云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院 郭俊梅 溫成卓

1 系統(tǒng)控制要求

本系統(tǒng)有兩種控制模式。本地運(yùn)行模式，按下啟動(dòng)按鈕SB1，電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。利用PLC本身的模擬量輸出端子可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)0-50Hz運(yùn)行，按下停止按鈕SB2電機(jī)停轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)程運(yùn)行模式，在觸摸屏上按下啟動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，按下停止按鈕實(shí)現(xiàn)電機(jī)停止運(yùn)行，在觸摸屏的頻率輸入域中輸入0-50Hz之間的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行速度控制。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件選型

本設(shè)計(jì)中采用西門子S7-1200PLC系列的1214C DC/DC/DC訂貨號(hào)為6ES7 214-1AG31-0XB0型號(hào)的PLC作為控制器，添加訂貨號(hào)為6ES7 232-4HA30-0XB0的信號(hào)板，此信號(hào)板自帶一路12位的模擬量輸出信號(hào)，信號(hào)板可以輸出的0-10V的模擬量電壓信號(hào)。MM420變頻器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，接受來自信號(hào)板的0-10V的模擬量電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)在0-50HZ運(yùn)行，觸摸屏選用西門子精簡(jiǎn)系列的KTP600，訂貨號(hào)為6AV6 647-0AD11-3AX0。

2.2 系統(tǒng)I/O分配表

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，進(jìn)行I/O分配。I/O分配表如表1所示。

表1 系統(tǒng)I/O分配表

2.3 系統(tǒng)外部接線圖

本控制功能實(shí)現(xiàn)基于S7-1200PLC、MM420變頻器、KTP600觸摸屏、三相異步電動(dòng)機(jī)，系統(tǒng)外部接線圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)外部接線圖

2.4 本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

“TIA博途”是全集成自動(dòng)化軟件TIA portal的簡(jiǎn)稱，英語全稱是Totally Integrated Automation Portal，是西門子工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)發(fā)布的一款全新的全集成自動(dòng)化軟件。它是業(yè)內(nèi)首個(gè)采用統(tǒng)一的工程組態(tài)和軟件項(xiàng)目環(huán)境的自動(dòng)化軟件，幾乎適用于所有自動(dòng)化任務(wù)。也就是說，它既是一套面向編程人員的編程工具，又是一套面向用戶的可視化軟件，集成了傳統(tǒng)的西門子STEP7和WINCC的功能，可以更加直觀、高效、快速的進(jìn)行自動(dòng)化項(xiàng)目的開發(fā)。借助該全新的工程技術(shù)軟件平臺(tái)，用戶能夠快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化系統(tǒng)。TIA博途作為一切未來軟件工程組態(tài)包的基礎(chǔ)，可對(duì)西門子全集成自動(dòng)化中所涉及的所有自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)行組態(tài)、編程和調(diào)試。由于采用了全集成的技術(shù)，所以博途軟件也相當(dāng)大，約30G，所以對(duì)電腦的要求也高，至少需要i系列處理器、8G內(nèi)存和SSD固態(tài)硬盤才能夠流暢運(yùn)行，這也導(dǎo)致了很多用戶只用博途來開發(fā)PLC和觸摸屏，而不作為可視化界面提供給用戶使用。

本系統(tǒng)控制程序是基于TIA Portal V16編程軟件開發(fā)的。部分控制程序如圖2所示。

圖2 控制程序

3 MICROMASTER420參數(shù)設(shè)置

MICROMASTER420是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列。本系列有多種型號(hào)，從單相電源電壓，額定功率120W到三相電源電壓，額定功率11KW可供用戶選用。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件，因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。MICROMASTER420具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動(dòng)裝置。由于MICROMASTER420具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。MICROMASTER 420既可用于單機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也可集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中。

MICROMASTER420變頻器主要特點(diǎn)是易于安裝、易于調(diào)試、參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對(duì)廣泛的應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行配置等。

MICROMASTER420變頻器是把電源頻率為50HZ的變換成各種頻率的電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)變速運(yùn)行的電氣設(shè)備。使用BOP面板對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。變頻器主要參數(shù)設(shè)置如下：P700=1；P1000=2。

4 觸摸屏畫面的開發(fā)

人機(jī)界面簡(jiǎn)稱為HMI，在控制領(lǐng)域，HMI一般特指用于操作人員與控制系統(tǒng)之間進(jìn)行對(duì)話和相互作用的專用設(shè)備。人機(jī)界面按工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境應(yīng)用來設(shè)計(jì)，它是PLC的最佳搭檔。

人機(jī)界面的主要任務(wù)：

（1）動(dòng)態(tài)顯示過程數(shù)據(jù)和開關(guān)量的狀態(tài)。

（2）用圖形界面來控制過程，用按鈕控制設(shè)備，修改參數(shù)。

（3）顯示報(bào)警和數(shù)據(jù)記錄，打印報(bào)表和報(bào)警記錄。

（4）配方管理。

本控制系統(tǒng)采用西門子的精簡(jiǎn)系列人機(jī)界面，精簡(jiǎn)面板具有基本的功能，有較高的性價(jià)比。觸摸屏選用西門子精簡(jiǎn)系列的KTP600，訂貨號(hào)為6AV6 647-0AD11-3AX0。這款觸摸屏大小為5.7’’TFT顯示屏，320×240px，256色；具備按鍵和觸摸操作，6個(gè)功能鍵，自帶了1×PROFINET，用于和控制器PLC 1200進(jìn)行以太網(wǎng)通訊。

HMI用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)畫面和實(shí)現(xiàn)與PLC的通信。不同廠家的人機(jī)界面和組態(tài)軟件互不兼容。本系統(tǒng)采用博途中的WinCC用于西門子HMI和PC組態(tài)。它易于上手，功能強(qiáng)大。帶有豐富的圖庫，支持多語言組態(tài)和多語言運(yùn)行。組態(tài)主要畫面如圖3所示。

圖3 觸摸屏換畫面

小結(jié)：實(shí)驗(yàn)證明按照上述方法操作完成后，進(jìn)入PLC界面，創(chuàng)建項(xiàng)目，開發(fā)程序，并進(jìn)行編譯下載。利用觸摸屏來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，可以直接觀察到變頻器輸出的連續(xù)頻率以及對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度的變化。本系統(tǒng)為一小型變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單，且能對(duì)電機(jī)運(yùn)行頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，本控制系統(tǒng)是PLC、變頻器與觸摸屏三者結(jié)合的典型，將會(huì)被廣泛應(yīng)用。