基于PLC和觸摸屏的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

邵文權(quán),景軍鋒

摘 要:介紹了基于三菱PLC和海泰克觸摸屏的交流電機(jī)變頻調(diào)速實(shí)驗系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計。開關(guān)量輸入的觸摸屏和外部按鈕的雙重方式提高了調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,模塊化程序設(shè)計思想增強(qiáng)了程序的擴(kuò)展性和實(shí)用性。該系統(tǒng)的實(shí)驗運(yùn)行結(jié)果表明,人機(jī)交互界面友好,運(yùn)行安全穩(wěn)定,有利于加強(qiáng)學(xué)生對簡單工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計思想的掌握,達(dá)到了較好的實(shí)驗教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:可編程控制器;觸摸屏;變頻器;調(diào)速系統(tǒng)

中圖分類號:TP23文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)19-110-03

Study on Frequency Conversion Speed Regulation System Based on PLC and Touch Screen

SHAO Wenquan,JING Junfeng

(Xi′an Polytechnic University,Xi′an,710048,China)

Abstract:The design of hardware and software of a frequency conversion speed system based on Mitsubishi PLC and Hitech touch screen are introduced.Since the switch signals are input dually by touch screen and external buttons,respectively,the speed regulating system is of higher reliability.Moreover,the modularization programming methods enhance the extensibility and applicability.Practical test proves that this system is of performable human interface and higher stability and security,it is helpful to enlighten the design idea of modern controlling systems for students,and thus acquires better teaching effect.

Keywords:programmable logic controller;touch screen;frequency converter;speed regulation system

0 引 言

可編程邏輯控制器(PLC)以其編程簡單方便、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[1]。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)外部按鈕開關(guān)的連線復(fù)雜程度,同時也提高了運(yùn)行維護(hù)的方便性[2-4]。隨著工業(yè)現(xiàn)場對控制設(shè)備小型化、易操作化、智能化的要求的不斷提高,基于PLC和觸摸屏的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用前景將非常廣闊。本文采用三菱PLC(Fx2N-64MR)、海泰克觸摸屏(PWS6A00T)、倫茨變頻器和外部按鈕實(shí)現(xiàn)兩臺三相異步電機(jī)的交流變頻調(diào)速實(shí)驗系統(tǒng)設(shè)計。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明,該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,控制性能良好。

1 控制系統(tǒng)要求

本套系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)兩臺三相異步電動機(jī)的如下狀態(tài)的控制:正轉(zhuǎn);反轉(zhuǎn);停止;點(diǎn)動;加速;減速。

要求可以由觸摸屏或外部按鈕實(shí)現(xiàn)上述功能,兩種開關(guān)量輸入方式互為冗余備用,以提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外,對于各種開關(guān)量狀態(tài)及硬件不正常狀態(tài)需要指示燈顯示。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括:可編程控制模塊、控制指令輸入模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、變頻器調(diào)節(jié)模塊。

2.1 模塊功能

2.1.1 可編程控制模塊

該模塊是整個控制系統(tǒng)控制的核心處理器[2,3],是觸摸屏指令和按鈕開關(guān)指令的執(zhí)行中樞和變頻器指令觸發(fā)元件。

2.1.2 控制指令輸入模塊

該模塊就是給PLC加載控制指令以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的輸出操作。這里指令輸入可由觸摸屏按鍵實(shí)現(xiàn),也可以由外部開關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn),兩種指令輸入方式互為備用。為避免由按鈕開關(guān)指令實(shí)現(xiàn)眾多指令會導(dǎo)致接線復(fù)雜情況出現(xiàn),可以對重要的開關(guān)量實(shí)現(xiàn)冗余備用,非重要開關(guān)量僅由觸摸屏按鍵實(shí)現(xiàn)。

2.1.3 D/A模塊

D/A是將PLC輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓量以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的目的。此系統(tǒng)采用的FX2N-2DA模塊,該模塊有兩路模擬量輸出以實(shí)現(xiàn)對兩臺變頻器的控制[4]。

2.1.4 變頻器調(diào)節(jié)模塊

變頻器可根據(jù)PLC加載在其輸入控制端子的指令執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)節(jié),能夠執(zhí)行三相異步電動機(jī)的各種工作狀態(tài)。

2.2 模塊通信

PC機(jī)通過專用電纜與PLC模塊和觸摸屏模塊進(jìn)行通信連接,編制調(diào)試程序完畢可以直接下載到觸摸屏和PLC各自程序存儲器。PLC模塊與觸摸屏之間由專用電纜連接,觸摸屏按鍵指令可以由通信電纜加載到控制程序以執(zhí)行相應(yīng)的操作。另外,外部按鈕指令直接加載在PLC輸入端以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的指令操作。PLC與D/A模塊由擴(kuò)展電纜連接,將PLC輸出數(shù)字量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的兩路電壓信號加載到變頻器輸入端子以實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 PLC程序設(shè)計

3.1.1 輸入、輸出地址分配

根據(jù)控制系統(tǒng)要求,確定開關(guān)量輸入、輸出數(shù)量并對PLC分別地址分配[5]。

X00~X04、X10~X14分別分配給電動機(jī)1、2的開關(guān)量輸入端子(包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動、停止)和變頻器故障輸入端子。

Y00~Y04、Y10~Y14分別分配給電動機(jī)1、2的開關(guān)量輸出指示(包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動、停止)和觸摸屏故障指示。

Y20~Y22、Y30~Y32分別連接兩臺變頻器的E1、E2和28控制端子。其中,E1端子功能為高電平時激活固定給定轉(zhuǎn)速;E2端子控制旋轉(zhuǎn)方向;28端子控制電機(jī)啟動和停止。

M00~M05、M10~X15分別分配給觸摸屏的1、2按鍵指令的PLC寫入地址(包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動、加速、減速、停止)。

此外,寄存器D1、D2分別為存儲兩臺電機(jī)的D/A待轉(zhuǎn)換數(shù)值,寄存器M8000監(jiān)視PLC運(yùn)行狀態(tài)。

3.1.2 程序流程設(shè)計

PLC程序采用三菱FXGP-WIN-E編程軟件實(shí)現(xiàn),程序采用模塊化、功能化結(jié)構(gòu),便于擴(kuò)展應(yīng)用,對應(yīng)的程序流程圖如圖2所示。

圖2 PLC程序流程圖

3.2 觸摸屏程序設(shè)計

本系統(tǒng)的觸摸屏人機(jī)交互界面的開發(fā)平臺,采用海泰克觸摸屏的Hitech ADP編程軟件實(shí)現(xiàn)。該軟件類似于組態(tài)軟件,采用圖形化的編程方法,只需將相關(guān)元件拖到預(yù)先定義的畫面上,根據(jù)需要設(shè)置相關(guān)參數(shù)、合理配置PLC寫入地址即可完成操作。

Hitech ADP編程軟件對編程PC機(jī)要求不高,利用觸摸屏自帶RS 232串口或者USB接口通信,將設(shè)計完成后的人機(jī)交互界面下載到觸摸屏。對于兩臺電動機(jī)分別設(shè)計了正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動、加速、減速、停止以及速度顯示控鍵,可由相應(yīng)的控鍵實(shí)現(xiàn)對電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制和監(jiān)控。觸摸屏上電后自動進(jìn)入所設(shè)計的畫面,操作人員可以根據(jù)需要直接通過人機(jī)交互的方式,對下位機(jī)PLC進(jìn)行控制。人機(jī)界面如圖3所示。

圖3 觸摸屏人機(jī)交互界面

4 結(jié) 語

基于可編程控制器和觸摸屏的三相異步電機(jī)的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)充分利用了PLC強(qiáng)大的邏輯處理功能和人機(jī)界面的良好的交互性,避免傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制電路的復(fù)雜接線,降低了對運(yùn)行人員的技術(shù)要求;同時對重要開關(guān)輸入量實(shí)現(xiàn)觸摸屏按鍵和外部按鈕冗余備用模式,提高了系統(tǒng)的可靠性,為現(xiàn)場操作人員對運(yùn)行過程的實(shí)時監(jiān)控和維護(hù)帶來了方便。同時,本系統(tǒng)作為專業(yè)實(shí)驗室綜合試驗系統(tǒng)的子系統(tǒng)之一,將理論與實(shí)際相結(jié)合,對學(xué)生掌握新技術(shù)新理念,提高動手能力,有很好的指導(dǎo)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

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