基于S7-1200PLC、MM420變頻器、觸摸屏實現(xiàn)電機模擬信號調(diào)速

云南機電職業(yè)技術(shù)學院電氣工程學院 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。本地運行模式，按下啟動按鈕SB1，電機啟動運行。利用PLC本身的模擬量輸出端子可以實現(xiàn)電機0-50Hz運行，按下停止按鈕SB2電機停轉(zhuǎn)。遠程運行模式，在觸摸屏上按下啟動按鈕實現(xiàn)電機啟動運行，按下停止按鈕實現(xiàn)電機停止運行，在觸摸屏的頻率輸入域中輸入0-50Hz之間的數(shù)值，實現(xiàn)電機運行速度控制。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)硬件選型

本設計中采用西門子S7-1200PLC系列的1214C DC/DC/DC訂貨號為6ES7 214-1AG31-0XB0型號的PLC作為控制器，添加訂貨號為6ES7 232-4HA30-0XB0的信號板，此信號板自帶一路12位的模擬量輸出信號，信號板可以輸出的0-10V的模擬量電壓信號。MM420變頻器為執(zhí)行機構(gòu)，接受來自信號板的0-10V的模擬量電壓信號實現(xiàn)電機在0-50HZ運行，觸摸屏選用西門子精簡系列的KTP600，訂貨號為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

本控制功能實現(xiàn)基于S7-1200PLC、MM420變頻器、KTP600觸摸屏、三相異步電動機，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)程序設計

“TIA博途”是全集成自動化軟件TIA portal的簡稱，英語全稱是Totally Integrated Automation Portal，是西門子工業(yè)自動化集團發(fā)布的一款全新的全集成自動化軟件。它是業(yè)內(nèi)首個采用統(tǒng)一的工程組態(tài)和軟件項目環(huán)境的自動化軟件，幾乎適用于所有自動化任務。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、快速的進行自動化項目的開發(fā)。借助該全新的工程技術(shù)軟件平臺，用戶能夠快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動化系統(tǒng)。TIA博途作為一切未來軟件工程組態(tài)包的基礎，可對西門子全集成自動化中所涉及的所有自動化和驅(qū)動產(chǎn)品進行組態(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大，約30G，所以對電腦的要求也高，至少需要i系列處理器、8G內(nèi)存和SSD固態(tài)硬盤才能夠流暢運行，這也導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)設置

MICROMASTER420是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。本系列有多種型號，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，因而降低了電動機運行的噪聲。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。MICROMASTER420具有缺省的工廠設置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動裝置。由于MICROMASTER420具有全面而完善的控制功能，在設置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機控制系統(tǒng)。MICROMASTER 420既可用于單機驅(qū)動系統(tǒng)，也可集成到自動化系統(tǒng)中。

MICROMASTER420變頻器主要特點是易于安裝、易于調(diào)試、參數(shù)設置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應用對象進行配置等。

MICROMASTER420變頻器是把電源頻率為50HZ的變換成各種頻率的電源，以實現(xiàn)電機變速運行的電氣設備。使用BOP面板對變頻器參數(shù)進行設置。變頻器主要參數(shù)設置如下：P700=1；P1000=2。

4 觸摸屏畫面的開發(fā)

人機界面簡稱為HMI，在控制領(lǐng)域，HMI一般特指用于操作人員與控制系統(tǒng)之間進行對話和相互作用的專用設備。人機界面按工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境應用來設計，它是PLC的最佳搭檔。

人機界面的主要任務：

（1）動態(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，用按鈕控制設備，修改參數(shù)。

（3）顯示報警和數(shù)據(jù)記錄，打印報表和報警記錄。

（4）配方管理。

本控制系統(tǒng)采用西門子的精簡系列人機界面，精簡面板具有基本的功能，有較高的性價比。觸摸屏選用西門子精簡系列的KTP600，訂貨號為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個功能鍵，自帶了1×PROFINET，用于和控制器PLC 1200進行以太網(wǎng)通訊。

HMI用組態(tài)軟件設計畫面和實現(xiàn)與PLC的通信。不同廠家的人機界面和組態(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，功能強大。帶有豐富的圖庫，支持多語言組態(tài)和多語言運行。組態(tài)主要畫面如圖3所示。

圖3 觸摸屏換畫面

小結(jié)：實驗證明按照上述方法操作完成后，進入PLC界面，創(chuàng)建項目，開發(fā)程序，并進行編譯下載。利用觸摸屏來實現(xiàn)人機交互，可以直接觀察到變頻器輸出的連續(xù)頻率以及對應于電動機運行速度的變化。本系統(tǒng)為一小型變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，操作簡單，且能對電機運行頻率進行實時監(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，將會被廣泛應用。