基于觸摸屏和PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的一種設(shè)計(jì)

付少華

(重慶機(jī)械電子技師學(xué)院，重慶 400037)

基于觸摸屏和PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的一種設(shè)計(jì)

付少華

(重慶機(jī)械電子技師學(xué)院，重慶 400037)

在職業(yè)學(xué)校的電工學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，三相電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)大多是在電力拖動(dòng)的實(shí)驗(yàn)臺上做的，主要應(yīng)用硬繼電器、按鈕和導(dǎo)線完成。但是，隨著PLC、觸摸屏、變頻器在日常生活中的應(yīng)用，中等職業(yè)學(xué)校在電類教學(xué)中也加強(qiáng)了該知識點(diǎn)的要求。本研究應(yīng)用PLC和觸摸屏實(shí)現(xiàn)了對電動(dòng)機(jī)的控制運(yùn)行，為了節(jié)能和提高運(yùn)行效率，加入了變頻器來控制電機(jī)的運(yùn)行速度。

可編程控制器PLC;觸摸屏;變頻器

一、觸摸屏

(一)觸摸屏的原理

在今天的日常生活中，觸摸屏隨處可見。那什么是觸摸屏呢?觸摸屏是觸摸式圖形在終端上顯示的一種簡稱，或者說是一種人機(jī)交互裝置。以電阻式觸摸屏為例，它是利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。它的屏幕由上、下兩層弱導(dǎo)電膜，主要是一塊與顯示器表面配合的電阻薄膜屏。它用一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明的氧化銦導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表光滑防劃、傷面硬化處理的塑料層，在他們之間有許多細(xì)小的透明間隔點(diǎn)把兩層氧化銦導(dǎo)電層隔開絕緣。手指觸摸時(shí)，兩層導(dǎo)電層就在觸摸點(diǎn)位置處接觸，因其中一側(cè)導(dǎo)電層接通Y軸方向的某一電壓的電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測到這個(gè)電壓后，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與Y軸方向的某一電壓相比即可得觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)，同樣的原理得出X軸的坐標(biāo)。這就是電阻觸摸屏的基本原理。

(二)觸摸屏的作用和特點(diǎn)

日常使用的觸摸屏一般通過串行接口與計(jì)算機(jī)、PLC或其他的外圍設(shè)備連接通信，由各個(gè)公司專用軟件完成各種畫面的制作和傳輸，來實(shí)現(xiàn)圖形操作和顯示終端的功能，在系統(tǒng)控制中，觸摸屏常作為PLC的輸入和輸出設(shè)備，在使用中通過相關(guān)的設(shè)計(jì)軟件，可以設(shè)計(jì)出滿足用戶要求的畫面，實(shí)現(xiàn)對控制對象的顯示和相關(guān)操作［1］。圖1是觸摸屏的外形。

圖1 觸摸屏的外形

在了解了觸摸屏的外形后，再理解它的各個(gè)部分具體功能，如表1。

表1 觸摸屏各個(gè)部分具體功能

為了使系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完整化，表2中列出了設(shè)計(jì)所需的三菱觸摸屏特點(diǎn)。

(三)觸摸屏與電源、PLC、計(jì)算機(jī)的連接

1)GOT的供電可以由PLC的直流24 V電源供電，可以把觸摸屏背面的電源端口與相應(yīng)的直流24 V電源連接［2］。連線如圖 2。

表2 本研究設(shè)計(jì)所需的三菱觸摸屏F940GOT系列特點(diǎn)

圖2 觸摸屏與PLC接線圖

2)觸摸屏與電腦的連接可以用電纜FX-232CAB-1把電腦上的D型9針插孔和GOT側(cè)的D型9針插針相連接，如圖3。

圖3 觸摸屏與電腦的接線圖

3)觸摸屏與電腦和PLC的連接

GOT的RS-232C接口與電腦連接，GOT的RS-422接口與plc連接，然后在電腦上用畫面創(chuàng)建與GOT的數(shù)據(jù)傳輸通信，如圖4。

圖4 GOT與PLC連接圖

二、FX-PCS-DU-C軟件使用的方法

FX-PCS-DU-C是三菱GOT系列觸摸屏的專用編輯軟件，它具有屏幕畫面制作、GOT與DU間的數(shù)據(jù)傳輸、采樣數(shù)據(jù)、文件打印通訊等功能。F940GOT-SWD-C使用軟件FX-PCS-DU-C來編輯各種部件，包括顯示部件、數(shù)據(jù)顯示部件、數(shù)據(jù)傳輸部件、畫面轉(zhuǎn)換等［3］。根據(jù)三菱公司的工作手冊，具體方法如下:

1)在FX-PCS-DU-C軟件安裝目錄中包含有名為“IMAGES”的文件夾，該文件夾中有很多自帶的圖片可供使用。

2)設(shè)定GOT-F904畫面的安全等級。

A．在“畫面清單”對話框中單擊選中要設(shè)定安全等級的畫面，并點(diǎn)擊“頂部”按鈕。

B．在“畫面頂部”對話框的“安全”欄中勾選“保護(hù)”項(xiàng)，可以設(shè)定所選擇畫面的安全等級。在上圖所示的“畫面清單”對話框中以灰色顯示的是系統(tǒng)畫面，用戶可以編輯這些畫面的安全等級，如圖5。

3)設(shè)定F930GOT-K和F920GOT-K上功能鍵的用途。

A．在“畫面清單”對話框中單擊選中要設(shè)定功能按鍵的畫面，并點(diǎn)擊“鍵”按鈕，此時(shí)會顯示如下所示的對話框，如圖6。

圖5 GOT-F904畫面

圖6 功能按鍵的畫面

B．在“部件”菜單中選擇功能鍵的具體用途，如圖7。

圖7 畫面切換

C．在“鍵畫面”對話框中點(diǎn)擊“追加”按鈕可完成功能鍵用途的指定。如圖8。

圖8 追加畫面

圖8所示是在畫面0中將第1個(gè)功能鍵的用途指定為切換到畫面1的情形。

4)設(shè)定控制F930GOT-BBD-K-C上功能鍵LED顯示的元件。

在DU/WIN軟件中選擇“部件”/“指示器”/“輸出指示器”，并在“輸出指示器”對話框中設(shè)定好位元件，則從其開始的連續(xù)8個(gè)位元件分別對應(yīng)控制F930GOT-BBD-K-C兩排功能鍵LED的顯示。如圖9。

圖9 輸出指示器畫面

5)設(shè)定通過PLC數(shù)據(jù)寄存器來切換畫面。

A．在“畫面清單”對話框中雙擊“共通畫面”。

B．選擇“部件”，“指示器”，“畫面切換”。

C．在“畫面切換”對話框中，將“條件”選成“平時(shí)”，“切換地址”選成“PLC數(shù)據(jù)寄存器”，則可以通過GOT的控制元件(與FXPLC連接時(shí)默認(rèn)為D0)來切換畫面。

6)在使用DU/WIN軟件進(jìn)行上下載畫面操作時(shí)，提示“終端無響答”或者“接收到非法字符”問題的處理。

圖10 下載畫面操作

三、電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)

1)控制具體要求

用觸摸屏來控制電機(jī)啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、故障，同時(shí)能在觸摸屏上用畫面和文字顯示電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。

2)系統(tǒng)接線及構(gòu)成

電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)由PLC、計(jì)算機(jī)、觸摸屏等組成。觸摸屏選用三菱的GOT940，PLC選用FX2N型，具體電路如圖11。

圖11 電機(jī)運(yùn)行控制電路

3)PLC的程序設(shè)計(jì)

用M0、M1、M2分別表示觸摸屏的正轉(zhuǎn)啟動(dòng)觸摸鍵、停止啟動(dòng)觸摸鍵、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)觸摸鍵，M3是內(nèi)部繼電器，用做觸摸屏字串指示停止/運(yùn)行，D0是內(nèi)部繼電器，用做觸摸屏字串庫指示:正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/故障的功能。

圖12 PLC的程序設(shè)計(jì)

4)觸摸屏畫面設(shè)計(jì)

啟動(dòng)FX-PCS-DU-C軟件，按照上面程序進(jìn)行設(shè)定后，按照上面軟件使用方法，設(shè)計(jì)顯示畫面如下:

A．畫面0的制作

主要制作當(dāng)開機(jī)時(shí)的初始畫面，按照軟件的使用方法及功能在部件的菜單中用“觸摸按鍵、字串”等命令設(shè)置相應(yīng)的對話框。

B．畫面1的制作

打開畫面1窗口，單擊菜單“部件”菜單中的“觸摸鍵”命令，在彈出的觸摸鍵設(shè)置正轉(zhuǎn)控制觸摸按鍵。然后以同樣的方式設(shè)置反轉(zhuǎn)、停止、切換觸摸按鍵，在菜單欄的部件指示器“字串指示器”，彈出“字串指示器”定義當(dāng)位元件M0為OFF時(shí)直接顯示停止，M0為ON時(shí)顯示運(yùn)行。再單擊“顯示和項(xiàng)目”菜單中的‘字串庫’設(shè)置對話框，按要求設(shè)置運(yùn)行內(nèi)容的字串庫，應(yīng)當(dāng)注意的是:PLC程序中使用的子元件應(yīng)和畫面設(shè)置的子元件一致，以達(dá)到準(zhǔn)確通信的目的。然后進(jìn)行各個(gè)項(xiàng)目的檢查，最后連接GOT，傳輸畫面并進(jìn)行運(yùn)行測試。具體畫面如圖13。

圖13 起?？刂骑@示畫面

5)變頻器的應(yīng)用

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的［4］。

為了穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效果，也為了節(jié)能和調(diào)速，我們可以加入變頻器來控制電機(jī)的運(yùn)行速度。

利用變頻器選用組合外圍電路，此時(shí)變頻器能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行方式，按照預(yù)設(shè)定的時(shí)鐘、電機(jī)的運(yùn)行頻率、啟動(dòng)時(shí)間及旋轉(zhuǎn)方向在內(nèi)部定時(shí)器的控制下運(yùn)行操作，程序運(yùn)行功能僅當(dāng)Pr．79=5時(shí)才有效。用Pr．200選擇運(yùn)行時(shí)間單元，用Pr．231設(shè)定程序開始運(yùn)行的時(shí)鐘基準(zhǔn)，旋轉(zhuǎn)方向、運(yùn)行頻率、啟動(dòng)時(shí)間可定義為一個(gè)點(diǎn)，分為三組，用Pr．200至Pr．230設(shè)定，程序運(yùn)行時(shí)可以選擇單個(gè)組運(yùn)行，也可以幾個(gè)組運(yùn)行。這樣我們就可以達(dá)到不同速率的運(yùn)行要求，達(dá)到節(jié)能和方便的控制效果。

四、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在以上設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，學(xué)生啟動(dòng)PLC、變頻器和觸摸屏進(jìn)行運(yùn)行，變頻器的運(yùn)行頻率在10 Hz到50 Hz之間，觸摸屏可以控制變頻器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止，輸出頻率監(jiān)視和任意頻率輸出。此時(shí)，既可以通過PLC的按鈕控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，也可以通過觸摸屏的按鈕控制電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。當(dāng)改變變頻器頻率時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，如果頻率從50 Hz改變到20 Hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速明顯變慢。這也使得中等職業(yè)學(xué)校的學(xué)生在該知識點(diǎn)的掌握上直觀、明顯，收到很好的教學(xué)效果。

［1］王成福．可編程序控制器及其應(yīng)用［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

［2］廣東省電工新技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)編審組．電工新技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)［M］．2008．

［3］三菱電機(jī)FX系列特殊功能模塊用戶手冊［M］．2005．

［4］電工新技術(shù)［M］．中國勞動(dòng)社會保障出版社，2007．

(責(zé)任編輯 張佑法)

G712

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1007－7111(2012)06－0052－04

2012－04－30

付少華(1979—)，男，碩士研究生，講師，研究方向:微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用、視頻采集與實(shí)時(shí)傳輸。