朱 曦

（江蘇省常州技師學(xué)院，江蘇 常州 213000）

觸摸屏是一種新型的人機界面，是在操作人員和機器設(shè)備之間作信息溝通的橋梁，非常適用于工業(yè)環(huán)境。利用PLC的模擬量輸入輸出功能對變頻器進(jìn)行控制，由于模擬量可以平滑地調(diào)整，因此變頻器也可以實現(xiàn)近似于無級調(diào)速的平滑調(diào)速，這是運用非常廣泛的變頻器控制方法。在PLC模擬量控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)中融入觸摸屏技術(shù)，可以實現(xiàn)變頻器運行頻率的實時寫入與讀出，并為操作人員提供信息量十分豐富的交互界面，使整個控制系統(tǒng)功能更為全面、操作更為簡便，技術(shù)層次得到了較大的提高。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 主要設(shè)備

西門子S7-200系列CPU224XP型PLC、西門子MicroMaster420型變頻器、威綸MT506型觸摸屏。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

西門子S7-200系列CPU224XP型PLC集成了模擬量輸入/輸出功能，將PLC模擬量輸出模塊的V、M （電壓輸出）兩端分別與MicroMaster420型變頻器的3、4號控制端子（模擬輸入源）相連，即可使PLC向變頻器輸出模擬電壓信號；將PLC模擬量輸入模塊的A+、M兩端分別與變頻器的12、13號控制端子（模擬輸出）相連，即可使PLC取得變頻器運行時輸出的模擬電流信號，該信號的大小與變頻器的輸出頻率相對應(yīng)；將PLC的Q0.4、Q0.5、2L分別與變頻器的5、6、8號控制端子相連，當(dāng)PLC的輸出點Q0.4動作時，即可對變頻器發(fā)出啟動/停止命令；當(dāng)PLC的輸出點Q0.5動作時，即對變頻器發(fā)出反轉(zhuǎn)控制命令。由于使用了觸摸屏，因此無需在PLC輸入點上接按鈕、開關(guān)等主令元件。

1.3 系統(tǒng)的控制要求

本系統(tǒng)采用觸摸屏控制，由觸摸屏輸入電動機的初始運行頻率，初始運行頻率必須介于0~50Hz之間，若初始頻率不符合要求則在觸摸屏上顯示報警信息，并且系統(tǒng)不能啟動。

觸摸屏上設(shè)置系統(tǒng)啟動開關(guān)、反轉(zhuǎn)切換開關(guān)、加速按鈕和減速按鈕。啟動開關(guān)閉合時，變頻器以初始頻率運行，加速按鈕每動作一次，則運行頻率增加5Hz，減速按鈕每動作一次則運行頻率減少10Hz。系統(tǒng)加速時運行頻率不得超過50Hz，系統(tǒng)減速時運行頻率不得低于5Hz。反轉(zhuǎn)切換開關(guān)動作時，電動機反向旋轉(zhuǎn)。啟動開關(guān)斷開后，電動機停轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)運行過程中，觸摸屏上能實時顯示變頻器的當(dāng)前運行頻率。

1.4 變頻器參數(shù)設(shè)置

變頻器參數(shù)恢復(fù)工廠設(shè)置后，只需按系統(tǒng)需要改變P1120、P1121（斜坡上升、下降時間），其余參數(shù)均保持默認(rèn)狀態(tài)，即可進(jìn)行運行調(diào)試。

2 觸摸屏人機界面的設(shè)計

按照上述控制要求，設(shè)計觸摸屏人機界面，該人機界面中主要元件的設(shè)置如下：

初始頻率：VW100，數(shù)值輸入元件，十進(jìn)制格式，小數(shù)點一位

當(dāng)前頻率：VD110，數(shù)值顯示元件，單精度浮點數(shù)格式，小數(shù)點一位

報警信號：M11.0，“初始頻率未設(shè)定”報警；M11.1，“初始頻率超限”報警

啟動開關(guān)：M10.0，切換開關(guān)

反轉(zhuǎn)開關(guān)：M10.1，切換開關(guān)

加速按鈕：M10.2，復(fù)歸型開關(guān)

減速按鈕：M10.3，復(fù)歸型開關(guān)

3 控制程序設(shè)計方法

3.1 運行頻率的輸入

由觸摸屏向PLC的VW100單元輸入初始運行頻率，最大數(shù)值為50.0，而由于觸摸屏數(shù)值輸入元件有一位小數(shù)點，因此VW100的真實數(shù)值將為500。西門子CPU224XP型PLC的模擬量輸出規(guī)范中滿量程數(shù)值為32000，所以需要將VW100中的數(shù)值擴大64倍后才能對應(yīng)模擬量的輸出大小，也就是（VW100×64）→AQW0。因此，在變頻器運行時，改變VW100中的數(shù)值，同樣能改變模擬量輸出點AQW0的輸出電壓大小。

3.2 當(dāng)前運行頻率的顯示

變頻器在運行時PLC的模擬量輸入點AIW0會采集到與頻率大小對應(yīng)的模擬電流信號，為了能在觸摸屏上能準(zhǔn)確顯示當(dāng)前的頻率，需要將采集到的模擬量數(shù)據(jù)必須進(jìn)行一系列換算。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，換算出來的數(shù)據(jù)必須為實數(shù)格式，且倍率應(yīng)為270.0，這樣才能將運行頻率實時顯示于觸摸屏上，即將AIW0的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實數(shù)后再除以270.0后再傳送至VD110中，也就是（AIW0轉(zhuǎn)為實數(shù)÷270.0）→VD110，由觸摸屏顯示當(dāng)前的頻率大小。由于系統(tǒng)本身存在的誤差，顯示的頻率誤差在0.1Hz之內(nèi)。

3.3 報警信息的顯示

利用整數(shù)比較指令來判斷初始頻率是否符合要求。若系統(tǒng)未設(shè)置初始運行頻率，即VW100中數(shù)值為0，則M11.0動作，并在觸摸屏上觸發(fā)顯示報警信息“請設(shè)置變頻器運行頻率”。若設(shè)置的初始運行頻率大于50.0Hz，即VW100中數(shù)值大于500，則M11.1動作，并在觸摸屏上觸發(fā)顯示報警信息“設(shè)定頻率超限”。任一報警出現(xiàn)時，系統(tǒng)均不能啟動。

3.4 系統(tǒng)的啟動與反轉(zhuǎn)

觸摸屏上啟動開關(guān)對應(yīng)的地址為M10.0，若系統(tǒng)無報警即M11.0、M11.1均未動作時，則開關(guān)接通時使Q0.4動作，變頻器輸出正向運行頻率。觸摸屏上反轉(zhuǎn)開關(guān)對應(yīng)的地址為M10.1，該開關(guān)動作時能使Q0.5動作，變頻器輸出頻率變?yōu)榉聪颉?/p>

3.5 加/減速功能的實現(xiàn)

觸摸屏上加/減速按鈕對應(yīng)的地址分別為M10.2、M10.3，當(dāng)這兩個按鈕動作時，均能改變VW100中的數(shù)值。加速按鈕M10.2動作時，用整數(shù)加法指令將VW100中的數(shù)值增加50，運行頻率會對應(yīng)上升5.0Hz。減速按鈕M10.3動作時，用整數(shù)減法指令將VW100中的數(shù)值減少100，運行頻率會對應(yīng)下降10.0Hz。為了使系統(tǒng)運行時變頻器運行頻率限制在5Hz~50Hz之間，加速/減速按鈕的動作需要受到一定的限制，即變頻器運行頻率在45.0Hz以上時 （對應(yīng)模擬量輸出數(shù)值28800，采用整數(shù)比較指令判斷），變頻器不可再加速；變頻器運行頻率在15.0Hz以下時 （對應(yīng)模擬量輸出數(shù)值9600，采用整數(shù)比較指令判斷），變頻器不可再減速。

4 結(jié)束語

綜上所述，在PLC模擬量控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)中加入觸摸屏技術(shù)，可以使系統(tǒng)的技術(shù)層次得到一定的提升。首先，PLC輸入輸出點占用量減少；其次，變頻器的運行頻率可以進(jìn)行較為靈活的變化；再次，系統(tǒng)具有更好的擴展性能；最后，觸摸屏能為操作人員提供較為豐富的人機交互界面，使操作人員對系統(tǒng)的運行狀態(tài)有更全面的認(rèn)知。因此，觸摸屏技術(shù)在PLC模擬量控制變頻器的應(yīng)用中具有較高的實用性，適合在工程技術(shù)上進(jìn)行推廣。