基于MCGS、变频器、PLC的运料小车控制系统设计

2022-07-18杨昱鑫

电子测试 2022年12期

杨昱鑫

(兰州石化职业技术大学，甘肃兰州，730060)

1 设计目的

在工业生产中运料小车的应用极为广泛，学习其控制系统的设计具有重要意义。本题目以高职院校电气自动化专业毕业设计为背景，学生首先利用图书馆资源或网络资源查阅资料并论证题目的可行性，然后根据学校实训室现有的设备装置，进行PLC的硬件及软件设计，然后设置变频器的运行参数，确定PLC的I/O分配及接线图，完成触摸屏与PLC间的通信，实现触摸屏、PLC、变频器控制系统的安装、调试任务。最后进行答辩考核，通过这样一个完整的过程来锻炼并提高学生的综合能力[1-5]。

2 设计要求

在本控制系统设计中，所采用的主要硬件有西门子S7300-PLC、MCGS、ABB变频器ACS510-01-012A-4、三相异步电动机。具体的控制要求为：用MCGS组态软件构建一个运料小车控制系统界面。当按下启动按钮，再按1档时，小车以10Hz的频率向前运行，按下2档或3档时，小车提高速度能够实现15Hz或20Hz的运行；按倒车按钮时，小车向后以20Hz的频率运行，不管是在前进还是在后退运行过程中，只要按下刹车按钮，小车停止运行。电动机的正转模拟小车前进，电动机的反转模拟小车后退。

3 设计过程

3.1 ABB变频器ACS510-01-012A-4

因为变频调速器的节能效果有30%左右。此外，其价格也从早期的每千瓦1000元左右下降到如今的每千瓦只有200多元（大功率），价格下降十分显著。因此在工矿企业中对变频器的应用已经全面普及了，几乎涵盖了所有领域，可以说，凡是用到电动机的地方肯定有变频调速器的身影，而且变频调速器具备了电动机所需要的起动效果和节能效果[6-8]。

变频器的控制有面板和端子两种方式，在运料小车控制系统设计实施过程中，选用端子远程进行控制，在进行变频器参数设置过程中，采用ABB标准宏，设置电动机的基本参数，包括电动机的额定电压、额定频率、额定转速、额定功率、额定功率因数等，如表1所示。

表1 标准宏控制电动机参数设置

电动机参数设置完成后，开始设置变频器的运行参数，选择1201=13的运行方式，所用到的是变频器数字量端口DI1～DI5，即13～17号端子，通过给这些端口不同的布尔量组合，就能实现变频器唯一频率的输出，如表2所示。1档的频率由1202给定，即10Hz；2档的频率由1203给定，即15Hz；3档及倒挡的频率由1204给定，即20Hz。

表2 参数1201=13时变频器的运行方式

3.2 S7300-PLC

变频器参数设置完并调试运行后，进行PLC程序的编写，我们使用的博途软件，核心思想是利用PLC的数字量输出Q来控制变频器数字量的数入D。利用传送指令MOVE，如图1所示。当EN端给一个信号时，该指令会把IN端的数据传送给OUT1端，例如1档位，给IN端输入二进制数，格式为2#00101，此时输出为QB0，即Q0.0～Q0.7，从低位至高位依次赋值，则这时只有Q0.0和Q0.2为1，线圈得电，其它Q均为0不得电，即意味着变频器DI1和DI3端口通过PLC的Q0.0和Q0.2线圈接通，加上了直流24V的电压，变频器开始控制电动机按照预先设定的1档10Hz频率运行。其它档位频率的控制类似，这里不再赘述。停止我们只需要在IN端口传送0即可，Q0.0～Q0.7全为0，即DI1～DI5都不得电，变频器无输出。

图1 传送指令

调试PLC程序，完成硬件接线，实现通过按钮能够控制PLC的输出，进而控制变频器完成正转三段速，反转一段速后，停止等功能。

3.3 MCGS触摸屏组态环境

PLC的程序调试完成后，进行MCGS控制界面的设计，利用位图及MCGS自带相关素材设计控制界面，添加运料小车，设计档位按钮等，如图2所示。然后进行变量关联，输入端，MCGS不能直接关联PLC中的I继电器，而是要关联M继电器，输出可以直接关联Q，MCGS要控制PLC，必须建立两者间的通讯：在设备窗口中点击工具箱按钮，点击设备管理，添加通用TCP/IP父设备和PLC-西门子-S7CP343&443TCP里的西门子CP443-1以太网模块。分别对这两个模块进行设置，需要注意的是子设备和父设备中的IP地址设置，本地IP地址为触摸屏地址，远端IP地址为PLC地址。最后增加设备通道，需要注意的是S7-300PLC输入输出默认起始地址为136.0，所以通道地址要和程序中的寄存器地址相对应。