基于PLC与触摸屏的异步电动机控制

张靖辉，涂冰峰

基于PLC与触摸屏的异步电动机控制

张靖辉，涂冰峰

本文研究的主要内容为借助于触摸屏、PLC、D/A模块和具体的变频器，实现对电机的控制。该设计应用控制元件的组合，结合生产的具体情况，按实际要求实现对三相异步电动机的调速控制，这样在负载不断变化的生产场合，就能进行广泛的应用。

PLC；触摸屏；变频器；三相电动机控制

现代社会新产品的更新速度不断加快，客观上要求生产设备不断地进行调整，这样就对生产设备提出了很高的要求。如果电气控制系统本身规模不大，电气控制元件的合理选择就对设备成本的控制和具体的功能实现起到重要的作用。以三相异步电动机的调速控制为例，合理的选择PLC和触摸屏，借助于变频器实现对电动机的调速控制，最终保证电机运行符合生产要求，各种不同工艺情况之下的监控和控制要求都能得到很好的实现，而且本身成本较低、操作较简单，性能也比较优越，维护起来非常方便等等。

一、选择合适的系统硬件

1.选择PLC。程序选择使用的控制器为三菱FX2N系列，该控制器能够实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等功能，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的生产过程。其基本的单元能够连接，还能够对单元进行具体的扩展。除此之外，其还有诸多特殊功能，能有效实现位置和过程的控制。对于网络通信而言，使用多种RS-232C/RS-422/RS-485不同的串行或者扩展通信模块予以有效的支持。

2.选择合适的触摸屏。本系统选择的触摸屏的具体型号系列是GT1150-QSBD-C，具体的像素分辨率是320*240，颜色显现是256，内置的I/F包括了RS-422、RS-232、USB等等，电源的电压是DC24V，这个触摸屏的抗干扰性能非常强，具体的耐压值达到了AC 500 V，寿命很长。

3.选择D/A模块。模拟量的输出模块选择的为三菱电机FX2N-4DA，作为专用的FX系列模拟量输出的模块，具体包括了4个CH，12位的最大分辨率。借助于不断变化的输出端子，对于电压或者电流的状态可以进行随意的选择。借助于缓冲存储器，FX2N以及FX2N-4DA之间能够进行很好的数据交换，一般而言，FX2N-4DA包括的总缓冲存储器数量达到了32个，每一个的位数达到了16位。

4.选择变频器。系统中使用的变频器为FR-700-740-1.5 k，生产厂家是三菱电机公司，此变频器的容量额定数值为2.7 kVA，电机对应的容量值为1.5 kW，频率波动允许的范围在上下5%之内，对加减速度进行时间的设定，范围在0～3600秒，加减速度的模型也可以选择设定为S形或者直线形，对于小型电气系统而言，使用可以得到很好的满足。

5.选择旋转编码器。系统选择使用的旋转编码器为S50-J3V100系列，此编码器能够有效地监测电机转速，实现到界面的反馈，这样用户就可以实时对系统实际运转的速度和设置速度之间的一致性进行监测。

二、系统本身的硬件控制组成

本系统控制部分的主要组成包括了触摸屏、旋转编码器、异步电动机、PLC、D/A转换模块以及变频器等等。触摸屏能够非常友好地显示系统控制界面，触摸屏还能便捷化操作，对系统的程序进行控制的器件为PLC，能够将运算数字量进行模拟量的转换，此转换依赖的模块为D/A模数转换模块。为了能够对异步电机进行电压的改变，就需要加控制端到变频器，电压控制电机，实现运速的控制和转变；为了测算异步电动机的运转速度，可以借助于旋转编码器进行，而后PLC收到具体的反馈，实时速度被显示在触摸屏上，用户就能实现很好的监测。具体的系统硬件控制结构可以用下图进行详情的展示。

系统硬件结构图

三、系统的硬件电路的具体设计

1.连接主电路。使用熔断器连接变频器R、S、T端和380伏的电压，能够很好的供电给变频器，而借助于主触点和U、V、W端、电机三相电源端子、热继电器进行连接，能够对电机进行速度的控制，具体接线的过程中，需要对电机和变频器实现接地保护，这一点要予以充分的注意。

2.连接控制电路。使用RS422串口电缆（1根即可） 连接PLC，进而实现通信，向D/A模块进行供电的模块为PLC输出+24电源，注意：需要连接D/A模块“-24 V”端和“COM”端（PLC），PLC Y5表示的为正转输出，PLC Y6表示的为反转输出，连接它们和STF、STR端（变频器的），最终做到对电机不但可以进行正转控制，也能进行反转控制。连接VOUT端（位于D/A模块上）和模拟电压输入端（位于变频器上），短接D/A IOUT端和VI-端，对于变频器来讲，其10端就会成为10 V电压端，5端进行接地处理，这样外部模拟电压就可以实现很好的输入。对于全部的硬件，都要注意予以接地保护。

四、系统软件的具体设计

1.设计触摸屏的具体画面。对于触摸屏进行具体的界面编程，选用的软件为GT-Desiginer，此软件为三菱电机免费提供。对需要的界面，该软件能够实现很好的编辑功能。对触摸屏进行具体设计的画面要求，开关元件名的具体设置要能被PLC识别。比如对于状态指示灯，设置其软元件名称为Yxxxx（PLC中某一具体线圈的名称），故而在该线圈得电的状况下，指示灯就会发亮，效果更加的直观、显现。

2.曲线的具体算法。折线本身具有线形性，借助于这一具体的特性，每次加减速度的固定数值，最终实现曲线的平滑展示。在这个过程中，需要细化时间轴，也就是横轴，按照速度对特定时间段内需要增减的速度数，然后再将此特定的值从数据寄存器（PLC中表示速度的位置）上予以定值的加减，电机实现照折线转动。

圆有一对应的公式，具体表示为x2+y2=r2，设定速度和时间成起始值，半径平方与时间平方的差并进行开方运算就是速度。需要予以特别注意的是，开方的过程中指令是浮点形式。将要求的速度值与开方求得数值做差并进行倍数化处理，获得一定值，循环每次进行的过程中，电机将会围绕半圆进行不停的曲线转动。

3.D/A转换程序。下表详细地展示了FX2N-4DA缓冲寄存器(BFM)之具体的分配情况。BFM#16:由BFM#17(数字值)指定的通道的D/A转换数据被写，用二进制的形式进行D/A转换数据的表示，写的顺序按照下端8位和高端4位这两个部分具体开展。

缓冲寄存器(BFM)分配

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BFM#17：b0—借助于变1为0，开始CH2 D/A的转换；b1—变1为0,开始CH1 D/A转换；b2—变1为0，保持D/A转换8位下端数据。D/A转换模块的功能：转换PLC数字量为具体的模拟量，借助于理论电机速度，这个程序被放置于寄存器D100中，最终实现对D/A模块的良好控制，尤其是输入的模拟量的大小。同时对D100程序可以进行16位的分解，写前8位入#16缓冲区,保持这8位的同时，输入另外4位，最终组合成为12位，最后一步，转换这个通道的数据，完成执行。

伴随快速发展的各种不同科学技术，比如嵌入式控制器系统、人机界面技术、可编程控制器、变频器等等，工业自动化技术发展显得更加迅速快捷，工业自动化的可靠、安全、精确目的更容易实现。借助于非常强大的各种PLC、变频器、触摸屏等等，本系统能够很好地控制电动机的运行速度，能够让电动机处于安全可靠稳定的运行状况之下。

[1]张云刚.PLC职业技能培训及视频精讲——三菱FX系列[M].北京：人民邮电出版社，2010.28-46.

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[3]黄宁.PLC、触摸屏和变频器在循环双流化床锅炉自动控制系统的应用[J].自动化技术与应用，2010，(2):4-8.

[4]刘贵宝.三菱触摸屏在PLC控制系统的应用[J].可编程控制器与工厂自动化，2010，(11):80-83.

责任编辑：郭一鹤

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1671-6531（2012）06-0038-02

张靖辉/郑州市电子信息工程学校助理讲师（河南郑州450007）；涂冰峰/郑州市电子信息工程学校讲师（河南郑州450007）。