觸摸屏PLC變頻器在多段調速中的綜合應用

盛華軍

（廣州科技職業技術學院自動化工程學院，廣東廣州510550）

1 引言

在20世紀90年代初，出現了一種全新的人機交互技術，用戶只需要在顯示屏上的圖標或文字上輕輕一點，計算機就能按照我們的指示進行相關的各種操作，擺脫鍵盤和鼠標的束縛，使人機交互更為直截了當，這種技術就是日新月異的觸摸屏技術［1］。觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等許多優點。利用這種技術，只要用手指輕輕地觸摸計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現對主機的操作，極大地方便了那些不懂電腦操作的用戶［2］。PLC是一種結構簡單、通用性好、功能較完備的新型控制元件，其主要優點是抗干擾能力強，可以提高系統的可靠性和穩定性以及生產效率，特別適用于工業控制［3］。觸摸屏與PLC的組合使用已經成為應用主導形式，可用于數據顯示和參數設置，減少了按鈕、開關、儀表等儀器的使用［4］。變頻器是通過改變電機的工作電源和頻率等方式控制交流電動機的電力控制設備，其在電機設備中起到了變頻節能、提高電機設備工作穩定性和使用壽命的作用。隨著近年來工業生產設備的大型化和自動化發展，變頻器以其明顯的技術優勢和良好的適用性，在自動化設備中得到了廣泛應用，交流變頻技術已經成為當前工業自動化控制的主流［5］。三相交流異步電動機是企業的主要用電設備，量大面廣，品種繁多，其用電量在目前我國企業總耗電量中占70%左右［6］。在復雜多變的工礦環境下，將觸摸屏、PLC和變頻器相結合，設計出可靠的調速控制系統，實現對三相交流異步電動機的自動多段調速控制，對減少不必要的人工干預、保持控制的持續穩定性以及降低損耗具有重要的現實意義。

2 觸摸屏控制界面設計

觸摸屏作為一種最新的計算機輸入設備，是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。GTdesiger2是用于圖形終端顯示和屏幕制作的Windows系統平臺軟件，支持全系列圖形終端。該軟件功能完善，圖形、對象工具豐富，窗口界面直觀形象，操作簡單易用，可以方便地改變所接PLC類型，可實時讀取、寫入顯示屏幕［7］。根據某控制機器對三相異步電動機的控制要求，在t0到t3四個時間段正轉，在t4到t6三個時間段反轉，繪制出如圖1所示的七段頻率運行曲線。根據該運行曲線，將傳統的控制面板、數據信息、指示燈以及按鈕開關等裝置用觸摸屏圖標進行取代。通過屏幕監控功能，能夠明顯地顯示出重要的數據信息，從而可以使操作人員準確地掌握機器的運行狀態。根據7段控制頻率的運行要求，選擇2個圖標按鍵、12個圖標指示燈和7個圖標顯示框進行設置，具體分配與設置情況見表1。

圖1 七段頻率運行曲線圖

表1 觸摸屏軟元件分配設置表

根據控制的要求，對控制頁面分為三相異步電動機正反轉指示燈、變頻器多段速設定指示燈、不同頻率運行指示燈、不同頻率運行時間顯示和按鍵控制等五個區域進行布局。布局設置按ON和OFF兩種狀態進行不同顏色的設置以示區分，具體控制頁面設計如圖2所示。

圖2 控制頁面設計

3 變頻器參數設定

變頻器是將固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調電壓、可調頻率交流電的裝置。變頻器的問世，使電氣傳動領域發生了一場技術革命，即交流調速取代了直流調速。交流電動機變頻調速技術具有節能、改善工藝流程、提高產品質量和便于自動控制等諸多優勢，被國內外公認為最具有發展前途的調速方式［8］。本文變頻器選用FR－740，其主要參數的設置情況如表2所示。組合運行操作是應用參數單元和外部接線共同控制變頻器運行的一種方法，參數Pr79＝3代表采用外部信號啟動電動機的PU／外部組合操作模式。

表2 變頻器的主要參數設置表

4 變頻器與PLC接線設計

各種系列的變頻器都有其標準的接線端子，雖然這些接線端子與其自身功能的實現密切相關，但都大同小異。變頻器接線主要有兩部分：一部分是主電路接線，另一部分是控制電路接線。R、T、S接入三相交流電源，U、V、W分別接到三相異步電動機的三相繞組首端，變頻器、PLC、電機和指示燈等實物接線圖如圖3所示，PLC的I／O分配表詳見表3。

圖3 實物接線圖

表3 PLC I／O分配表

5 PLC狀態轉移圖設計及運行

圖4 狀態轉移圖

用梯形圖或指令表方式編程雖然為廣大電氣技術人員所接受，但對于一些復雜的控制程序，尤其是按照時間的先后次序，遵循一定規律順序進行的控制程序，由于其內部的連鎖、互動關系極其復雜，在編制程序時將會特別的繁冗，可讀性也差。對于多段變頻調速的控制是按照時間的先后順序進行的，采用狀態轉移圖能夠很容易的實現，順控狀態轉移圖如圖4所示。

調試前將觸摸屏的驅動參數連接方式、PLC類型、通信端口和波特率等與PLC里的參數設置為一致。調試后，按下觸摸屏啟動按鍵，電動機將按圖1的運行曲線自動地運行、切換和循環。按下觸摸屏停止按鍵，電動機將立即停止運行。實際運行狀況示意圖如圖5所示。

圖5 實際運行狀況示意圖

6 結束語

經過仿真控制和實際運行，效果非常良好，并可得出如下結論：

（1）將觸摸屏、PLC和變頻器高度融合在一起使用可實現對三相異步電動機的多段調速控制。

（2）可為用戶提供多樣化的操作控制方式。采用按鈕開關控制輸入的單一控制模式可通過采用觸摸屏虛擬圖標進行按鍵操作。

（3）可采用狀態轉移圖實現多段速度控制，其程序可以靈活設計。

總之，綜合運用觸摸屏、變頻器和PLC各自的功能，可對三相異步電動機的多段調速進行靈活多樣的控制，具有重要的實際應用價值。