基于調節(jié)器模擬給定的變頻調速系統(tǒng)設計

肖寶興

【摘要】調節(jié)器除了具有調節(jié)功能還兼有比例放大以及比例積分放大功能，本系統(tǒng)設計最初的信號源來自調節(jié)器，本身就是運算放大器，可形成開環(huán)與閉環(huán)兩種結構形式。以調節(jié)器的輸出信號作為調速系統(tǒng)的輸入信號，發(fā)給可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC），經(jīng)過模擬量處理功能邏輯處理后再發(fā)送到變頻器模擬量輸入端，變頻器的輸出端接交流電動機，由變頻器拖動電動機實現(xiàn)連續(xù)平滑地調速，與此同時，觸摸屏負責實時顯示電動機運行速度及其變化。

【關鍵詞】調節(jié)器;PLC;變頻器;觸摸屏;調速

一、調節(jié)器

調節(jié)器基本器件是運算放大器，自身的輸入信號由可調直流電源提供，控制電路可形成比例放大器以及比例積分放大器。前者只將當前信號放大，放大倍數(shù)由電阻比值決定，與歷史積累無關;后者可降低信號響應速度并與歷史積累有關，積分效果由反饋回路中電容值決定。如不需要放大或積分，可將反饋回路短路，使輸出信號與輸入信號成為1：1，也即開環(huán)控制。調節(jié)器的輸出信號送到PLC的模擬量輸入端口。控制電路中還包括測速反饋環(huán)節(jié)，與給定信號共同作用到輸入端，給定與反饋比較環(huán)節(jié)也稱為封鎖環(huán)節(jié)，當反饋大于給定時會使調節(jié)器的輸出信號降為最低。

二、可編程序邏輯控制器（PLC）

可編程序邏輯控制器從最早的只能實現(xiàn)簡單的數(shù)字量邏輯控制到現(xiàn)在的模擬量控制、聯(lián)網(wǎng)通信等，目前仍然處在控制系統(tǒng)中的核心位置，用戶為其編寫程序使之實現(xiàn)各種過程控制、運動控制。

本題中要實現(xiàn)模擬量信號的控制以及觸摸屏與PLC聯(lián)網(wǎng)控制，PLC選用西門子$7-200CPU226型機，其主機對外數(shù)字量I/O點數(shù)為40個，還要加上一塊模擬量擴展模塊EM235，此模塊可提供4個模擬量輸入點、1個模擬量輸出點，主機與擴展模塊之間用自身的通信口及電纜即可實現(xiàn)連接。模擬量輸出為變頻器模擬量輸入提供信號，經(jīng)過邏輯運算以及PID處理過的模擬量變成電壓信號送到變頻器，此量值還要送到數(shù)據(jù)變量寄存器V，為觸摸屏提供信號。

模擬量經(jīng)過PID處理后的輸出信號特別適合用于空調、溫度調節(jié)以及壓力調節(jié)等場合。

三、變頻器

變頻器的作用是拖動電動機實現(xiàn)變速運行，影響速度的三要素是電動機定子繞組極對數(shù)（p）、旋轉磁場與轉子速度間的轉差率（s）、供電電源頻率（f），其中改變頻率為最佳的調速方式。使用變頻器首先要將對外線路接好，然后選擇控制方式，再有就是設置參數(shù)。本題選擇外控模擬量輸入方式，輸入信號由PLC提供。

四、觸摸屏

西門子觸摸屏面板TPl77A不管是加工自動化、過程自動化或樓宇自動化，都有著廣泛的應用，TPl77A通過RS 422/485（IF 1B）接口與西門子S7-200PLC連接。

TPl77A觸摸屏應用軟件WinCC flexible用于組態(tài)用戶界面以操作和監(jiān)視生產設備。在工藝過程日趨復雜、對機器和設備功能的要求不斷增加的環(huán)境中，操作員希望獲得最大的透明性，人機界面（HMI）提供了這種透明性。在應用軟件WinCC flexible上組態(tài)電動機變速運行畫面。

（一）建立項目

雙擊桌面WinCCflexible的圖標，創(chuàng)建一個空項目，如果是打開一個已有的也要從此進入。

（二）設備選擇

選擇設備時要選擇觸摸屏型號，本題需使用TPl77A型，點擊后進入下一個界面。

（三）組態(tài)制作

在此可完成畫面的制作、實現(xiàn)觸摸屏與核心控制器件PLC之間的通信連接、建立畫面上可動圖素與PLC變量之間的對應關系等?？山⑴c選擇畫面，進行變量的設置，還可進行連接的設置，也就是設置觸摸屏與PLC之間進行信號往來所需參數(shù)及設備選擇等。

（四）可變數(shù)據(jù)的制作

像日期、溫度、速度等值在實際工程中總是變化著的，本題的速度值也是在不斷變化著的，在觸摸屏上顯示這樣的變量就要依靠PLC的數(shù)據(jù)變量寄存器V，V中的數(shù)據(jù)變化，觸摸屏上顯示的數(shù)據(jù)也跟著同步變化。顯示的數(shù)據(jù)是動態(tài)的，電動機速度變化時這里會出現(xiàn)可變數(shù)據(jù)。點擊工具欄中“I/O域”，將光標拖到工作區(qū)的某個位置放下，然后雙擊此圖標就會出現(xiàn)屬性欄，字體大小、顏色、數(shù)據(jù)位數(shù)、進制等都可設置，需連接字型V，比如VWIO。

（五）棒圖的生成與組態(tài)

觸摸屏界面設計除了窗口顯示實時速度值，還要有變化過程的浮動標，在此稱為棒圖。在工具欄中找到棒圖點擊后出現(xiàn)屬性設置欄，在此可設置最高速度值位、最低位、顯示顏色、背景顏色、與PLC連接的變量、升降移動方向、是否需要刻度、刻度量程等。

（六）通信下載

先保證PLC中有下載的程序。0口用來與電腦連接通信，1口可留作與觸摸屏通信用，PLC與觸摸屏的通信波特率要一致。

觸摸屏與電腦的通信，觸摸屏上電后出現(xiàn)對話框，按下Transfer鍵，使觸摸屏處于等待傳送模式。用PPI通信電纜，點“傳送”后相關設置就送到觸摸屏中，然后拔下PPI電纜換成網(wǎng)絡電纜，將觸摸屏與PLC連接好，通上電兩者就可進行信號往來，實現(xiàn)控制了。