触摸屏PLC变频器在多段调速中的综合应用

盛华军

（广州科技职业技术学院自动化工程学院，广东广州510550）

1 引言

在20世纪90年代初，出现了一种全新的人机交互技术，用户只需要在显示屏上的图标或文字上轻轻一点，计算机就能按照我们的指示进行相关的各种操作，摆脱键盘和鼠标的束缚，使人机交互更为直截了当，这种技术就是日新月异的触摸屏技术［1］。触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，只要用手指轻轻地触摸计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机的操作，极大地方便了那些不懂电脑操作的用户［2］。PLC是一种结构简单、通用性好、功能较完备的新型控制元件，其主要优点是抗干扰能力强，可以提高系统的可靠性和稳定性以及生产效率，特别适用于工业控制［3］。触摸屏与PLC的组合使用已经成为应用主导形式，可用于数据显示和参数设置，减少了按钮、开关、仪表等仪器的使用［4］。变频器是通过改变电机的工作电源和频率等方式控制交流电动机的电力控制设备，其在电机设备中起到了变频节能、提高电机设备工作稳定性和使用寿命的作用。随着近年来工业生产设备的大型化和自动化发展，变频器以其明显的技术优势和良好的适用性，在自动化设备中得到了广泛应用，交流变频技术已经成为当前工业自动化控制的主流［5］。三相交流异步电动机是企业的主要用电设备，量大面广，品种繁多，其用电量在目前我国企业总耗电量中占70%左右［6］。在复杂多变的工矿环境下，将触摸屏、PLC和变频器相结合，设计出可靠的调速控制系统，实现对三相交流异步电动机的自动多段调速控制，对减少不必要的人工干预、保持控制的持续稳定性以及降低损耗具有重要的现实意义。

2 触摸屏控制界面设计

触摸屏作为一种最新的计算机输入设备，是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。GTdesiger2是用于图形终端显示和屏幕制作的Windows系统平台软件，支持全系列图形终端。该软件功能完善，图形、对象工具丰富，窗口界面直观形象，操作简单易用，可以方便地改变所接PLC类型，可实时读取、写入显示屏幕［7］。根据某控制机器对三相异步电动机的控制要求，在t0到t3四个时间段正转，在t4到t6三个时间段反转，绘制出如图1所示的七段频率运行曲线。根据该运行曲线，将传统的控制面板、数据信息、指示灯以及按钮开关等装置用触摸屏图标进行取代。通过屏幕监控功能，能够明显地显示出重要的数据信息，从而可以使操作人员准确地掌握机器的运行状态。根据7段控制频率的运行要求，选择2个图标按键、12个图标指示灯和7个图标显示框进行设置，具体分配与设置情况见表1。

图1 七段频率运行曲线图

表1 触摸屏软元件分配设置表

根据控制的要求，对控制页面分为三相异步电动机正反转指示灯、变频器多段速设定指示灯、不同频率运行指示灯、不同频率运行时间显示和按键控制等五个区域进行布局。布局设置按ON和OFF两种状态进行不同颜色的设置以示区分，具体控制页面设计如图2所示。

图2 控制页面设计

3 变频器参数设定

变频器是将固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率交流电的装置。变频器的问世，使电气传动领域发生了一场技术革命，即交流调速取代了直流调速。交流电动机变频调速技术具有节能、改善工艺流程、提高产品质量和便于自动控制等诸多优势，被国内外公认为最具有发展前途的调速方式［8］。本文变频器选用FR－740，其主要参数的设置情况如表2所示。组合运行操作是应用参数单元和外部接线共同控制变频器运行的一种方法，参数Pr79＝3代表采用外部信号启动电动机的PU／外部组合操作模式。

表2 变频器的主要参数设置表

4 变频器与PLC接线设计

各种系列的变频器都有其标准的接线端子，虽然这些接线端子与其自身功能的实现密切相关，但都大同小异。变频器接线主要有两部分：一部分是主电路接线，另一部分是控制电路接线。R、T、S接入三相交流电源，U、V、W分别接到三相异步电动机的三相绕组首端，变频器、PLC、电机和指示灯等实物接线图如图3所示，PLC的I／O分配表详见表3。

图3 实物接线图

表3 PLC I／O分配表

5 PLC状态转移图设计及运行

图4 状态转移图

用梯形图或指令表方式编程虽然为广大电气技术人员所接受，但对于一些复杂的控制程序，尤其是按照时间的先后次序，遵循一定规律顺序进行的控制程序，由于其内部的连锁、互动关系极其复杂，在编制程序时将会特别的繁冗，可读性也差。对于多段变频调速的控制是按照时间的先后顺序进行的，采用状态转移图能够很容易的实现，顺控状态转移图如图4所示。

调试前将触摸屏的驱动参数连接方式、PLC类型、通信端口和波特率等与PLC里的参数设置为一致。调试后，按下触摸屏启动按键，电动机将按图1的运行曲线自动地运行、切换和循环。按下触摸屏停止按键，电动机将立即停止运行。实际运行状况示意图如图5所示。

图5 实际运行状况示意图

6 结束语

经过仿真控制和实际运行，效果非常良好，并可得出如下结论：

（1）将触摸屏、PLC和变频器高度融合在一起使用可实现对三相异步电动机的多段调速控制。

（2）可为用户提供多样化的操作控制方式。采用按钮开关控制输入的单一控制模式可通过采用触摸屏虚拟图标进行按键操作。

（3）可采用状态转移图实现多段速度控制，其程序可以灵活设计。

总之，综合运用触摸屏、变频器和PLC各自的功能，可对三相异步电动机的多段调速进行灵活多样的控制，具有重要的实际应用价值。