孟志剛，劉麗芳（開封大學電子電氣工程學院，河南開封，475004）

基于PLC和觸摸屏實現(xiàn)模擬量控制電機調(diào)速

孟志剛，劉麗芳
（開封大學電子電氣工程學院，河南開封，475004）

本文介紹基于S7-200PLC、MM420變頻器和西門子SMART LINE 觸摸屏實現(xiàn)模擬量控制電機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計。該設(shè)計的控制方式分為本地控制和遠程控制兩種方式，可以通過機械按鈕和觸摸屏對電機的頻率進行加1或減1控制，此系統(tǒng)采用兩種控制方式可提高系統(tǒng)運行的可靠性，同時控制程序簡單、實用。

PLC ；變頻器； 觸摸屏； 組態(tài)

1　模擬量控制電機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的說明

在一些工業(yè)領(lǐng)域常用到一些模擬量控制電機轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)設(shè)備，而通過變頻器來改變電機的頻率是最常用的方法。本設(shè)計中要求用模擬量來控制電機以10～50HZ的頻率運行，觸摸屏作為上位機，有啟動、停止、加速、減速按鈕，運行指示燈，運行頻率顯示；PLC作為下位機，讀取輸入信號并進行處理，輸出端給變頻器的數(shù)字量輸入端，控制變頻器的啟動，而擴展模塊EM235輸出0～10V電壓給變頻器的模擬輸入端；變頻器作為執(zhí)行機構(gòu)直接控制電機的頻率，從而控制電機的轉(zhuǎn)速。

2　模擬量控制電機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計

本設(shè)計中采用S7-200PLC、西門子MM420變頻器和西門子SMART LINE 觸摸屏來實現(xiàn)模擬量控制電機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計。其接線圖如下圖1所示

3　模擬量控制電機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)PLC設(shè)計

3.1PLC輸入/輸出設(shè)備

根據(jù)模擬量控制交流電機開環(huán)調(diào)速PLC系統(tǒng)的控制要求，本設(shè)計中有啟動、停止、加速和減速按鈕、一個本地或遠程的選擇按鈕共 5個輸入端；輸出端有運行指示燈、數(shù)字量控制變頻器的開關(guān)、變頻器模擬控制端共3個端口，其中指示燈需接5V的直流電源，而變頻器的數(shù)字驅(qū)動端需接220V的交流電源，兩個PLC輸出端Q應分在不同段上。輸入/輸出端口地址分配見下表1。

圖2　-1 模擬量控制電機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的接線圖

表1　輸入/輸出地址分配表

3.2PLC程序設(shè)計

本設(shè)計中選用S7-200系列PLC，CPU224XP，有14個輸入端，10個輸出端，可帶7個擴展模塊。CPU224XP本身沒有模擬量端口，用擴展塊EM235給出模擬量， EM235有四路模擬量輸入，一路模擬量輸出，可以是-10V～+10V的電壓量，也可以是0～20mA的電流量。

本設(shè)計中采用特殊標志位SM0.5和計數(shù)器進行加/減速，計數(shù)脈沖40次，由于要求電機以10～50HZ的頻率運行，變化范圍為40HZ正好與40次脈沖對應，于是計數(shù)器每增1或減1，頻率變化1HZ。S7-200PLC系列CPU擴展模塊EM235在本設(shè)計中的輸出電壓為單極性0～10V的模擬量，對應內(nèi)部數(shù)字量為32000，所以頻率值與數(shù)字量的關(guān)系相差640倍。編程時就需將計數(shù)器當前值加十再乘以640就得到需要轉(zhuǎn)化為模擬電壓的數(shù)字量，然后再賦值給AQW0。

為了簡化程序的長度，本設(shè)計由一個主程序和兩個子程序組成

（a） 主程序--調(diào)用子程序，并進行算數(shù)計算。

圖2　電機開環(huán)調(diào)速主程序

（b） 子程序2—遠程控制

圖2　遠程控制

本地控制子程序1與遠程控制程序類似，只需把M1.0與M1.I改為I0.1和I0.2即可。

4　西門子MM420變頻器參數(shù)設(shè)置

本設(shè)計中選用西門子MM420，是德國西門子公司出品的廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場的多功能標準變頻器，它既可用于單機驅(qū)動系統(tǒng)，也可用于自動化集成系統(tǒng)中，是S7—200PLC的理想配套設(shè)備。被控對象為WDJ16-1型三相交流異步電機，變頻器參數(shù)設(shè)定如表2所示：

5　西門子觸摸屏畫面的組態(tài)

人機界面是在操作人員和機器設(shè)備之間做雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、指示燈、圖形、IO域、數(shù)字等來處理、監(jiān)控、管理即時信息的顯示屏幕。本設(shè)計中選用了SIMATIC Win Cc flexible 2008軟件組態(tài)畫面。

1.新建一個Smart 700項目，建立連接—SIMATIC S7 200，網(wǎng)絡(luò)配置文選擇MPI，其他參數(shù)不變。

2.設(shè)置變量

3.組態(tài)畫面

編譯并下載至觸摸屏，觸摸屏與PLC之間通訊連接。

6　小結(jié)

本文給出了一個基于PLC、變頻和觸摸實現(xiàn)模擬量控制電機轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖，PLC語句表，變頻器相關(guān)參數(shù)設(shè)定值以及觸摸屏的組態(tài)過程和畫面。本系統(tǒng)能對電機運行頻率進行實時監(jiān)控，方便使用者了解電動機運行狀態(tài)。

［1］廖常初. S7-200PLC編程及應用［M］.常北京：機械工業(yè)出版社，2007

［2］侯寧.基于任務(wù)引領(lǐng)的S7-200應用實例［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2014

［3］ 西門子公司. Micro Master 420入門指南［Z］，2013

［4］ 西門子SMART700_觸摸屏的使用說明書［Z］，2008

The realization of Analog motor open loop speed control based on PLC and Siemens touch screen

Meng Zhigang，Liu Lifang
（School of electrical and electronic engineering kaifeng university，Kaifeng Henan，475004）

The design of the Analog motor open loop speed control system based on S7-200PLC、MM420 Inverter and Siemens SMART LINE touch screen is introduced.The design consists of local control and remote control，it enables to improve the reliability of the system. The control system is simple and practical.

PLC；Inverter；touch screen；Configuration

表2　模擬量控制模式參數(shù)設(shè)定表

TP

A

孟志剛（1983-），男，河南安陽人，碩士研究生。研究方向：傳感與檢測技術(shù)、單片機控制。