基于觸摸屏、PLC對變頻器模擬量的調速

陳淳

摘 要： 本文介紹了基于三菱品牌的PLC、觸摸屏、模擬量模塊、變頻器對交流電機變頻的模擬量調速系統的硬件結構及軟件設計、用到的模擬量模塊是FX0N-3A，使用了WR3A和RD3A指令使編程簡單，頻率通過觸摸屏設定使調速系統運行靈活，模塊化程序設計思想增強了程序的擴展性和實用性。

關鍵詞： 觸摸屏 PLC 變頻器 模擬量

1.引言

近年來可編程序控制器（PLC）及變頻調速技術日益發展，性能價格比日益提高，在機械、冶金、制造、化工、紡織等領域得以普及和應用。為滿足溫度、速度、流量等工藝變量的控制要求，常常要對這些模擬量進行控制，PLC模擬量控制模塊的使用也日益廣泛。通常情況下，變頻器的速度調節可采用鍵盤調節、電位器調節、多段速等方式，但是在速度要求根據工藝而變化時，僅利用上述三種方式不能滿足生產控制需求，因此，我們必須發揮PLC靈活編程及控制的功能，實現速度因工藝而變化，從而保證產品的合格率。在設計一個控制系統或對一個已有的設備進行改造時，常常會對電機的速度進行控制，利用PLC的模擬量控制模塊的輸出，對變頻器實現速度控制，還能得到一個反饋值，從而知道電機有沒有按需要的速度運行，是一種經濟而又簡便的方法。

2.系統控制要求

通過觸摸屏控制變頻器正轉、反轉、停止，頻率通過觸摸屏設置，設置頻率超過50Hz不運行。觸摸屏上顯示變頻器給定頻率、變頻器實際頻率。

3.控制系統框圖

交流變頻模擬量調速系統框圖如圖1所示。控制系統硬件結構主要包括：觸摸屏、可編程控制器PLC、模擬量模塊、變頻器、三相異步電動機，此處的模擬量模塊是FX0N-3A。

圖1 控制系統框圖

4.PLC模擬量模塊FX0N-3A介紹

PLC包括許多的特殊功能模塊，模擬量模塊是其中的一種，它包括數模轉換模塊和模數轉換模塊，例如數模轉換模塊可將一定的數字量轉換成對應的模擬量（電壓或電流）輸出，這種轉換具有較高的精度。

此次設計模擬量模塊用的是FX0N-3A，因為FX0N-3A 包含兩路輸入通道和一路輸出通道。輸入通道將外部輸入的模擬信號轉換成內部的數字信號（A/D轉換），輸出通道將內部的數字信號轉換成外部的模擬信號（D/A轉換）。

根據接線不同，可以選擇電壓信號或電流信號的模擬輸入或模擬輸出，模擬輸入通道或模擬輸出通道的可接受范圍為DC 0～10V、DC 0～5V或DC 4～20mA。

5.系統硬件原理圖

下面以三菱FX2N-48MT系列PLC為例加以說明，同時選擇FX0N-3A模擬量模塊作為對變頻器進行速度控制的控制信號輸出。通過對模擬量模塊連接端子的選擇，可以得到兩種信號：0～10V或0～5V電壓信號及4～20mA電流信號。這里我們選擇0～10V的電壓信號進行控制。

PLC、變頻器、FX0N-3A接線，PLC的Y4與變頻器的正轉信號STF相連、PLC的Y5與變頻器的反轉信號STR相連、PLC的Com2與變頻器的公共端SD相連、變頻器的2號端子與FX0N-3A的輸出通道Vout引腳相連、變頻器的AM端子與FX0N-3A的輸入通道1的Vin1引腳相連、變頻器的5號端子與FX0N-3A的輸出通道的COM引腳相連、FX0N-3A的輸出通道的COM引腳與FX0N-3A的輸入通道1的COM1引腳相連，見圖2。

圖2 硬件原理圖

6.I/O分配表

根據控制要求和硬件原理圖寫出I/O分配表。

6.1輸出

6.2內部繼電器

7.變頻器參數的設置

根據控制要求進行變頻器參數的設置

8.軟件設計

8.1指令的介紹

8.1.1WR3A指令

WR3A指令是用于向FX0N-3A模擬量模塊寫入數據的功能。

m1：指定特殊模塊號，K0～K7，本設計中FX0N-3A僅跟在PLC主機后面，在0號位置，m1為K0；

m2：指模擬量通道號，FX0N-3A只有一個輸出通道，僅K1有效；

S：指定寫入FX0N-3A模擬量模塊的數據。

8.1.2 RD3A指令

RD3A指令是FX0N-3A模擬量模塊的模擬量輸入值的讀取。

m1：指定特殊模塊號，K0～K7；本設計中FX0N-3A僅跟在PLC主機后面，在0號位置，m1為K0；

m2：是FX0N-3A模塊模擬量通道號，FX0N-3A有兩個輸入通道，取K1或K2，本設計只用輸入通道1，因此為K1；

D：存放讀取的數據。

8.2 PLC程序設計

根據控制要求，先設計出本任務的觸摸屏控制電動機正反轉的梯形圖程序如圖3所示。

圖3 正反轉的梯形圖程序

根據模擬量模塊FX0N-3A的輸出特性如圖4所示，可以把0～250的數字量轉換成0～10V電壓輸出。由于變頻器模擬量輸入端由0～10V變化時，變頻器頻率由0～50Hz變化，即模擬量輸入端電壓變化0.2V時，變頻器輸出變化1Hz，根據FX0N-3A輸出特性，當數字量由0～250變化時，轉換輸出的電壓為0～10V，因此電壓第變化0.2V，即變頻器頻率變化1Hz，對應的數字量為5，所以把變頻器設定的頻率乘以5，既得相應的數字量。

根據控制要求FX0N-3A的程序如圖6所示。先把觸摸屏上變頻器的設定頻率D10與50比較是否大于50，不大于50就把D10乘以5得到D12，接著PLC通過WR3A指令向FX0N-3A的通道寫入數據，即把D12中的數據傳給FX0N-3A，FX0N-3A轉換成相應的電壓模擬量，通過FX0N-3A的輸出通道Vout輸出給變頻器2端子，用變頻器實現電機按觸摸屏設定的頻率來工作。

圖4 輸出特性 圖5 輸入特性

變頻器的AM端子把變頻器的模擬電壓輸出給FX0N-3A的輸入通道1的Vin，得到一個反饋值，FX0N-3A通過RD3A指令讀取這個反饋值并轉換成相應的數字量D22，并結合輸入特性曲線如圖5，對這個數字量除以5給D20，在觸摸屏上顯示出來。

圖6 FX0N-3A的程序

9.調試

9.1當觸摸屏設定頻率和變頻器顯示頻率不一致看參數Pr125是否設定為50Hz。

9.2當變頻器顯示頻率和觸摸屏顯示頻率不一致時，先使變頻器以50Hz運轉，注意這個是面板控制模式，調到C1參數，測5和AM引腳電壓使它等于10V，不等于10V調節變頻器上的M旋鈕，直到等于10V。

10.結語

上述控制在實際使用過程中運行良好，很好地將PLC易于編程與變頻器結合起來。本次設計使用了WR3A和RD3A指令書寫簡單，便于記憶。總之，充分利用PLC模擬量輸出功能可以控制變頻器從而控制設備的速度，滿足生產的需要。

參考文獻：

[1]蓋超會，陽勝峰.三菱PLC與變頻器、觸摸屏綜合培訓教程.中國電力出版社，2011，3.

[2]吳啟紅.可編程序控制系統設計技術（FX系列），2012，6.

[3]李志謙.PLC項目式教學、競賽與工程實踐.機械工業出版社，2012，5.endprint

摘 要： 本文介紹了基于三菱品牌的PLC、觸摸屏、模擬量模塊、變頻器對交流電機變頻的模擬量調速系統的硬件結構及軟件設計、用到的模擬量模塊是FX0N-3A，使用了WR3A和RD3A指令使編程簡單，頻率通過觸摸屏設定使調速系統運行靈活，模塊化程序設計思想增強了程序的擴展性和實用性。

關鍵詞： 觸摸屏 PLC 變頻器 模擬量

1.引言

近年來可編程序控制器（PLC）及變頻調速技術日益發展，性能價格比日益提高，在機械、冶金、制造、化工、紡織等領域得以普及和應用。為滿足溫度、速度、流量等工藝變量的控制要求，常常要對這些模擬量進行控制，PLC模擬量控制模塊的使用也日益廣泛。通常情況下，變頻器的速度調節可采用鍵盤調節、電位器調節、多段速等方式，但是在速度要求根據工藝而變化時，僅利用上述三種方式不能滿足生產控制需求，因此，我們必須發揮PLC靈活編程及控制的功能，實現速度因工藝而變化，從而保證產品的合格率。在設計一個控制系統或對一個已有的設備進行改造時，常常會對電機的速度進行控制，利用PLC的模擬量控制模塊的輸出，對變頻器實現速度控制，還能得到一個反饋值，從而知道電機有沒有按需要的速度運行，是一種經濟而又簡便的方法。

2.系統控制要求

通過觸摸屏控制變頻器正轉、反轉、停止，頻率通過觸摸屏設置，設置頻率超過50Hz不運行。觸摸屏上顯示變頻器給定頻率、變頻器實際頻率。

3.控制系統框圖

交流變頻模擬量調速系統框圖如圖1所示。控制系統硬件結構主要包括：觸摸屏、可編程控制器PLC、模擬量模塊、變頻器、三相異步電動機，此處的模擬量模塊是FX0N-3A。

圖1 控制系統框圖

4.PLC模擬量模塊FX0N-3A介紹

PLC包括許多的特殊功能模塊，模擬量模塊是其中的一種，它包括數模轉換模塊和模數轉換模塊，例如數模轉換模塊可將一定的數字量轉換成對應的模擬量（電壓或電流）輸出，這種轉換具有較高的精度。

此次設計模擬量模塊用的是FX0N-3A，因為FX0N-3A 包含兩路輸入通道和一路輸出通道。輸入通道將外部輸入的模擬信號轉換成內部的數字信號（A/D轉換），輸出通道將內部的數字信號轉換成外部的模擬信號（D/A轉換）。

根據接線不同，可以選擇電壓信號或電流信號的模擬輸入或模擬輸出，模擬輸入通道或模擬輸出通道的可接受范圍為DC 0～10V、DC 0～5V或DC 4～20mA。

5.系統硬件原理圖

下面以三菱FX2N-48MT系列PLC為例加以說明，同時選擇FX0N-3A模擬量模塊作為對變頻器進行速度控制的控制信號輸出。通過對模擬量模塊連接端子的選擇，可以得到兩種信號：0～10V或0～5V電壓信號及4～20mA電流信號。這里我們選擇0～10V的電壓信號進行控制。

PLC、變頻器、FX0N-3A接線，PLC的Y4與變頻器的正轉信號STF相連、PLC的Y5與變頻器的反轉信號STR相連、PLC的Com2與變頻器的公共端SD相連、變頻器的2號端子與FX0N-3A的輸出通道Vout引腳相連、變頻器的AM端子與FX0N-3A的輸入通道1的Vin1引腳相連、變頻器的5號端子與FX0N-3A的輸出通道的COM引腳相連、FX0N-3A的輸出通道的COM引腳與FX0N-3A的輸入通道1的COM1引腳相連，見圖2。

圖2 硬件原理圖

6.I/O分配表

根據控制要求和硬件原理圖寫出I/O分配表。

6.1輸出

6.2內部繼電器

7.變頻器參數的設置

根據控制要求進行變頻器參數的設置

8.軟件設計

8.1指令的介紹

8.1.1WR3A指令

WR3A指令是用于向FX0N-3A模擬量模塊寫入數據的功能。

m1：指定特殊模塊號，K0～K7，本設計中FX0N-3A僅跟在PLC主機后面，在0號位置，m1為K0；

m2：指模擬量通道號，FX0N-3A只有一個輸出通道，僅K1有效；

S：指定寫入FX0N-3A模擬量模塊的數據。

8.1.2 RD3A指令

RD3A指令是FX0N-3A模擬量模塊的模擬量輸入值的讀取。

m1：指定特殊模塊號，K0～K7；本設計中FX0N-3A僅跟在PLC主機后面，在0號位置，m1為K0；

m2：是FX0N-3A模塊模擬量通道號，FX0N-3A有兩個輸入通道，取K1或K2，本設計只用輸入通道1，因此為K1；

D：存放讀取的數據。

8.2 PLC程序設計

根據控制要求，先設計出本任務的觸摸屏控制電動機正反轉的梯形圖程序如圖3所示。

圖3 正反轉的梯形圖程序

根據模擬量模塊FX0N-3A的輸出特性如圖4所示，可以把0～250的數字量轉換成0～10V電壓輸出。由于變頻器模擬量輸入端由0～10V變化時，變頻器頻率由0～50Hz變化，即模擬量輸入端電壓變化0.2V時，變頻器輸出變化1Hz，根據FX0N-3A輸出特性，當數字量由0～250變化時，轉換輸出的電壓為0～10V，因此電壓第變化0.2V，即變頻器頻率變化1Hz，對應的數字量為5，所以把變頻器設定的頻率乘以5，既得相應的數字量。

根據控制要求FX0N-3A的程序如圖6所示。先把觸摸屏上變頻器的設定頻率D10與50比較是否大于50，不大于50就把D10乘以5得到D12，接著PLC通過WR3A指令向FX0N-3A的通道寫入數據，即把D12中的數據傳給FX0N-3A，FX0N-3A轉換成相應的電壓模擬量，通過FX0N-3A的輸出通道Vout輸出給變頻器2端子，用變頻器實現電機按觸摸屏設定的頻率來工作。

圖4 輸出特性 圖5 輸入特性

變頻器的AM端子把變頻器的模擬電壓輸出給FX0N-3A的輸入通道1的Vin，得到一個反饋值，FX0N-3A通過RD3A指令讀取這個反饋值并轉換成相應的數字量D22，并結合輸入特性曲線如圖5，對這個數字量除以5給D20，在觸摸屏上顯示出來。

圖6 FX0N-3A的程序

9.調試

9.1當觸摸屏設定頻率和變頻器顯示頻率不一致看參數Pr125是否設定為50Hz。

9.2當變頻器顯示頻率和觸摸屏顯示頻率不一致時，先使變頻器以50Hz運轉，注意這個是面板控制模式，調到C1參數，測5和AM引腳電壓使它等于10V，不等于10V調節變頻器上的M旋鈕，直到等于10V。

10.結語

上述控制在實際使用過程中運行良好，很好地將PLC易于編程與變頻器結合起來。本次設計使用了WR3A和RD3A指令書寫簡單，便于記憶。總之，充分利用PLC模擬量輸出功能可以控制變頻器從而控制設備的速度，滿足生產的需要。

參考文獻：

[1]蓋超會，陽勝峰.三菱PLC與變頻器、觸摸屏綜合培訓教程.中國電力出版社，2011，3.

[2]吳啟紅.可編程序控制系統設計技術（FX系列），2012，6.

[3]李志謙.PLC項目式教學、競賽與工程實踐.機械工業出版社，2012，5.endprint

摘 要： 本文介紹了基于三菱品牌的PLC、觸摸屏、模擬量模塊、變頻器對交流電機變頻的模擬量調速系統的硬件結構及軟件設計、用到的模擬量模塊是FX0N-3A，使用了WR3A和RD3A指令使編程簡單，頻率通過觸摸屏設定使調速系統運行靈活，模塊化程序設計思想增強了程序的擴展性和實用性。

關鍵詞： 觸摸屏 PLC 變頻器 模擬量

1.引言

近年來可編程序控制器（PLC）及變頻調速技術日益發展，性能價格比日益提高，在機械、冶金、制造、化工、紡織等領域得以普及和應用。為滿足溫度、速度、流量等工藝變量的控制要求，常常要對這些模擬量進行控制，PLC模擬量控制模塊的使用也日益廣泛。通常情況下，變頻器的速度調節可采用鍵盤調節、電位器調節、多段速等方式，但是在速度要求根據工藝而變化時，僅利用上述三種方式不能滿足生產控制需求，因此，我們必須發揮PLC靈活編程及控制的功能，實現速度因工藝而變化，從而保證產品的合格率。在設計一個控制系統或對一個已有的設備進行改造時，常常會對電機的速度進行控制，利用PLC的模擬量控制模塊的輸出，對變頻器實現速度控制，還能得到一個反饋值，從而知道電機有沒有按需要的速度運行，是一種經濟而又簡便的方法。

2.系統控制要求

通過觸摸屏控制變頻器正轉、反轉、停止，頻率通過觸摸屏設置，設置頻率超過50Hz不運行。觸摸屏上顯示變頻器給定頻率、變頻器實際頻率。

3.控制系統框圖

交流變頻模擬量調速系統框圖如圖1所示。控制系統硬件結構主要包括：觸摸屏、可編程控制器PLC、模擬量模塊、變頻器、三相異步電動機，此處的模擬量模塊是FX0N-3A。

圖1 控制系統框圖

4.PLC模擬量模塊FX0N-3A介紹

PLC包括許多的特殊功能模塊，模擬量模塊是其中的一種，它包括數模轉換模塊和模數轉換模塊，例如數模轉換模塊可將一定的數字量轉換成對應的模擬量（電壓或電流）輸出，這種轉換具有較高的精度。

此次設計模擬量模塊用的是FX0N-3A，因為FX0N-3A 包含兩路輸入通道和一路輸出通道。輸入通道將外部輸入的模擬信號轉換成內部的數字信號（A/D轉換），輸出通道將內部的數字信號轉換成外部的模擬信號（D/A轉換）。

根據接線不同，可以選擇電壓信號或電流信號的模擬輸入或模擬輸出，模擬輸入通道或模擬輸出通道的可接受范圍為DC 0～10V、DC 0～5V或DC 4～20mA。

5.系統硬件原理圖

下面以三菱FX2N-48MT系列PLC為例加以說明，同時選擇FX0N-3A模擬量模塊作為對變頻器進行速度控制的控制信號輸出。通過對模擬量模塊連接端子的選擇，可以得到兩種信號：0～10V或0～5V電壓信號及4～20mA電流信號。這里我們選擇0～10V的電壓信號進行控制。

PLC、變頻器、FX0N-3A接線，PLC的Y4與變頻器的正轉信號STF相連、PLC的Y5與變頻器的反轉信號STR相連、PLC的Com2與變頻器的公共端SD相連、變頻器的2號端子與FX0N-3A的輸出通道Vout引腳相連、變頻器的AM端子與FX0N-3A的輸入通道1的Vin1引腳相連、變頻器的5號端子與FX0N-3A的輸出通道的COM引腳相連、FX0N-3A的輸出通道的COM引腳與FX0N-3A的輸入通道1的COM1引腳相連，見圖2。

圖2 硬件原理圖

6.I/O分配表

根據控制要求和硬件原理圖寫出I/O分配表。

6.1輸出

6.2內部繼電器

7.變頻器參數的設置

根據控制要求進行變頻器參數的設置

8.軟件設計

8.1指令的介紹

8.1.1WR3A指令

WR3A指令是用于向FX0N-3A模擬量模塊寫入數據的功能。

m1：指定特殊模塊號，K0～K7，本設計中FX0N-3A僅跟在PLC主機后面，在0號位置，m1為K0；

m2：指模擬量通道號，FX0N-3A只有一個輸出通道，僅K1有效；

S：指定寫入FX0N-3A模擬量模塊的數據。

8.1.2 RD3A指令

RD3A指令是FX0N-3A模擬量模塊的模擬量輸入值的讀取。

m1：指定特殊模塊號，K0～K7；本設計中FX0N-3A僅跟在PLC主機后面，在0號位置，m1為K0；

m2：是FX0N-3A模塊模擬量通道號，FX0N-3A有兩個輸入通道，取K1或K2，本設計只用輸入通道1，因此為K1；

D：存放讀取的數據。

8.2 PLC程序設計

根據控制要求，先設計出本任務的觸摸屏控制電動機正反轉的梯形圖程序如圖3所示。

圖3 正反轉的梯形圖程序

根據模擬量模塊FX0N-3A的輸出特性如圖4所示，可以把0～250的數字量轉換成0～10V電壓輸出。由于變頻器模擬量輸入端由0～10V變化時，變頻器頻率由0～50Hz變化，即模擬量輸入端電壓變化0.2V時，變頻器輸出變化1Hz，根據FX0N-3A輸出特性，當數字量由0～250變化時，轉換輸出的電壓為0～10V，因此電壓第變化0.2V，即變頻器頻率變化1Hz，對應的數字量為5，所以把變頻器設定的頻率乘以5，既得相應的數字量。

根據控制要求FX0N-3A的程序如圖6所示。先把觸摸屏上變頻器的設定頻率D10與50比較是否大于50，不大于50就把D10乘以5得到D12，接著PLC通過WR3A指令向FX0N-3A的通道寫入數據，即把D12中的數據傳給FX0N-3A，FX0N-3A轉換成相應的電壓模擬量，通過FX0N-3A的輸出通道Vout輸出給變頻器2端子，用變頻器實現電機按觸摸屏設定的頻率來工作。

圖4 輸出特性 圖5 輸入特性

變頻器的AM端子把變頻器的模擬電壓輸出給FX0N-3A的輸入通道1的Vin，得到一個反饋值，FX0N-3A通過RD3A指令讀取這個反饋值并轉換成相應的數字量D22，并結合輸入特性曲線如圖5，對這個數字量除以5給D20，在觸摸屏上顯示出來。

圖6 FX0N-3A的程序

9.調試

9.1當觸摸屏設定頻率和變頻器顯示頻率不一致看參數Pr125是否設定為50Hz。

9.2當變頻器顯示頻率和觸摸屏顯示頻率不一致時，先使變頻器以50Hz運轉，注意這個是面板控制模式，調到C1參數，測5和AM引腳電壓使它等于10V，不等于10V調節變頻器上的M旋鈕，直到等于10V。

10.結語

上述控制在實際使用過程中運行良好，很好地將PLC易于編程與變頻器結合起來。本次設計使用了WR3A和RD3A指令書寫簡單，便于記憶。總之，充分利用PLC模擬量輸出功能可以控制變頻器從而控制設備的速度，滿足生產的需要。

參考文獻：

[1]蓋超會，陽勝峰.三菱PLC與變頻器、觸摸屏綜合培訓教程.中國電力出版社，2011，3.

[2]吳啟紅.可編程序控制系統設計技術（FX系列），2012，6.

[3]李志謙.PLC項目式教學、競賽與工程實踐.機械工業出版社，2012，5.endprint