基于PLC和觸摸屏的電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田磊　吳靜　蔣東　張明偉　任興　錢(qián)盈盈　陳夾夾

摘 要：文章以西門(mén)子S7-200系列PLC的CPU224XP作為核心控制處理器，以西門(mén)子SMART700觸摸屏作為人機(jī)交互界面，通過(guò)人機(jī)交互界面對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視及控制，完成電動(dòng)機(jī)的啟停、變頻調(diào)速、正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、控制精度較高。

關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；變頻調(diào)速

引言

PLC以其編程簡(jiǎn)單方便、控制穩(wěn)定可靠、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)通常作為控制器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域，觸摸屏作為人機(jī)交互界面在一定程度上減少PLC的外部I/O點(diǎn)的使用以及減輕系統(tǒng)外部按鈕開(kāi)關(guān)的連線(xiàn)復(fù)雜程度，同時(shí)也提高了運(yùn)行維護(hù)的方便性。本設(shè)計(jì)選擇西門(mén)子PLC的CPU224XP為核心控制處理器，西門(mén)子SMART700觸摸屏，通過(guò)PLC、觸摸屏軟、硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的啟停、變頻調(diào)速、正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，計(jì)算機(jī)下載程序到PLC和觸摸屏，通過(guò)觸摸屏輸入指令，PLC將信號(hào)傳給變頻器，由變頻器實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的啟停、變頻調(diào)速、正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件的選擇

PLC型號(hào)為西門(mén)子14輸入10輸出的CPU224XP，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，6個(gè)獨(dú)立的高速計(jì)數(shù)器（100KHz），2個(gè)100KHz的高速脈沖輸出，2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力，能夠滿(mǎn)足變頻調(diào)速的要求。SMART700觸摸屏分辨率較高，具備強(qiáng)大的通信能力，它可以同西門(mén)子PLC之間進(jìn)行通訊，并且為用戶(hù)提供一個(gè)友好的界面，便于用戶(hù)對(duì)控制系統(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控和控制。變頻器選擇西門(mén)子MICROMASTER440，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)與通常相比需要更加廣泛的功能和更高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，具有快速響應(yīng)輸入和定位減速斜坡功能，是實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的主要部件，三相異步電動(dòng)機(jī)選擇功率為750W。

2.2 硬件電路設(shè)計(jì)

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

3.1.1 PLC程序流程圖

PLC經(jīng)初始化后，可通過(guò)觸摸屏和外部按鈕發(fā)出信號(hào)，經(jīng)變頻器控制電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)、加速和減速，當(dāng)完成指令之后，一個(gè)周期結(jié)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(shè)計(jì)

人機(jī)界面采用西門(mén)子SMART700觸摸屏，人機(jī)界面是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間做雙向溝通的橋梁，本設(shè)計(jì)通過(guò)Wicc組態(tài)軟件完成，如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC和觸摸屏的電機(jī)變頻調(diào)速控制設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制電路的復(fù)雜接線(xiàn)，通過(guò)觸摸屏可以直觀(guān)的觀(guān)察到電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可以控制電機(jī)的啟停、變頻調(diào)速、正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，不僅使運(yùn)行和維修變得簡(jiǎn)單方便，而且提高了可靠性。同時(shí)，在遼寧工業(yè)大學(xué)電力自動(dòng)化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，達(dá)到了預(yù)期的效果，也驗(yàn)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(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院教師，研究方向：電氣控制和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，單位：遼寧工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院。