西門子PLC、變頻器和觸摸屏在電機多段調速控制中的應用

陶肖

摘 要：隨著電氣自動化行業的不斷發展，PLC、變頻器與觸摸屏應用日益廣泛，常用的多段調速控制系統就是這三者結合的典型應用。文章將介紹使用西門子PLC、變頻器、觸摸屏構成的電機多段調速控制系統，該系統界面簡潔，操作方便。

關鍵詞：西門子；PLC；變頻器；觸摸屏；組態

1 多段調速系統的控制說明

工業控制領域中常用到多段速度控制生產設備，在設備控制屏上選擇控制模式，PLC進行信息處理后變頻器將控制電機以用戶指定方式運轉。本控制系統中觸摸屏作為上位機，主要進行控制方式的選擇和電機轉速的監控，運行系統時先在Smart 700 IE觸摸屏上選擇自動或手動方式，自動模式下電機按速度1到速度8循環運行，手動模式下通過調速開關1、開關2、開關3的組合選擇不同速度；PLC作為下位機，讀取輸入信號并進行相關處理，然后輸出信號給變頻器數字輸入端；變頻器是執行機構，直接控制電機頻率變化，可通過變頻器參數設置各運行頻率的具體值。

2 多段調速控制的PLC設計

本系統設有自動、手動、開關1、開關2、開關3共5個開關，即5個輸入量，調速用變頻器數字輸入端共3個，即3個輸出量，故選擇西門子公司S7-200 CPU 224CN型號的PLC，采用STEP7 MicroWIN SP3軟件編程[1]。本程序中設置I0.0、I0.1為觸摸屏上自動、手動按鈕，I0.2-I0.4為手動模式下組合選擇開關，Q0.0-Q0.2為輸出量，三者組合的BCD碼為對應速度編號。自動模式時本設計通過定時器組成一脈沖發生器，用計數器進行計數，計數器不同值對應不同速度[2]。

3 多段調速控制的組態設計

西門子Smart 700 IE觸摸屏面積小、分辨率高、處理器性能好、支持多種通訊方式、傳輸速度快，能與S7-200 PLC組成良好的人機交互平臺，可使用WinCC flexible 2008 SP4 中文版進行組態[3]。

3.1 創建項目

打開WinCC flexible 2008 SP4 中文版軟件，進入初始界面后可選擇“使用項目向導創建一個新項目”快速進行項目創建及組件選型。HMI設備設置為Smart 700，控制器為SIMATIC S7-200。

3.2 建立連接

選擇項目工具欄內“連接”快捷按鈕可快速建立一新連接，如圖1所示，設置連接名稱、通訊驅動程序及其他相關參數：Smart 700 接口為IF1 B，作為主站分配地址為1，S7-200 為從站，地址為2，兩者通訊采用PPI網絡，波特率與PLC系統塊設置相同為9.6 kbps，其余為默認值。

3.3 定義變量

單擊項目管理窗口內“變量”可進入變量管理器界面，在變量表內設置與PLC I/O分配相同的變量。

3.4 組態畫面

項目生成時已自動建立一名“起始畫面”的空白畫面，可直接在該畫面內組態界面，屬性對話框也會自動切換至畫面屬性設置[4]。控制系統5個開關可使用工具面板內開關選項進行組態，本設計還在畫面中通過表格的形式列出了手動狀態下3個組合開關的狀態及其對應的電機轉速，并通過設置其他顏色突出電機當前狀態的轉速。

3.5 項目仿真

界面組態完畢需進行編譯，編譯無誤后可使用WinCC flexible自帶仿真器進入系統模擬運行，在變量表內可設置各變量數值。

3.6 傳送項目

用PC/PPI線纜連接電腦與Smart 700 IE，打開觸摸屏選擇“Control Panel”，設置串口為“enable”狀態。再次進入初始界面選擇“Transfer”，同時在WinCC flexible中選擇項目傳輸，兩端通訊成功即開始傳送項目，傳送完成后觸摸屏會直接打開剛裝載的組態畫面[5]。

4 多段調速控制的變頻器參數設置

本系統控制變頻器采用西門子公司MM420型號變頻器，該變頻器操作簡單實用，適用于OEM行業的中小功率變速驅動系統，如紡織、印刷、包裝行業的水泵、風機和傳送帶系統驅動裝置等[6]。

4.1 恢復變頻器工廠缺省值（如表1）

4.2 設置電動機參數（如表2）

設置完成后，使P0010=0，變頻器處于準備狀態，即可進入運行。

4.3 設置數字輸入控制端口開關操作運行參數（如表3）

4.4 變頻器與PLC聯機調試

用外部開關連接PLC輸入端通過輸出控制變頻器，檢查輸出頻率是否符合設計要求。

5 多段調速控制系統調試

用RS-485通訊線纜連接S7-200和Smart 700 IE，PLC輸出端直接連接變頻器數字輸入端口，啟動觸摸屏、變頻器，并將S7-200置于運行狀態，通過觸屏控制系統運行，檢查是否符合控制要求。

6 結束語

本系統為一小型多段變頻調速控制系統，控制界面方便簡潔，操作簡單，并能對當前狀態進行實時監控，方便使用者及時了解電機當前運轉狀態。

參考文獻

[1]西門子公司.S7-200可編程序控制器系統手冊[M].2007.

[2]廖常初.S7-200 PLC編程及應用[M].北京：機械工業出版社，2007.

[3]西門子公司.Smart 700 IE、Smart 1000 IE操作說明[Z].2013.

[4]西門子公司.WinCC flexible 2008軟件手冊[Z].2008.

[5]廖常初，陳曉東.西門子人機界面觸摸屏組態與應用技術第2版[M].北京：機械工業出版社，2008.

[6]西門子公司.MICROMASTER 420入門指南[Z].2013.