基于觸摸屏和PLC實現電動機運行的一種設計

付少華

(重慶機械電子技師學院，重慶 400037)

基于觸摸屏和PLC實現電動機運行的一種設計

付少華

(重慶機械電子技師學院，重慶 400037)

在職業學校的電工學實驗教學中，三相電動機的運行實驗大多是在電力拖動的實驗臺上做的，主要應用硬繼電器、按鈕和導線完成。但是，隨著PLC、觸摸屏、變頻器在日常生活中的應用，中等職業學校在電類教學中也加強了該知識點的要求。本研究應用PLC和觸摸屏實現了對電動機的控制運行，為了節能和提高運行效率，加入了變頻器來控制電機的運行速度。

可編程控制器PLC;觸摸屏;變頻器

一、觸摸屏

(一)觸摸屏的原理

在今天的日常生活中，觸摸屏隨處可見。那什么是觸摸屏呢?觸摸屏是觸摸式圖形在終端上顯示的一種簡稱，或者說是一種人機交互裝置。以電阻式觸摸屏為例，它是利用壓力感應進行控制。它的屏幕由上、下兩層弱導電膜，主要是一塊與顯示器表面配合的電阻薄膜屏。它用一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明的氧化銦導電層，上面再蓋有一層外表光滑防劃、傷面硬化處理的塑料層，在他們之間有許多細小的透明間隔點把兩層氧化銦導電層隔開絕緣。手指觸摸時，兩層導電層就在觸摸點位置處接觸，因其中一側導電層接通Y軸方向的某一電壓的電壓場，使得偵測層的電壓由零變為非零，控制器偵測到這個電壓后，進行模數轉換，并將得到的電壓值與Y軸方向的某一電壓相比即可得觸摸點的Y軸坐標，同樣的原理得出X軸的坐標。這就是電阻觸摸屏的基本原理。

(二)觸摸屏的作用和特點

日常使用的觸摸屏一般通過串行接口與計算機、PLC或其他的外圍設備連接通信，由各個公司專用軟件完成各種畫面的制作和傳輸，來實現圖形操作和顯示終端的功能，在系統控制中，觸摸屏常作為PLC的輸入和輸出設備，在使用中通過相關的設計軟件，可以設計出滿足用戶要求的畫面，實現對控制對象的顯示和相關操作［1］。圖1是觸摸屏的外形。

圖1 觸摸屏的外形

在了解了觸摸屏的外形后，再理解它的各個部分具體功能，如表1。

表1 觸摸屏各個部分具體功能

為了使系統設計的完整化，表2中列出了設計所需的三菱觸摸屏特點。

(三)觸摸屏與電源、PLC、計算機的連接

1)GOT的供電可以由PLC的直流24 V電源供電，可以把觸摸屏背面的電源端口與相應的直流24 V電源連接［2］。連線如圖 2。

表2 本研究設計所需的三菱觸摸屏F940GOT系列特點

圖2 觸摸屏與PLC接線圖

2)觸摸屏與電腦的連接可以用電纜FX-232CAB-1把電腦上的D型9針插孔和GOT側的D型9針插針相連接，如圖3。

圖3 觸摸屏與電腦的接線圖

3)觸摸屏與電腦和PLC的連接

GOT的RS-232C接口與電腦連接，GOT的RS-422接口與plc連接，然后在電腦上用畫面創建與GOT的數據傳輸通信，如圖4。

圖4 GOT與PLC連接圖

二、FX-PCS-DU-C軟件使用的方法

FX-PCS-DU-C是三菱GOT系列觸摸屏的專用編輯軟件，它具有屏幕畫面制作、GOT與DU間的數據傳輸、采樣數據、文件打印通訊等功能。F940GOT-SWD-C使用軟件FX-PCS-DU-C來編輯各種部件，包括顯示部件、數據顯示部件、數據傳輸部件、畫面轉換等［3］。根據三菱公司的工作手冊，具體方法如下:

1)在FX-PCS-DU-C軟件安裝目錄中包含有名為“IMAGES”的文件夾，該文件夾中有很多自帶的圖片可供使用。

2)設定GOT-F904畫面的安全等級。

A．在“畫面清單”對話框中單擊選中要設定安全等級的畫面，并點擊“頂部”按鈕。

B．在“畫面頂部”對話框的“安全”欄中勾選“保護”項，可以設定所選擇畫面的安全等級。在上圖所示的“畫面清單”對話框中以灰色顯示的是系統畫面，用戶可以編輯這些畫面的安全等級，如圖5。

3)設定F930GOT-K和F920GOT-K上功能鍵的用途。

A．在“畫面清單”對話框中單擊選中要設定功能按鍵的畫面，并點擊“鍵”按鈕，此時會顯示如下所示的對話框，如圖6。

圖5 GOT-F904畫面

圖6 功能按鍵的畫面

B．在“部件”菜單中選擇功能鍵的具體用途，如圖7。

圖7 畫面切換

C．在“鍵畫面”對話框中點擊“追加”按鈕可完成功能鍵用途的指定。如圖8。

圖8 追加畫面

圖8所示是在畫面0中將第1個功能鍵的用途指定為切換到畫面1的情形。

4)設定控制F930GOT-BBD-K-C上功能鍵LED顯示的元件。

在DU/WIN軟件中選擇“部件”/“指示器”/“輸出指示器”，并在“輸出指示器”對話框中設定好位元件，則從其開始的連續8個位元件分別對應控制F930GOT-BBD-K-C兩排功能鍵LED的顯示。如圖9。

圖9 輸出指示器畫面

5)設定通過PLC數據寄存器來切換畫面。

A．在“畫面清單”對話框中雙擊“共通畫面”。

B．選擇“部件”，“指示器”，“畫面切換”。

C．在“畫面切換”對話框中，將“條件”選成“平時”，“切換地址”選成“PLC數據寄存器”，則可以通過GOT的控制元件(與FXPLC連接時默認為D0)來切換畫面。

6)在使用DU/WIN軟件進行上下載畫面操作時，提示“終端無響答”或者“接收到非法字符”問題的處理。

圖10 下載畫面操作

三、電機運行控制系統

1)控制具體要求

用觸摸屏來控制電機啟動、停止、正轉、反轉、故障，同時能在觸摸屏上用畫面和文字顯示電機當前的運行狀態。

2)系統接線及構成

電機運行控制系統由PLC、計算機、觸摸屏等組成。觸摸屏選用三菱的GOT940，PLC選用FX2N型，具體電路如圖11。

圖11 電機運行控制電路

3)PLC的程序設計

用M0、M1、M2分別表示觸摸屏的正轉啟動觸摸鍵、停止啟動觸摸鍵、反轉啟動觸摸鍵，M3是內部繼電器，用做觸摸屏字串指示停止/運行，D0是內部繼電器，用做觸摸屏字串庫指示:正轉/反轉/故障的功能。

圖12 PLC的程序設計

4)觸摸屏畫面設計

啟動FX-PCS-DU-C軟件，按照上面程序進行設定后，按照上面軟件使用方法，設計顯示畫面如下:

A．畫面0的制作

主要制作當開機時的初始畫面，按照軟件的使用方法及功能在部件的菜單中用“觸摸按鍵、字串”等命令設置相應的對話框。

B．畫面1的制作

打開畫面1窗口，單擊菜單“部件”菜單中的“觸摸鍵”命令，在彈出的觸摸鍵設置正轉控制觸摸按鍵。然后以同樣的方式設置反轉、停止、切換觸摸按鍵，在菜單欄的部件指示器“字串指示器”，彈出“字串指示器”定義當位元件M0為OFF時直接顯示停止，M0為ON時顯示運行。再單擊“顯示和項目”菜單中的‘字串庫’設置對話框，按要求設置運行內容的字串庫，應當注意的是:PLC程序中使用的子元件應和畫面設置的子元件一致，以達到準確通信的目的。然后進行各個項目的檢查，最后連接GOT，傳輸畫面并進行運行測試。具體畫面如圖13。

圖13 起停控制顯示畫面

5)變頻器的應用

變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的［4］。

為了穩定電動機的運行效果，也為了節能和調速，我們可以加入變頻器來控制電機的運行速度。

利用變頻器選用組合外圍電路，此時變頻器能實現多種運行方式，按照預設定的時鐘、電機的運行頻率、啟動時間及旋轉方向在內部定時器的控制下運行操作，程序運行功能僅當Pr．79=5時才有效。用Pr．200選擇運行時間單元，用Pr．231設定程序開始運行的時鐘基準，旋轉方向、運行頻率、啟動時間可定義為一個點，分為三組，用Pr．200至Pr．230設定，程序運行時可以選擇單個組運行，也可以幾個組運行。這樣我們就可以達到不同速率的運行要求，達到節能和方便的控制效果。

四、電動機運行的實驗結論

在以上設計的基礎上，學生啟動PLC、變頻器和觸摸屏進行運行，變頻器的運行頻率在10 Hz到50 Hz之間，觸摸屏可以控制變頻器的正轉、反轉、停止，輸出頻率監視和任意頻率輸出。此時，既可以通過PLC的按鈕控制電動機的運行情況，也可以通過觸摸屏的按鈕控制電動機的正、反轉。當改變變頻器頻率時，電動機的轉速發生變化，如果頻率從50 Hz改變到20 Hz時，電動機的轉速明顯變慢。這也使得中等職業學校的學生在該知識點的掌握上直觀、明顯，收到很好的教學效果。

［1］王成福．可編程序控制器及其應用［M］．北京:機械工業出版社，2005．

［2］廣東省電工新技術實訓指導編審組．電工新技術實訓指導［M］．2008．

［3］三菱電機FX系列特殊功能模塊用戶手冊［M］．2005．

［4］電工新技術［M］．中國勞動社會保障出版社，2007．

(責任編輯 張佑法)

G712

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1007－7111(2012)06－0052－04

2012－04－30

付少華(1979—)，男，碩士研究生，講師，研究方向:微機電系統應用、視頻采集與實時傳輸。