基于PLC和觸摸屏的電機變頻調速控制系統設計與實現

田磊　吳靜　蔣東　張明偉　任興　錢盈盈　陳夾夾

摘 要：文章以西門子S7-200系列PLC的CPU224XP作為核心控制處理器，以西門子SMART700觸摸屏作為人機交互界面，通過人機交互界面對電動機的運行狀態進行監視及控制，完成電動機的啟停、變頻調速、正反轉運行。實驗結果表明：該系統工作穩定、運行可靠、控制精度較高。

關鍵詞：PLC；觸摸屏；變頻調速

引言

PLC以其編程簡單方便、控制穩定可靠、功能強大等優點通常作為控制器廣泛應用于現代工業控制領域，觸摸屏作為人機交互界面在一定程度上減少PLC的外部I/O點的使用以及減輕系統外部按鈕開關的連線復雜程度，同時也提高了運行維護的方便性。本設計選擇西門子PLC的CPU224XP為核心控制處理器，西門子SMART700觸摸屏，通過PLC、觸摸屏軟、硬件設計與調試，在實驗室實現三相異步電動機的啟停、變頻調速、正反轉運行。

1 系統設計總體方案

電機變頻調速控制系統原理框圖如圖1所示，計算機下載程序到PLC和觸摸屏，通過觸摸屏輸入指令，PLC將信號傳給變頻器，由變頻器實現三相異步電動機的啟停、變頻調速、正反轉運行。

2 控制系統硬件設計

2.1 硬件的選擇

PLC型號為西門子14輸入10輸出的CPU224XP，可連接7個擴展模塊，6個獨立的高速計數器（100KHz），2個100KHz的高速脈沖輸出，2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力，能夠滿足變頻調速的要求。SMART700觸摸屏分辨率較高，具備強大的通信能力，它可以同西門子PLC之間進行通訊，并且為用戶提供一個友好的界面，便于用戶對控制系統中的設備運行情況進行監控和控制。變頻器選擇西門子MICROMASTER440，是專門針對與通常相比需要更加廣泛的功能和更高動態響應的應用而設計的，具有快速響應輸入和定位減速斜坡功能，是實現變頻調速的主要部件，三相異步電動機選擇功率為750W。

2.2 硬件電路設計

3 控制系統軟件設計

3.1 PLC程序設計

3.1.1 PLC程序流程圖

PLC經初始化后，可通過觸摸屏和外部按鈕發出信號，經變頻器控制電機的啟停、正反轉、加速和減速，當完成指令之后，一個周期結束，PLC的流程圖如圖3所示。

3.1.2 PLC具體程序

3.2觸摸屏設計

人機界面采用西門子SMART700觸摸屏，人機界面是在操作人員和機器設備之間做雙向溝通的橋梁，本設計通過Wicc組態軟件完成，如圖5所示。

4 結束語

PLC和觸摸屏的電機變頻調速控制設計打破了傳統的繼電器-接觸器控制電路的復雜接線，通過觸摸屏可以直觀的觀察到電機的運行狀態，可以控制電機的啟停、變頻調速、正反轉運行，不僅使運行和維修變得簡單方便，而且提高了可靠性。同時，在遼寧工業大學電力自動化創新實驗室里進行實驗驗證，達到了預期的效果，也驗證方案的可行性。

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*通訊作者：吳靜（1976，5-），碩士研究生，副教授，遼寧工業大學電氣工程學院教師，研究方向：電氣控制和電力系統穩定性分析，單位：遼寧工業大學電氣工程學院。