西門子PLC、變頻器和觸摸屏在電機(jī)多段調(diào)速控制中的應(yīng)用

陶肖

摘 要：隨著電氣自動化行業(yè)的不斷發(fā)展，PLC、變頻器與觸摸屏應(yīng)用日益廣泛，常用的多段調(diào)速控制系統(tǒng)就是這三者結(jié)合的典型應(yīng)用。文章將介紹使用西門子PLC、變頻器、觸摸屏構(gòu)成的電機(jī)多段調(diào)速控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)界面簡潔，操作方便。

關(guān)鍵詞：西門子；PLC；變頻器；觸摸屏；組態(tài)

1 多段調(diào)速系統(tǒng)的控制說明

工業(yè)控制領(lǐng)域中常用到多段速度控制生產(chǎn)設(shè)備，在設(shè)備控制屏上選擇控制模式，PLC進(jìn)行信息處理后變頻器將控制電機(jī)以用戶指定方式運(yùn)轉(zhuǎn)。本控制系統(tǒng)中觸摸屏作為上位機(jī)，主要進(jìn)行控制方式的選擇和電機(jī)轉(zhuǎn)速的監(jiān)控，運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)先在Smart 700 IE觸摸屏上選擇自動或手動方式，自動模式下電機(jī)按速度1到速度8循環(huán)運(yùn)行，手動模式下通過調(diào)速開關(guān)1、開關(guān)2、開關(guān)3的組合選擇不同速度；PLC作為下位機(jī)，讀取輸入信號并進(jìn)行相關(guān)處理，然后輸出信號給變頻器數(shù)字輸入端；變頻器是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接控制電機(jī)頻率變化，可通過變頻器參數(shù)設(shè)置各運(yùn)行頻率的具體值。

2 多段調(diào)速控制的PLC設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)有自動、手動、開關(guān)1、開關(guān)2、開關(guān)3共5個開關(guān)，即5個輸入量，調(diào)速用變頻器數(shù)字輸入端共3個，即3個輸出量，故選擇西門子公司S7-200 CPU 224CN型號的PLC，采用STEP7 MicroWIN SP3軟件編程[1]。本程序中設(shè)置I0.0、I0.1為觸摸屏上自動、手動按鈕，I0.2-I0.4為手動模式下組合選擇開關(guān)，Q0.0-Q0.2為輸出量，三者組合的BCD碼為對應(yīng)速度編號。自動模式時(shí)本設(shè)計(jì)通過定時(shí)器組成一脈沖發(fā)生器，用計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器不同值對應(yīng)不同速度[2]。

3 多段調(diào)速控制的組態(tài)設(shè)計(jì)

西門子Smart 700 IE觸摸屏面積小、分辨率高、處理器性能好、支持多種通訊方式、傳輸速度快，能與S7-200 PLC組成良好的人機(jī)交互平臺，可使用WinCC flexible 2008 SP4 中文版進(jìn)行組態(tài)[3]。

3.1 創(chuàng)建項(xiàng)目

打開WinCC flexible 2008 SP4 中文版軟件，進(jìn)入初始界面后可選擇“使用項(xiàng)目向?qū)?chuàng)建一個新項(xiàng)目”快速進(jìn)行項(xiàng)目創(chuàng)建及組件選型。HMI設(shè)備設(shè)置為Smart 700，控制器為SIMATIC S7-200。

3.2 建立連接

選擇項(xiàng)目工具欄內(nèi)“連接”快捷按鈕可快速建立一新連接，如圖1所示，設(shè)置連接名稱、通訊驅(qū)動程序及其他相關(guān)參數(shù)：Smart 700 接口為IF1 B，作為主站分配地址為1，S7-200 為從站，地址為2，兩者通訊采用PPI網(wǎng)絡(luò)，波特率與PLC系統(tǒng)塊設(shè)置相同為9.6 kbps，其余為默認(rèn)值。

3.3 定義變量

單擊項(xiàng)目管理窗口內(nèi)“變量”可進(jìn)入變量管理器界面，在變量表內(nèi)設(shè)置與PLC I/O分配相同的變量。

3.4 組態(tài)畫面

項(xiàng)目生成時(shí)已自動建立一名“起始畫面”的空白畫面，可直接在該畫面內(nèi)組態(tài)界面，屬性對話框也會自動切換至畫面屬性設(shè)置[4]?？刂葡到y(tǒng)5個開關(guān)可使用工具面板內(nèi)開關(guān)選項(xiàng)進(jìn)行組態(tài)，本設(shè)計(jì)還在畫面中通過表格的形式列出了手動狀態(tài)下3個組合開關(guān)的狀態(tài)及其對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，并通過設(shè)置其他顏色突出電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)的轉(zhuǎn)速。

3.5 項(xiàng)目仿真

界面組態(tài)完畢需進(jìn)行編譯，編譯無誤后可使用WinCC flexible自帶仿真器進(jìn)入系統(tǒng)模擬運(yùn)行，在變量表內(nèi)可設(shè)置各變量數(shù)值。

3.6 傳送項(xiàng)目

用PC/PPI線纜連接電腦與Smart 700 IE，打開觸摸屏選擇“Control Panel”，設(shè)置串口為“enable”狀態(tài)。再次進(jìn)入初始界面選擇“Transfer”，同時(shí)在WinCC flexible中選擇項(xiàng)目傳輸，兩端通訊成功即開始傳送項(xiàng)目，傳送完成后觸摸屏?xí)苯哟蜷_剛裝載的組態(tài)畫面[5]。

4 多段調(diào)速控制的變頻器參數(shù)設(shè)置

本系統(tǒng)控制變頻器采用西門子公司MM420型號變頻器，該變頻器操作簡單實(shí)用，適用于OEM行業(yè)的中小功率變速驅(qū)動系統(tǒng)，如紡織、印刷、包裝行業(yè)的水泵、風(fēng)機(jī)和傳送帶系統(tǒng)驅(qū)動裝置等[6]。

4.1 恢復(fù)變頻器工廠缺省值（如表1）

4.2 設(shè)置電動機(jī)參數(shù)（如表2）

設(shè)置完成后，使P0010=0，變頻器處于準(zhǔn)備狀態(tài)，即可進(jìn)入運(yùn)行。

4.3 設(shè)置數(shù)字輸入控制端口開關(guān)操作運(yùn)行參數(shù)（如表3）

4.4 變頻器與PLC聯(lián)機(jī)調(diào)試

用外部開關(guān)連接PLC輸入端通過輸出控制變頻器，檢查輸出頻率是否符合設(shè)計(jì)要求。

5 多段調(diào)速控制系統(tǒng)調(diào)試

用RS-485通訊線纜連接S7-200和Smart 700 IE，PLC輸出端直接連接變頻器數(shù)字輸入端口，啟動觸摸屏、變頻器，并將S7-200置于運(yùn)行狀態(tài)，通過觸屏控制系統(tǒng)運(yùn)行，檢查是否符合控制要求。

6 結(jié)束語

本系統(tǒng)為一小型多段變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，控制界面方便簡潔，操作簡單，并能對當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便使用者及時(shí)了解電機(jī)當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]西門子公司.S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊[M].2007.

[2]廖常初.S7-200 PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]西門子公司.Smart 700 IE、Smart 1000 IE操作說明[Z].2013.

[4]西門子公司.WinCC flexible 2008軟件手冊[Z].2008.

[5]廖常初，陳曉東.西門子人機(jī)界面觸摸屏組態(tài)與應(yīng)用技術(shù)第2版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[6]西門子公司.MICROMASTER 420入門指南[Z].2013.