT89C4051。AT89C4051是一款低電壓、高性能的CMOS8位微控制器，它具有4K字節的可擦除、可重復編程的只讀閃存。通過(guò)在單芯片內復合一個(gè)多功能的8位CPU閃存，在性能、指令設定和引腳上與80C51和80C52完全兼容。
考慮到在系統掉電或重新啟動(dòng)時(shí)，需要保持先前在儀表中設置的一些閥門(mén)參數，而單片機中的數據存儲器不具備掉電存儲功能，所以在片外擴展了一個(gè)具有掉電保存功能的芯片X5045。X5045是一種集看門(mén)狗、電源監控和串行EEPROM3種功能于一身的可編程電路，這種組合設計可以減少電路對電路板空間的需求，X5045中的看門(mén)狗為系統提供了保護，當系統發(fā)送故障而超過(guò)設定時(shí)間時(shí)，電路中的看門(mén)狗將通過(guò)RESET信號向CPU作反應。X5045提供了三個(gè)時(shí)間值供用戶(hù)選擇使用。它所具有的電壓監控功能還可以保護系統免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許范圍以下時(shí)，系統將復位，直到電源電壓返回到穩定值為止。X5045的存儲器與CPU可通過(guò)串行通信方式接口。共4069位，可以按512×8個(gè)字節來(lái)放置數據。
圖1
X5045的管腳排列如圖1所示，它共有8個(gè)引腳，各個(gè)引腳的功能如下：
CS：電路選擇端，低電平有效；
SO：串行數據輸出端；
SI：串行數據輸入端；
SCK：串行時(shí)鐘輸出端；
WP：寫(xiě)保護輸入端，低電平有效；
RESET：復位輸出端；
Vcc：電源端；
Vss：接地端。
檢測脈沖輸入信號電路如圖2所示。
圖2
圖2為一路檢測脈沖輸入信號電路（另一路完全相同）。INA為輸入信號，是由光電傳感器采集到的閥門(mén)脈沖信號（>10mA）。該信號經(jīng)旁路電容濾波后送入光耦，轉換成了輸出的OUT電壓信號送入單片機。輸出的電壓可直接進(jìn)入單片機的I/O口。在控制中，要求A、B兩路脈沖都接收到的時(shí)候，才認為是由信號輸入，AB為正轉，BA為反轉。只有一路信號輸入時(shí)不計數。
兩路常開(kāi)、常閉轉換觸點(diǎn)輸出。用來(lái)連接電磁閥，通過(guò)控制電磁閥的吸合來(lái)控制氣動(dòng)執行機構作相應的開(kāi)閥或關(guān)閥動(dòng)作。
3．顯示部分主要包括：?jiǎn)纹瑱C、4位LED顯示、3只狀態(tài)指示燈（自動(dòng)、正轉、反轉）、3只按鍵（MODE/SET鍵、上鍵、下鍵）。
顯示部分采用AT89C4051單片機，用來(lái)控制4位LED顯示，且同數字部分的單片機進(jìn)行通訊，還要對控制儀的模式做相應的選擇和控制。顯示儀上設計有 3只狀態(tài)指示燈用來(lái)顯示執行機構的狀態(tài)：正轉、反轉、自動(dòng)；3只按鍵：MODE/SET鍵、上鍵、下鍵，控制執行機構的工作模式和一些參數的初始化。這3 部分通過(guò)接口連接，構成一個(gè)完整的控制系統，可以對一些類(lèi)似氣動(dòng)馬達等的執行機構進(jìn)行控制。在實(shí)際應用中基本實(shí)現了預先要求的各種性能指標。
二、利用PLC來(lái)控制的系統
PLC在控制系統中的應用越來(lái)越廣泛，由于本方案是在OMRON的PLC上面作的開(kāi)發(fā)，所以以OMRON的PLC來(lái)作介紹。
硬件組成：1臺計算機，1套PLC（包括CPU，I/O模塊，ID212，OC224，AD003模塊），2個(gè)繼電器，2個(gè)電磁閥，1個(gè)氣動(dòng)閥門(mén)執行器。
其組成原理為：由PC機通過(guò)RS-232串口通訊連接OMRON的PLC，對PLC進(jìn)行編程和監控。PLC的I/O模塊分別接入輸入、輸出信號，其中輸入模塊連接到閥門(mén)上的兩個(gè)位置傳感器，通過(guò)PLC的輸入模塊ID211的指示燈亮的先后順序來(lái)顯示閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。輸入模塊接收兩路閥門(mén)檢測脈沖輸入，即脈沖A與脈沖B。在運行狀態(tài)下，脈沖A輸入時(shí)指示燈A亮，脈沖B輸入時(shí)指示燈B亮。輸入順序為AB，表示開(kāi)閥。輸入順序為BA表示關(guān)閥。閥門(mén)檢測脈沖A和B 信號必須部分疊加，否則不能正常檢測閥門(mén)開(kāi)度。
通過(guò)PLC的輸出模塊OC225控制兩個(gè)繼電器，繼電器具有兩組常開(kāi)常閉輸出觸點(diǎn)，1組為開(kāi)閥輸出觸點(diǎn)，1組為關(guān)閥輸出觸點(diǎn)。開(kāi)閥時(shí)，當閥門(mén)開(kāi)度大于或等于所設閥門(mén)限位值時(shí)開(kāi)閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作，閥門(mén)開(kāi)度小于所設閥門(mén)限位值時(shí)開(kāi)閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作，發(fā)明開(kāi)度小于所設閥門(mén)限位值時(shí)開(kāi)閥輸出觸點(diǎn)復位。關(guān)閥時(shí)，當閥門(mén)關(guān)到零位且21s內無(wú)脈沖輸入時(shí)關(guān)閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作；若21s內有脈沖輸入，則延時(shí)21s關(guān)閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作。通過(guò)繼電器的吸合來(lái)控制兩個(gè)電磁閥的開(kāi)關(guān)，電磁閥打開(kāi)后，便可以控制氣動(dòng)閥門(mén)執行器使得閥門(mén)做相應的開(kāi)閥或關(guān)閥動(dòng)作。同時(shí)接近傳感器把閥門(mén)的開(kāi)關(guān)情況再傳送到PLC中，并同要求的閥門(mén)開(kāi)度作比較，直到符合要求為止。
自動(dòng)歸零與自動(dòng)調滿(mǎn)：控制系統具有自動(dòng)歸零與自動(dòng)調滿(mǎn)功能，當閥門(mén)開(kāi)度小于歸零范圍值或閥門(mén)開(kāi)度距滿(mǎn)量程小于滿(mǎn)度調節范圍值，且時(shí)間大于或等于所設值穩定時(shí)間值時(shí)，PLC自動(dòng)控制閥門(mén)進(jìn)行歸零或自動(dòng)調滿(mǎn)。
在實(shí)驗中，由閥門(mén)上的位置傳感器計算閥門(mén)的開(kāi)度。
當閥門(mén)先離開(kāi)A傳感器，后離開(kāi)B傳感器時(shí)，表示閥門(mén)在關(guān)閥。當閥門(mén)先離開(kāi)B傳感器，后離開(kāi)A傳感器時(shí)，表示閥門(mén)在開(kāi)閥。傳感器接收到的是一個(gè)脈沖信號，通過(guò)位置傳感器的采集信號來(lái)記下閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。記錄開(kāi)閥和關(guān)閥脈沖的本分梯形圖如圖3所示。
圖3
在上位機中用編程軟件CX-programmer編寫(xiě)梯形圖，然后把梯形圖下載到PLC中運行，在上位機的組態(tài)軟件中進(jìn)行控制和監控，閥門(mén)開(kāi)關(guān)量的多少可由組態(tài)軟件界面輸入的圈數值確定。組態(tài)界面做好后，開(kāi)閥、關(guān)閥、停止、總開(kāi)關(guān)等控件的控制和動(dòng)作可以直接在組態(tài)界面中很直觀(guān)形象地進(jìn)行操作。
