基于触摸屏和PLC实现电动机运行的一种设计

付少华

(重庆机械电子技师学院，重庆 400037)

基于触摸屏和PLC实现电动机运行的一种设计

付少华

(重庆机械电子技师学院，重庆 400037)

在职业学校的电工学实验教学中，三相电动机的运行实验大多是在电力拖动的实验台上做的，主要应用硬继电器、按钮和导线完成。但是，随着PLC、触摸屏、变频器在日常生活中的应用，中等职业学校在电类教学中也加强了该知识点的要求。本研究应用PLC和触摸屏实现了对电动机的控制运行，为了节能和提高运行效率，加入了变频器来控制电机的运行速度。

可编程控制器PLC;触摸屏;变频器

一、触摸屏

(一)触摸屏的原理

在今天的日常生活中，触摸屏随处可见。那什么是触摸屏呢?触摸屏是触摸式图形在终端上显示的一种简称，或者说是一种人机交互装置。以电阻式触摸屏为例，它是利用压力感应进行控制。它的屏幕由上、下两层弱导电膜，主要是一块与显示器表面配合的电阻薄膜屏。它用一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明的氧化铟导电层，上面再盖有一层外表光滑防划、伤面硬化处理的塑料层，在他们之间有许多细小的透明间隔点把两层氧化铟导电层隔开绝缘。手指触摸时，两层导电层就在触摸点位置处接触，因其中一侧导电层接通Y轴方向的某一电压的电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个电压后，进行模数转换，并将得到的电压值与Y轴方向的某一电压相比即可得触摸点的Y轴坐标，同样的原理得出X轴的坐标。这就是电阻触摸屏的基本原理。

(二)触摸屏的作用和特点

日常使用的触摸屏一般通过串行接口与计算机、PLC或其他的外围设备连接通信，由各个公司专用软件完成各种画面的制作和传输，来实现图形操作和显示终端的功能，在系统控制中，触摸屏常作为PLC的输入和输出设备，在使用中通过相关的设计软件，可以设计出满足用户要求的画面，实现对控制对象的显示和相关操作［1］。图1是触摸屏的外形。

图1 触摸屏的外形

在了解了触摸屏的外形后，再理解它的各个部分具体功能，如表1。

表1 触摸屏各个部分具体功能

为了使系统设计的完整化，表2中列出了设计所需的三菱触摸屏特点。

(三)触摸屏与电源、PLC、计算机的连接

1)GOT的供电可以由PLC的直流24 V电源供电，可以把触摸屏背面的电源端口与相应的直流24 V电源连接［2］。连线如图 2。

表2 本研究设计所需的三菱触摸屏F940GOT系列特点

图2 触摸屏与PLC接线图

2)触摸屏与电脑的连接可以用电缆FX-232CAB-1把电脑上的D型9针插孔和GOT侧的D型9针插针相连接，如图3。

图3 触摸屏与电脑的接线图

3)触摸屏与电脑和PLC的连接

GOT的RS-232C接口与电脑连接，GOT的RS-422接口与plc连接，然后在电脑上用画面创建与GOT的数据传输通信，如图4。

图4 GOT与PLC连接图

二、FX-PCS-DU-C软件使用的方法

FX-PCS-DU-C是三菱GOT系列触摸屏的专用编辑软件，它具有屏幕画面制作、GOT与DU间的数据传输、采样数据、文件打印通讯等功能。F940GOT-SWD-C使用软件FX-PCS-DU-C来编辑各种部件，包括显示部件、数据显示部件、数据传输部件、画面转换等［3］。根据三菱公司的工作手册，具体方法如下:

1)在FX-PCS-DU-C软件安装目录中包含有名为“IMAGES”的文件夹，该文件夹中有很多自带的图片可供使用。

2)设定GOT-F904画面的安全等级。

A．在“画面清单”对话框中单击选中要设定安全等级的画面，并点击“顶部”按钮。

B．在“画面顶部”对话框的“安全”栏中勾选“保护”项，可以设定所选择画面的安全等级。在上图所示的“画面清单”对话框中以灰色显示的是系统画面，用户可以编辑这些画面的安全等级，如图5。

3)设定F930GOT-K和F920GOT-K上功能键的用途。

A．在“画面清单”对话框中单击选中要设定功能按键的画面，并点击“键”按钮，此时会显示如下所示的对话框，如图6。

图5 GOT-F904画面

图6 功能按键的画面

B．在“部件”菜单中选择功能键的具体用途，如图7。

图7 画面切换

C．在“键画面”对话框中点击“追加”按钮可完成功能键用途的指定。如图8。

图8 追加画面

图8所示是在画面0中将第1个功能键的用途指定为切换到画面1的情形。

4)设定控制F930GOT-BBD-K-C上功能键LED显示的元件。

在DU/WIN软件中选择“部件”/“指示器”/“输出指示器”，并在“输出指示器”对话框中设定好位元件，则从其开始的连续8个位元件分别对应控制F930GOT-BBD-K-C两排功能键LED的显示。如图9。

图9 输出指示器画面

5)设定通过PLC数据寄存器来切换画面。

A．在“画面清单”对话框中双击“共通画面”。

B．选择“部件”，“指示器”，“画面切换”。

C．在“画面切换”对话框中，将“条件”选成“平时”，“切换地址”选成“PLC数据寄存器”，则可以通过GOT的控制元件(与FXPLC连接时默认为D0)来切换画面。

6)在使用DU/WIN软件进行上下载画面操作时，提示“终端无响答”或者“接收到非法字符”问题的处理。

图10 下载画面操作

三、电机运行控制系统

1)控制具体要求

用触摸屏来控制电机启动、停止、正转、反转、故障，同时能在触摸屏上用画面和文字显示电机当前的运行状态。

2)系统接线及构成

电机运行控制系统由PLC、计算机、触摸屏等组成。触摸屏选用三菱的GOT940，PLC选用FX2N型，具体电路如图11。

图11 电机运行控制电路

3)PLC的程序设计

用M0、M1、M2分别表示触摸屏的正转启动触摸键、停止启动触摸键、反转启动触摸键，M3是内部继电器，用做触摸屏字串指示停止/运行，D0是内部继电器，用做触摸屏字串库指示:正转/反转/故障的功能。

图12 PLC的程序设计

4)触摸屏画面设计

启动FX-PCS-DU-C软件，按照上面程序进行设定后，按照上面软件使用方法，设计显示画面如下:

A．画面0的制作

主要制作当开机时的初始画面，按照软件的使用方法及功能在部件的菜单中用“触摸按键、字串”等命令设置相应的对话框。

B．画面1的制作

打开画面1窗口，单击菜单“部件”菜单中的“触摸键”命令，在弹出的触摸键设置正转控制触摸按键。然后以同样的方式设置反转、停止、切换触摸按键，在菜单栏的部件指示器“字串指示器”，弹出“字串指示器”定义当位元件M0为OFF时直接显示停止，M0为ON时显示运行。再单击“显示和项目”菜单中的‘字串库’设置对话框，按要求设置运行内容的字串库，应当注意的是:PLC程序中使用的子元件应和画面设置的子元件一致，以达到准确通信的目的。然后进行各个项目的检查，最后连接GOT，传输画面并进行运行测试。具体画面如图13。

图13 起停控制显示画面

5)变频器的应用

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的［4］。

为了稳定电动机的运行效果，也为了节能和调速，我们可以加入变频器来控制电机的运行速度。

利用变频器选用组合外围电路，此时变频器能实现多种运行方式，按照预设定的时钟、电机的运行频率、启动时间及旋转方向在内部定时器的控制下运行操作，程序运行功能仅当Pr．79=5时才有效。用Pr．200选择运行时间单元，用Pr．231设定程序开始运行的时钟基准，旋转方向、运行频率、启动时间可定义为一个点，分为三组，用Pr．200至Pr．230设定，程序运行时可以选择单个组运行，也可以几个组运行。这样我们就可以达到不同速率的运行要求，达到节能和方便的控制效果。

四、电动机运行的实验结论

在以上设计的基础上，学生启动PLC、变频器和触摸屏进行运行，变频器的运行频率在10 Hz到50 Hz之间，触摸屏可以控制变频器的正转、反转、停止，输出频率监视和任意频率输出。此时，既可以通过PLC的按钮控制电动机的运行情况，也可以通过触摸屏的按钮控制电动机的正、反转。当改变变频器频率时，电动机的转速发生变化，如果频率从50 Hz改变到20 Hz时，电动机的转速明显变慢。这也使得中等职业学校的学生在该知识点的掌握上直观、明显，收到很好的教学效果。

［1］王成福．可编程序控制器及其应用［M］．北京:机械工业出版社，2005．

［2］广东省电工新技术实训指导编审组．电工新技术实训指导［M］．2008．

［3］三菱电机FX系列特殊功能模块用户手册［M］．2005．

［4］电工新技术［M］．中国劳动社会保障出版社，2007．

(责任编辑 张佑法)

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1007－7111(2012)06－0052－04

2012－04－30

付少华(1979—)，男，硕士研究生，讲师，研究方向:微机电系统应用、视频采集与实时传输。