触摸屏在西门子PLC模拟量控制变频器中的应用

朱 曦

（江苏省常州技师学院，江苏 常州 213000）

触摸屏是一种新型的人机界面，是在操作人员和机器设备之间作信息沟通的桥梁，非常适用于工业环境。利用PLC的模拟量输入输出功能对变频器进行控制，由于模拟量可以平滑地调整，因此变频器也可以实现近似于无级调速的平滑调速，这是运用非常广泛的变频器控制方法。在PLC模拟量控制变频器调速系统中融入触摸屏技术，可以实现变频器运行频率的实时写入与读出，并为操作人员提供信息量十分丰富的交互界面，使整个控制系统功能更为全面、操作更为简便，技术层次得到了较大的提高。

1 系统设计

1.1 主要设备

西门子S7-200系列CPU224XP型PLC、西门子MicroMaster420型变频器、威纶MT506型触摸屏。

1.2 系统构成

西门子S7-200系列CPU224XP型PLC集成了模拟量输入/输出功能，将PLC模拟量输出模块的V、M （电压输出）两端分别与MicroMaster420型变频器的3、4号控制端子（模拟输入源）相连，即可使PLC向变频器输出模拟电压信号；将PLC模拟量输入模块的A+、M两端分别与变频器的12、13号控制端子（模拟输出）相连，即可使PLC取得变频器运行时输出的模拟电流信号，该信号的大小与变频器的输出频率相对应；将PLC的Q0.4、Q0.5、2L分别与变频器的5、6、8号控制端子相连，当PLC的输出点Q0.4动作时，即可对变频器发出启动/停止命令；当PLC的输出点Q0.5动作时，即对变频器发出反转控制命令。由于使用了触摸屏，因此无需在PLC输入点上接按钮、开关等主令元件。

1.3 系统的控制要求

本系统采用触摸屏控制，由触摸屏输入电动机的初始运行频率，初始运行频率必须介于0~50Hz之间，若初始频率不符合要求则在触摸屏上显示报警信息，并且系统不能启动。

触摸屏上设置系统启动开关、反转切换开关、加速按钮和减速按钮。启动开关闭合时，变频器以初始频率运行，加速按钮每动作一次，则运行频率增加5Hz，减速按钮每动作一次则运行频率减少10Hz。系统加速时运行频率不得超过50Hz，系统减速时运行频率不得低于5Hz。反转切换开关动作时，电动机反向旋转。启动开关断开后，电动机停转。在系统运行过程中，触摸屏上能实时显示变频器的当前运行频率。

1.4 变频器参数设置

变频器参数恢复工厂设置后，只需按系统需要改变P1120、P1121（斜坡上升、下降时间），其余参数均保持默认状态，即可进行运行调试。

2 触摸屏人机界面的设计

按照上述控制要求，设计触摸屏人机界面，该人机界面中主要元件的设置如下：

初始频率：VW100，数值输入元件，十进制格式，小数点一位

当前频率：VD110，数值显示元件，单精度浮点数格式，小数点一位

报警信号：M11.0，“初始频率未设定”报警；M11.1，“初始频率超限”报警

启动开关：M10.0，切换开关

反转开关：M10.1，切换开关

加速按钮：M10.2，复归型开关

减速按钮：M10.3，复归型开关

3 控制程序设计方法

3.1 运行频率的输入

由触摸屏向PLC的VW100单元输入初始运行频率，最大数值为50.0，而由于触摸屏数值输入元件有一位小数点，因此VW100的真实数值将为500。西门子CPU224XP型PLC的模拟量输出规范中满量程数值为32000，所以需要将VW100中的数值扩大64倍后才能对应模拟量的输出大小，也就是（VW100×64）→AQW0。因此，在变频器运行时，改变VW100中的数值，同样能改变模拟量输出点AQW0的输出电压大小。

3.2 当前运行频率的显示

变频器在运行时PLC的模拟量输入点AIW0会采集到与频率大小对应的模拟电流信号，为了能在触摸屏上能准确显示当前的频率，需要将采集到的模拟量数据必须进行一系列换算。经过现场调试，换算出来的数据必须为实数格式，且倍率应为270.0，这样才能将运行频率实时显示于触摸屏上，即将AIW0的数值转换为实数后再除以270.0后再传送至VD110中，也就是（AIW0转为实数÷270.0）→VD110，由触摸屏显示当前的频率大小。由于系统本身存在的误差，显示的频率误差在0.1Hz之内。

3.3 报警信息的显示

利用整数比较指令来判断初始频率是否符合要求。若系统未设置初始运行频率，即VW100中数值为0，则M11.0动作，并在触摸屏上触发显示报警信息“请设置变频器运行频率”。若设置的初始运行频率大于50.0Hz，即VW100中数值大于500，则M11.1动作，并在触摸屏上触发显示报警信息“设定频率超限”。任一报警出现时，系统均不能启动。

3.4 系统的启动与反转

触摸屏上启动开关对应的地址为M10.0，若系统无报警即M11.0、M11.1均未动作时，则开关接通时使Q0.4动作，变频器输出正向运行频率。触摸屏上反转开关对应的地址为M10.1，该开关动作时能使Q0.5动作，变频器输出频率变为反向。

3.5 加/减速功能的实现

触摸屏上加/减速按钮对应的地址分别为M10.2、M10.3，当这两个按钮动作时，均能改变VW100中的数值。加速按钮M10.2动作时，用整数加法指令将VW100中的数值增加50，运行频率会对应上升5.0Hz。减速按钮M10.3动作时，用整数减法指令将VW100中的数值减少100，运行频率会对应下降10.0Hz。为了使系统运行时变频器运行频率限制在5Hz~50Hz之间，加速/减速按钮的动作需要受到一定的限制，即变频器运行频率在45.0Hz以上时 （对应模拟量输出数值28800，采用整数比较指令判断），变频器不可再加速；变频器运行频率在15.0Hz以下时 （对应模拟量输出数值9600，采用整数比较指令判断），变频器不可再减速。

4 结束语

综上所述，在PLC模拟量控制变频器调速系统中加入触摸屏技术，可以使系统的技术层次得到一定的提升。首先，PLC输入输出点占用量减少；其次，变频器的运行频率可以进行较为灵活的变化；再次，系统具有更好的扩展性能；最后，触摸屏能为操作人员提供较为丰富的人机交互界面，使操作人员对系统的运行状态有更全面的认知。因此，触摸屏技术在PLC模拟量控制变频器的应用中具有较高的实用性，适合在工程技术上进行推广。