基于PLC和触摸屏的电机变频调速控制系统设计与实现

田磊　吴静　蒋东　张明伟　任兴　钱盈盈　陈夹夹

摘 要：文章以西门子S7-200系列PLC的CPU224XP作为核心控制处理器，以西门子SMART700触摸屏作为人机交互界面，通过人机交互界面对电动机的运行状态进行监视及控制，完成电动机的启停、变频调速、正反转运行。实验结果表明：该系统工作稳定、运行可靠、控制精度较高。

关键词：PLC；触摸屏；变频调速

引言

PLC以其编程简单方便、控制稳定可靠、功能强大等优点通常作为控制器广泛应用于现代工业控制领域，触摸屏作为人机交互界面在一定程度上减少PLC的外部I/O点的使用以及减轻系统外部按钮开关的连线复杂程度，同时也提高了运行维护的方便性。本设计选择西门子PLC的CPU224XP为核心控制处理器，西门子SMART700触摸屏，通过PLC、触摸屏软、硬件设计与调试，在实验室实现三相异步电动机的启停、变频调速、正反转运行。

1 系统设计总体方案

电机变频调速控制系统原理框图如图1所示，计算机下载程序到PLC和触摸屏，通过触摸屏输入指令，PLC将信号传给变频器，由变频器实现三相异步电动机的启停、变频调速、正反转运行。

2 控制系统硬件设计

2.1 硬件的选择

PLC型号为西门子14输入10输出的CPU224XP，可连接7个扩展模块，6个独立的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，能够满足变频调速的要求。SMART700触摸屏分辨率较高，具备强大的通信能力，它可以同西门子PLC之间进行通讯，并且为用户提供一个友好的界面，便于用户对控制系统中的设备运行情况进行监控和控制。变频器选择西门子MICROMASTER440，是专门针对与通常相比需要更加广泛的功能和更高动态响应的应用而设计的，具有快速响应输入和定位减速斜坡功能，是实现变频调速的主要部件，三相异步电动机选择功率为750W。

2.2 硬件电路设计

3 控制系统软件设计

3.1 PLC程序设计

3.1.1 PLC程序流程图

PLC经初始化后，可通过触摸屏和外部按钮发出信号，经变频器控制电机的启停、正反转、加速和减速，当完成指令之后，一个周期结束，PLC的流程图如图3所示。

3.1.2 PLC具体程序

3.2触摸屏设计

人机界面采用西门子SMART700触摸屏，人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁，本设计通过Wicc组态软件完成，如图5所示。

4 结束语

PLC和触摸屏的电机变频调速控制设计打破了传统的继电器-接触器控制电路的复杂接线，通过触摸屏可以直观的观察到电机的运行状态，可以控制电机的启停、变频调速、正反转运行，不仅使运行和维修变得简单方便，而且提高了可靠性。同时，在辽宁工业大学电力自动化创新实验室里进行实验验证，达到了预期的效果，也验证方案的可行性。

参考文献

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*通讯作者：吴静（1976，5-），硕士研究生，副教授，辽宁工业大学电气工程学院教师，研究方向：电气控制和电力系统稳定性分析，单位：辽宁工业大学电气工程学院。