基于PLC和觸摸屏的電機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

田磊　吳靜　蔣東　張明偉　任興　錢盈盈　陳夾夾

摘 要：文章以西門子S7-200系列PLC的CPU224XP作為核心控制處理器，以西門子SMART700觸摸屏作為人機交互界面，通過人機交互界面對電動機的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視及控制，完成電動機的啟停、變頻調(diào)速、正反轉(zhuǎn)運行。實驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、運行可靠、控制精度較高。

關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；變頻調(diào)速

引言

PLC以其編程簡單方便、控制穩(wěn)定可靠、功能強大等優(yōu)點通常作為控制器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域，觸摸屏作為人機交互界面在一定程度上減少PLC的外部I/O點的使用以及減輕系統(tǒng)外部按鈕開關(guān)的連線復(fù)雜程度，同時也提高了運行維護(hù)的方便性。本設(shè)計選擇西門子PLC的CPU224XP為核心控制處理器，西門子SMART700觸摸屏，通過PLC、觸摸屏軟、硬件設(shè)計與調(diào)試，在實驗室實現(xiàn)三相異步電動機的啟停、變頻調(diào)速、正反轉(zhuǎn)運行。

1 系統(tǒng)設(shè)計總體方案

電機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，計算機下載程序到PLC和觸摸屏，通過觸摸屏輸入指令，PLC將信號傳給變頻器，由變頻器實現(xiàn)三相異步電動機的啟停、變頻調(diào)速、正反轉(zhuǎn)運行。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 硬件的選擇

PLC型號為西門子14輸入10輸出的CPU224XP，可連接7個擴展模塊，6個獨立的高速計數(shù)器（100KHz），2個100KHz的高速脈沖輸出，2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力，能夠滿足變頻調(diào)速的要求。SMART700觸摸屏分辨率較高，具備強大的通信能力，它可以同西門子PLC之間進(jìn)行通訊，并且為用戶提供一個友好的界面，便于用戶對控制系統(tǒng)中的設(shè)備運行情況進(jìn)行監(jiān)控和控制。變頻器選擇西門子MICROMASTER440，是專門針對與通常相比需要更加廣泛的功能和更高動態(tài)響應(yīng)的應(yīng)用而設(shè)計的，具有快速響應(yīng)輸入和定位減速斜坡功能，是實現(xiàn)變頻調(diào)速的主要部件，三相異步電動機選擇功率為750W。

2.2 硬件電路設(shè)計

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 PLC程序設(shè)計

3.1.1 PLC程序流程圖

PLC經(jīng)初始化后，可通過觸摸屏和外部按鈕發(fā)出信號，經(jīng)變頻器控制電機的啟停、正反轉(zhuǎn)、加速和減速，當(dāng)完成指令之后，一個周期結(jié)束，PLC的流程圖如圖3所示。

3.1.2 PLC具體程序

3.2觸摸屏設(shè)計

人機界面采用西門子SMART700觸摸屏，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，本設(shè)計通過Wicc組態(tài)軟件完成，如圖5所示。

4 結(jié)束語

PLC和觸摸屏的電機變頻調(diào)速控制設(shè)計打破了傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制電路的復(fù)雜接線，通過觸摸屏可以直觀的觀察到電機的運行狀態(tài)，可以控制電機的啟停、變頻調(diào)速、正反轉(zhuǎn)運行，不僅使運行和維修變得簡單方便，而且提高了可靠性。同時，在遼寧工業(yè)大學(xué)電力自動化創(chuàng)新實驗室里進(jìn)行實驗驗證，達(dá)到了預(yù)期的效果，也驗證方案的可行性。

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*通訊作者：吳靜（1976，5-），碩士研究生，副教授，遼寧工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院教師，研究方向：電氣控制和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，單位：遼寧工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院。