基于ＨＭＩ與ＰＬＣ的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：介紹了觸摸屏在交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展，闡述了應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)活動(dòng)中的觸摸屏在可編程控制器(PLC)控制變頻器完成多段速和無級(jí)調(diào)速兩種速度控制模式中的應(yīng)用。實(shí)際運(yùn)行證明，該系統(tǒng)成本低，運(yùn)行可靠，柔性強(qiáng)，響應(yīng)速度快，安全性較高，對學(xué)生掌握工控中簡單系統(tǒng)的建立有著很好的啟發(fā)作用，具有很好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：PLC;HMI;變頻器;無級(jí)調(diào)速;多段調(diào)速

中圖分類號(hào)：TP23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1004373X(2008)1910502

Frequency Conversion Speed Regulation System Based on HMI and PLC

LI Shiwei1，2，ZHENG Ping2，SHAO Zihui2，LIU Jun2，REN Fang2，REN Fengjuan2

(1.North University of China，Taiyuan，030051，China;2.School of Electrical Information Engineering，Xihua University，Chengdu，610039，China)

Abstract：Application and development of touch screen in speed regulation system，HMI application in two speeding- control model，multi-speeding operation and step-less speeding operation with PLC controlling inverter are elaborated，which system is used in laboratory education.It is proved by real running that this system has low cost，good degree of reliability，soft quality，quickly response and high security.It has good enlightened effect for students to know how to build a simple system in industrial control，and reaches good teaching effect.

Keywords：PLC;HMI;inverter;step-less speed operation;multi-speed operation

收稿日期：20080320

基金項(xiàng)目：四川省精品課程建設(shè)項(xiàng)目《可編程控制器原理及應(yīng)用》(項(xiàng)目編號(hào)XHJP060102)

隨著國內(nèi)自動(dòng)化技術(shù)方面的發(fā)展，人機(jī)界面HMI產(chǎn)品越來越受到人們的關(guān)注。人機(jī)界面能夠取代傳統(tǒng)的控制面板功能，從而達(dá)到節(jié)省PLC的I/O模組、按鈕開關(guān)、數(shù)字設(shè)定、指示燈等的目的，觸摸屏監(jiān)控平臺(tái)作為交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，在未來的工業(yè)領(lǐng)域?qū)?huì)不斷得到普及，特別是隨著可編程控制器在工業(yè)控制中占據(jù)越來越重要的位置，以及工業(yè)現(xiàn)場對設(shè)備小型化，易操作化的要求的不斷提升，觸摸屏技術(shù)的應(yīng)用前景將越來越受到重視。本文提出了一種基于HMI和PLC的調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，經(jīng)驗(yàn)證，控制效果良好。

1 系統(tǒng)組成與連接

1.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要包括以下三個(gè)模塊：人機(jī)交互模塊、可編程控制模塊、變頻器調(diào)節(jié)模塊。

1.1.1 人機(jī)交互模塊

此模塊建立的主要工作包括觸摸屏的選擇，上位機(jī)交互界面設(shè)計(jì)、觸摸屏與PC的通信及觸摸屏與PLC的通信設(shè)計(jì)。此處使用的是三菱F940GOT-LWD-C型觸摸屏。

1.1.2 可編程控制模塊

該模塊作為系統(tǒng)控制核心，是觸摸屏指令的執(zhí)行中樞和變頻器的指令觸發(fā)機(jī)構(gòu)。此處使用的是日本三菱微型可編程控制器MELSEC-F的FX2N系列中FX2N-32MR型可編程控制器。

1.1.3 變頻器調(diào)節(jié)模塊

此模塊為控制執(zhí)行模塊的前端，連接電機(jī)以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的多段調(diào)速和無級(jí)調(diào)速控制。系統(tǒng)連接框圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)的連接

1.2.1 觸摸屏與PLC之間的連接與通信

觸摸屏的電源由PLC提供，為24 V DC的直流電源，PLC的COM端接觸摸屏的“24 V負(fù)”，PLC的“24 V正”接觸摸屏的“24 V正”，觸摸屏同時(shí)也要接地；PC與觸摸屏的通信通過RS 232C通信電纜通過串口通信的方式實(shí)現(xiàn)，連接完成后將電腦上制作好的用戶畫面?zhèn)髦劣|摸屏，完成PC與觸摸屏的通信；PC與PLC通信通過一條SC-90電纜線實(shí)現(xiàn)，連接完成后再將PC機(jī)上編制好的梯形圖程序下載至PLC。觸摸屏與PLC的通信是通過FX-50DU-CABO型連接用電纜來實(shí)現(xiàn)。

1.2.2 PLC與變頻器的連接

通過PLC對變頻器的控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的兩種控制模式，即多段調(diào)速及無級(jí)調(diào)速。如圖2所示，F(xiàn)X2N-32MR的Y001～Y004作為控制輸出端，直接與變頻器的多功能輸入端連接，實(shí)現(xiàn)多段調(diào)速控制，通過RS 485通信直接將調(diào)速指令發(fā)給變頻器完成無級(jí)調(diào)速^［2］。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 觸摸屏軟件設(shè)計(jì)

觸摸屏人機(jī)交互界面的開發(fā)平臺(tái)，采用三菱公司的FX-PCS-DU-WIN-C編程軟件，該軟件類似于組態(tài)軟件，不用編制程序，只須將相關(guān)元件拖到預(yù)先定義的畫面上，根據(jù)需要設(shè)置相關(guān)參數(shù)、合理配置地址即可完成操作。FX-PCS-DU-WIN-C編程軟件的運(yùn)行環(huán)境一般是在計(jì)算機(jī)上，因此，利用觸摸屏自帶的RS 232接口與PC機(jī)RS 232串型接口通信，可以將設(shè)計(jì)完成后的人機(jī)交互界面下載到觸摸屏。觸摸屏上電后(使用24 V電源，可由PLC直接供給)直接進(jìn)入所設(shè)計(jì)的畫面，操作人員可以根據(jù)需要直接通過人機(jī)交互的方式，對下位機(jī)PLC進(jìn)行控制和監(jiān)視^［6］。交互界面如圖3所示。

其中，對于多段調(diào)速界面，此處設(shè)置了七種轉(zhuǎn)速選擇觸摸鍵位，正反轉(zhuǎn)各一個(gè)觸摸鍵位，啟動(dòng)停止各一個(gè)鍵位；無級(jí)調(diào)速界面中，為了便于理解，給出系統(tǒng)框圖，設(shè)置了正反轉(zhuǎn)觸摸鍵位各一個(gè)，輸入頻率框和輸出頻率框各一個(gè)，寫入和讀取控制按鍵各一個(gè)。當(dāng)輸入頻率寫入輸入框后，需要按動(dòng)寫入按鍵，將頻率寫入PLC，通過PLC發(fā)送到變頻器進(jìn)行控制。按動(dòng)讀取鍵位時(shí)，變頻器的實(shí)時(shí)運(yùn)行頻率顯示在輸出頻率框內(nèi)。

2.2 PLC軟件設(shè)計(jì)

PLC軟件設(shè)計(jì)主要包括兩大部分，即：PLC與觸摸屏的通信程序設(shè)計(jì)，通過在FX-PCS-DU-WIN-C軟件中建立觸摸鍵與PLC繼電器的通道連接既可完成，即在設(shè)計(jì)觸摸屏界面時(shí)編制完畢；PLC與變頻器的通信程序設(shè)計(jì)，通過控制PLC輸出寄存器的高低電平，來設(shè)置變頻器RH、RM、RL的控制組合方式，通過對輸出電平的控制實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的多段速調(diào)速輸出，程序流程如圖5所示；在無級(jí)調(diào)速中，PLC響應(yīng)觸摸屏的按鍵動(dòng)作，按照與觸摸屏的通道設(shè)置，通過RS 485通訊模式從變頻器讀取數(shù)據(jù)和向變頻器寫入數(shù)據(jù)來改變變頻器的運(yùn)行頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到對電機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的目的。程序流程如圖6所示。

3 結(jié) 語

基于 HMI和PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)，使操作過程更為簡便，實(shí)現(xiàn)了控制過程的智能化與可視化，提高了系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)化了PLC 控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作性能，達(dá)到了節(jié)省 PLC的 I/O模組、按鈕開關(guān)、數(shù)字設(shè)定、指示燈等的目的，為現(xiàn)場操作人員對運(yùn)行過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)帶來了方便。 同時(shí)，本系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)系統(tǒng)的子系統(tǒng)之一，將理論與實(shí)際相結(jié)合，對學(xué)生掌握相關(guān)理論，提高動(dòng)手能力，有著很好的指導(dǎo)意義和現(xiàn)實(shí)意義，提高了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和理性思維，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了較好的反饋。

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作者簡介 李世偉 男，1980年出生，碩士，助教，西華大學(xué)電氣信息學(xué)院2005級(jí)研究生。主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。

鄭 萍 女，1957年出生，本科，教授。主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。