基于ＨＭＩ與ＰＬＣ的變頻調速系統的設計

摘 要：介紹了觸摸屏在交流變頻調速系統的應用與發展，闡述了應用于實驗室教學活動中的觸摸屏在可編程控制器(PLC)控制變頻器完成多段速和無級調速兩種速度控制模式中的應用。實際運行證明，該系統成本低，運行可靠，柔性強，響應速度快，安全性較高，對學生掌握工控中簡單系統的建立有著很好的啟發作用，具有很好的教學效果。

關鍵詞：PLC;HMI;變頻器;無級調速;多段調速

中圖分類號：TP23文獻標識碼：B文章編號：1004373X(2008)1910502

Frequency Conversion Speed Regulation System Based on HMI and PLC

LI Shiwei1，2，ZHENG Ping2，SHAO Zihui2，LIU Jun2，REN Fang2，REN Fengjuan2

(1.North University of China，Taiyuan，030051，China;2.School of Electrical Information Engineering，Xihua University，Chengdu，610039，China)

Abstract：Application and development of touch screen in speed regulation system，HMI application in two speeding- control model，multi-speeding operation and step-less speeding operation with PLC controlling inverter are elaborated，which system is used in laboratory education.It is proved by real running that this system has low cost，good degree of reliability，soft quality，quickly response and high security.It has good enlightened effect for students to know how to build a simple system in industrial control，and reaches good teaching effect.

Keywords：PLC;HMI;inverter;step-less speed operation;multi-speed operation

收稿日期：20080320

基金項目：四川省精品課程建設項目《可編程控制器原理及應用》(項目編號XHJP060102)

隨著國內自動化技術方面的發展，人機界面HMI產品越來越受到人們的關注。人機界面能夠取代傳統的控制面板功能，從而達到節省PLC的I/O模組、按鈕開關、數字設定、指示燈等的目的，觸摸屏監控平臺作為交流變頻調速系統的人機交互界面，在未來的工業領域將會不斷得到普及，特別是隨著可編程控制器在工業控制中占據越來越重要的位置，以及工業現場對設備小型化，易操作化的要求的不斷提升，觸摸屏技術的應用前景將越來越受到重視。本文提出了一種基于HMI和PLC的調速系統的設計方法，經驗證，控制效果良好。

1 系統組成與連接

1.1 系統組成

本系統主要包括以下三個模塊：人機交互模塊、可編程控制模塊、變頻器調節模塊。

1.1.1 人機交互模塊

此模塊建立的主要工作包括觸摸屏的選擇，上位機交互界面設計、觸摸屏與PC的通信及觸摸屏與PLC的通信設計。此處使用的是三菱F940GOT-LWD-C型觸摸屏。

1.1.2 可編程控制模塊

該模塊作為系統控制核心，是觸摸屏指令的執行中樞和變頻器的指令觸發機構。此處使用的是日本三菱微型可編程控制器MELSEC-F的FX2N系列中FX2N-32MR型可編程控制器。

1.1.3 變頻器調節模塊

此模塊為控制執行模塊的前端，連接電機以實現對電機的多段調速和無級調速控制。系統連接框圖如圖1所示。

1.2 系統的連接

1.2.1 觸摸屏與PLC之間的連接與通信

觸摸屏的電源由PLC提供，為24 V DC的直流電源，PLC的COM端接觸摸屏的“24 V負”，PLC的“24 V正”接觸摸屏的“24 V正”，觸摸屏同時也要接地；PC與觸摸屏的通信通過RS 232C通信電纜通過串口通信的方式實現，連接完成后將電腦上制作好的用戶畫面傳至觸摸屏，完成PC與觸摸屏的通信；PC與PLC通信通過一條SC-90電纜線實現，連接完成后再將PC機上編制好的梯形圖程序下載至PLC。觸摸屏與PLC的通信是通過FX-50DU-CABO型連接用電纜來實現。

1.2.2 PLC與變頻器的連接

通過PLC對變頻器的控制，實現電機的兩種控制模式，即多段調速及無級調速。如圖2所示，FX2N-32MR的Y001～Y004作為控制輸出端，直接與變頻器的多功能輸入端連接，實現多段調速控制，通過RS 485通信直接將調速指令發給變頻器完成無級調速^［2］。

2 軟件設計

2.1 觸摸屏軟件設計

觸摸屏人機交互界面的開發平臺，采用三菱公司的FX-PCS-DU-WIN-C編程軟件，該軟件類似于組態軟件，不用編制程序，只須將相關元件拖到預先定義的畫面上，根據需要設置相關參數、合理配置地址即可完成操作。FX-PCS-DU-WIN-C編程軟件的運行環境一般是在計算機上，因此，利用觸摸屏自帶的RS 232接口與PC機RS 232串型接口通信，可以將設計完成后的人機交互界面下載到觸摸屏。觸摸屏上電后(使用24 V電源，可由PLC直接供給)直接進入所設計的畫面，操作人員可以根據需要直接通過人機交互的方式，對下位機PLC進行控制和監視^［6］。交互界面如圖3所示。

其中，對于多段調速界面，此處設置了七種轉速選擇觸摸鍵位，正反轉各一個觸摸鍵位，啟動停止各一個鍵位；無級調速界面中，為了便于理解，給出系統框圖，設置了正反轉觸摸鍵位各一個，輸入頻率框和輸出頻率框各一個，寫入和讀取控制按鍵各一個。當輸入頻率寫入輸入框后，需要按動寫入按鍵，將頻率寫入PLC，通過PLC發送到變頻器進行控制。按動讀取鍵位時，變頻器的實時運行頻率顯示在輸出頻率框內。

2.2 PLC軟件設計

PLC軟件設計主要包括兩大部分，即：PLC與觸摸屏的通信程序設計，通過在FX-PCS-DU-WIN-C軟件中建立觸摸鍵與PLC繼電器的通道連接既可完成，即在設計觸摸屏界面時編制完畢；PLC與變頻器的通信程序設計，通過控制PLC輸出寄存器的高低電平，來設置變頻器RH、RM、RL的控制組合方式，通過對輸出電平的控制實現對電機的多段速調速輸出，程序流程如圖5所示；在無級調速中，PLC響應觸摸屏的按鍵動作，按照與觸摸屏的通道設置，通過RS 485通訊模式從變頻器讀取數據和向變頻器寫入數據來改變變頻器的運行頻率，從而控制電機的轉速，以達到對電機實現無級調速的目的。程序流程如圖6所示。

3 結 語

基于 HMI和PLC的變頻調速系統，使操作過程更為簡便，實現了控制過程的智能化與可視化，提高了系統的可靠性，優化了PLC 控制系統的實時操作性能，達到了節省 PLC的 I/O模組、按鈕開關、數字設定、指示燈等的目的，為現場操作人員對運行過程的實時監控和維護帶來了方便。 同時，本系統作為實驗室試驗系統的子系統之一，將理論與實際相結合，對學生掌握相關理論，提高動手能力，有著很好的指導意義和現實意義，提高了學生的感性認識和理性思維，并在實際應用中得到了較好的反饋。

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作者簡介 李世偉 男，1980年出生，碩士，助教，西華大學電氣信息學院2005級研究生。主要研究方向為網絡控制技術。

鄭 萍 女，1957年出生，本科，教授。主要研究方向為網絡控制技術。