朱 曦

（江蘇省常州技師學院，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行控制，由于模擬量可以平滑地調整，因此變頻器也可以實現近似于無級調速的平滑調速，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速系統(tǒng)中融入觸摸屏技術，可以實現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，技術層次得到了較大的提高。

1 系統(tǒng)設計

1.1 主要設備

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；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PLC的輸出點Q0.5動作時，即對變頻器發(fā)出反轉控制命令。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。

觸摸屏上設置系統(tǒng)啟動開關、反轉切換開關、加速按鈕和減速按鈕。啟動開關閉合時，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。反轉切換開關動作時，電動機反向旋轉。啟動開關斷開后，電動機停轉。在系統(tǒng)運行過程中，觸摸屏上能實時顯示變頻器的當前運行頻率。

1.4 變頻器參數設置

變頻器參數恢復工廠設置后，只需按系統(tǒng)需要改變P1120、P1121（斜坡上升、下降時間），其余參數均保持默認狀態(tài)，即可進行運行調試。

2 觸摸屏人機界面的設計

按照上述控制要求，設計觸摸屏人機界面，該人機界面中主要元件的設置如下：

初始頻率：VW100，數值輸入元件，十進制格式，小數點一位

當前頻率：VD110，數值顯示元件，單精度浮點數格式，小數點一位

報警信號：M11.0，“初始頻率未設定”報警；M11.1，“初始頻率超限”報警

啟動開關：M10.0，切換開關

反轉開關：M10.1，切換開關

加速按鈕：M10.2，復歸型開關

減速按鈕：M10.3，復歸型開關

3 控制程序設計方法

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

3.2 當前運行頻率的顯示

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的模擬電流信號，為了能在觸摸屏上能準確顯示當前的頻率，需要將采集到的模擬量數據必須進行一系列換算。經過現場調試，換算出來的數據必須為實數格式，且倍率應為270.0，這樣才能將運行頻率實時顯示于觸摸屏上，即將AIW0的數值轉換為實數后再除以270.0后再傳送至VD110中，也就是（AIW0轉為實數÷270.0）→VD110，由觸摸屏顯示當前的頻率大小。由于系統(tǒng)本身存在的誤差，顯示的頻率誤差在0.1Hz之內。

3.3 報警信息的顯示

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

3.4 系統(tǒng)的啟動與反轉

觸摸屏上啟動開關對應的地址為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。觸摸屏上反轉開關對應的地址為M10.1，該開關動作時能使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

觸摸屏上加/減速按鈕對應的地址分別為M10.2、M10.3，當這兩個按鈕動作時，均能改變VW100中的數值。加速按鈕M10.2動作時，用整數加法指令將VW100中的數值增加50，運行頻率會對應上升5.0Hz。減速按鈕M10.3動作時，用整數減法指令將VW100中的數值減少100，運行頻率會對應下降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 （對應模擬量輸出數值28800，采用整數比較指令判斷），變頻器不可再加速；變頻器運行頻率在15.0Hz以下時 （對應模擬量輸出數值9600，采用整數比較指令判斷），變頻器不可再減速。

4 結束語

綜上所述，在PLC模擬量控制變頻器調速系統(tǒng)中加入觸摸屏技術，可以使系統(tǒng)的技術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)有更全面的認知。因此，觸摸屏技術在PLC模擬量控制變頻器的應用中具有較高的實用性，適合在工程技術上進行推廣。