觸摸屏在西門子PLC模擬量控制變頻器中的應(yīng)用

朱 曦

（江蘇省常州技師學(xué)院，江蘇 常州 213000）

觸摸屏是一種新型的人機(jī)界面，是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間作信息溝通的橋梁，非常適用于工業(yè)環(huán)境。利用PLC的模擬量輸入輸出功能對(duì)變頻器進(jìn)行控制，由于模擬量可以平滑地調(diào)整，因此變頻器也可以實(shí)現(xiàn)近似于無級(jí)調(diào)速的平滑調(diào)速，這是運(yùn)用非常廣泛的變頻器控制方法。在PLC模擬量控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)中融入觸摸屏技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)變頻器運(yùn)行頻率的實(shí)時(shí)寫入與讀出，并為操作人員提供信息量十分豐富的交互界面，使整個(gè)控制系統(tǒng)功能更為全面、操作更為簡便，技術(shù)層次得到了較大的提高。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 主要設(shè)備

西門子S7-200系列CPU224XP型PLC、西門子MicroMaster420型變頻器、威綸MT506型觸摸屏。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

西門子S7-200系列CPU224XP型PLC集成了模擬量輸入/輸出功能，將PLC模擬量輸出模塊的V、M （電壓輸出）兩端分別與MicroMaster420型變頻器的3、4號(hào)控制端子（模擬輸入源）相連，即可使PLC向變頻器輸出模擬電壓信號(hào)；將PLC模擬量輸入模塊的A+、M兩端分別與變頻器的12、13號(hào)控制端子（模擬輸出）相連，即可使PLC取得變頻器運(yùn)行時(shí)輸出的模擬電流信號(hào)，該信號(hào)的大小與變頻器的輸出頻率相對(duì)應(yīng)；將PLC的Q0.4、Q0.5、2L分別與變頻器的5、6、8號(hào)控制端子相連，當(dāng)PLC的輸出點(diǎn)Q0.4動(dòng)作時(shí)，即可對(duì)變頻器發(fā)出啟動(dòng)/停止命令；當(dāng)PLC的輸出點(diǎn)Q0.5動(dòng)作時(shí)，即對(duì)變頻器發(fā)出反轉(zhuǎn)控制命令。由于使用了觸摸屏，因此無需在PLC輸入點(diǎn)上接按鈕、開關(guān)等主令元件。

1.3 系統(tǒng)的控制要求

本系統(tǒng)采用觸摸屏控制，由觸摸屏輸入電動(dòng)機(jī)的初始運(yùn)行頻率，初始運(yùn)行頻率必須介于0~50Hz之間，若初始頻率不符合要求則在觸摸屏上顯示報(bào)警信息，并且系統(tǒng)不能啟動(dòng)。

觸摸屏上設(shè)置系統(tǒng)啟動(dòng)開關(guān)、反轉(zhuǎn)切換開關(guān)、加速按鈕和減速按鈕。啟動(dòng)開關(guān)閉合時(shí)，變頻器以初始頻率運(yùn)行，加速按鈕每動(dòng)作一次，則運(yùn)行頻率增加5Hz，減速按鈕每動(dòng)作一次則運(yùn)行頻率減少10Hz。系統(tǒng)加速時(shí)運(yùn)行頻率不得超過50Hz，系統(tǒng)減速時(shí)運(yùn)行頻率不得低于5Hz。反轉(zhuǎn)切換開關(guān)動(dòng)作時(shí)，電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。啟動(dòng)開關(guān)斷開后，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，觸摸屏上能實(shí)時(shí)顯示變頻器的當(dāng)前運(yùn)行頻率。

1.4 變頻器參數(shù)設(shè)置

變頻器參數(shù)恢復(fù)工廠設(shè)置后，只需按系統(tǒng)需要改變P1120、P1121（斜坡上升、下降時(shí)間），其余參數(shù)均保持默認(rèn)狀態(tài)，即可進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。

2 觸摸屏人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

按照上述控制要求，設(shè)計(jì)觸摸屏人機(jī)界面，該人機(jī)界面中主要元件的設(shè)置如下：

初始頻率：VW100，數(shù)值輸入元件，十進(jìn)制格式，小數(shù)點(diǎn)一位

當(dāng)前頻率：VD110，數(shù)值顯示元件，單精度浮點(diǎn)數(shù)格式，小數(shù)點(diǎn)一位

報(bào)警信號(hào)：M11.0，“初始頻率未設(shè)定”報(bào)警；M11.1，“初始頻率超限”報(bào)警

啟動(dòng)開關(guān)：M10.0，切換開關(guān)

反轉(zhuǎn)開關(guān)：M10.1，切換開關(guān)

加速按鈕：M10.2，復(fù)歸型開關(guān)

減速按鈕：M10.3，復(fù)歸型開關(guān)

3 控制程序設(shè)計(jì)方法

3.1 運(yùn)行頻率的輸入

由觸摸屏向PLC的VW100單元輸入初始運(yùn)行頻率，最大數(shù)值為50.0，而由于觸摸屏數(shù)值輸入元件有一位小數(shù)點(diǎn)，因此VW100的真實(shí)數(shù)值將為500。西門子CPU224XP型PLC的模擬量輸出規(guī)范中滿量程數(shù)值為32000，所以需要將VW100中的數(shù)值擴(kuò)大64倍后才能對(duì)應(yīng)模擬量的輸出大小，也就是（VW100×64）→AQW0。因此，在變頻器運(yùn)行時(shí)，改變VW100中的數(shù)值，同樣能改變模擬量輸出點(diǎn)AQW0的輸出電壓大小。

3.2 當(dāng)前運(yùn)行頻率的顯示

變頻器在運(yùn)行時(shí)PLC的模擬量輸入點(diǎn)AIW0會(huì)采集到與頻率大小對(duì)應(yīng)的模擬電流信號(hào)，為了能在觸摸屏上能準(zhǔn)確顯示當(dāng)前的頻率，需要將采集到的模擬量數(shù)據(jù)必須進(jìn)行一系列換算。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，換算出來的數(shù)據(jù)必須為實(shí)數(shù)格式，且倍率應(yīng)為270.0，這樣才能將運(yùn)行頻率實(shí)時(shí)顯示于觸摸屏上，即將AIW0的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)后再除以270.0后再傳送至VD110中，也就是（AIW0轉(zhuǎn)為實(shí)數(shù)÷270.0）→VD110，由觸摸屏顯示當(dāng)前的頻率大小。由于系統(tǒng)本身存在的誤差，顯示的頻率誤差在0.1Hz之內(nèi)。

3.3 報(bào)警信息的顯示

利用整數(shù)比較指令來判斷初始頻率是否符合要求。若系統(tǒng)未設(shè)置初始運(yùn)行頻率，即VW100中數(shù)值為0，則M11.0動(dòng)作，并在觸摸屏上觸發(fā)顯示報(bào)警信息“請(qǐng)?jiān)O(shè)置變頻器運(yùn)行頻率”。若設(shè)置的初始運(yùn)行頻率大于50.0Hz，即VW100中數(shù)值大于500，則M11.1動(dòng)作，并在觸摸屏上觸發(fā)顯示報(bào)警信息“設(shè)定頻率超限”。任一報(bào)警出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)均不能啟動(dòng)。

3.4 系統(tǒng)的啟動(dòng)與反轉(zhuǎn)

觸摸屏上啟動(dòng)開關(guān)對(duì)應(yīng)的地址為M10.0，若系統(tǒng)無報(bào)警即M11.0、M11.1均未動(dòng)作時(shí)，則開關(guān)接通時(shí)使Q0.4動(dòng)作，變頻器輸出正向運(yùn)行頻率。觸摸屏上反轉(zhuǎn)開關(guān)對(duì)應(yīng)的地址為M10.1，該開關(guān)動(dòng)作時(shí)能使Q0.5動(dòng)作，變頻器輸出頻率變?yōu)榉聪颉?/p>

3.5 加/減速功能的實(shí)現(xiàn)

觸摸屏上加/減速按鈕對(duì)應(yīng)的地址分別為M10.2、M10.3，當(dāng)這兩個(gè)按鈕動(dòng)作時(shí)，均能改變VW100中的數(shù)值。加速按鈕M10.2動(dòng)作時(shí)，用整數(shù)加法指令將VW100中的數(shù)值增加50，運(yùn)行頻率會(huì)對(duì)應(yīng)上升5.0Hz。減速按鈕M10.3動(dòng)作時(shí)，用整數(shù)減法指令將VW100中的數(shù)值減少100，運(yùn)行頻率會(huì)對(duì)應(yīng)下降10.0Hz。為了使系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)變頻器運(yùn)行頻率限制在5Hz~50Hz之間，加速/減速按鈕的動(dòng)作需要受到一定的限制，即變頻器運(yùn)行頻率在45.0Hz以上時(shí) （對(duì)應(yīng)模擬量輸出數(shù)值28800，采用整數(shù)比較指令判斷），變頻器不可再加速；變頻器運(yùn)行頻率在15.0Hz以下時(shí) （對(duì)應(yīng)模擬量輸出數(shù)值9600，采用整數(shù)比較指令判斷），變頻器不可再減速。

4 結(jié)束語

綜上所述，在PLC模擬量控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)中加入觸摸屏技術(shù)，可以使系統(tǒng)的技術(shù)層次得到一定的提升。首先，PLC輸入輸出點(diǎn)占用量減少；其次，變頻器的運(yùn)行頻率可以進(jìn)行較為靈活的變化；再次，系統(tǒng)具有更好的擴(kuò)展性能；最后，觸摸屏能為操作人員提供較為豐富的人機(jī)交互界面，使操作人員對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)有更全面的認(rèn)知。因此，觸摸屏技術(shù)在PLC模擬量控制變頻器的應(yīng)用中具有較高的實(shí)用性，適合在工程技術(shù)上進(jìn)行推廣。