基于S7-1200PLC、MM420变频器、触摸屏实现电机模拟信号调速

云南机电职业技术学院电气工程学院 郭俊梅 温成卓

1 系统控制要求

本系统有两种控制模式。本地运行模式，按下启动按钮SB1，电机启动运行。利用PLC本身的模拟量输出端子可以实现电机0-50Hz运行，按下停止按钮SB2电机停转。远程运行模式，在触摸屏上按下启动按钮实现电机启动运行，按下停止按钮实现电机停止运行，在触摸屏的频率输入域中输入0-50Hz之间的数值，实现电机运行速度控制。

2 系统设计

2.1 系统硬件选型

本设计中采用西门子S7-1200PLC系列的1214C DC/DC/DC订货号为6ES7 214-1AG31-0XB0型号的PLC作为控制器，添加订货号为6ES7 232-4HA30-0XB0的信号板，此信号板自带一路12位的模拟量输出信号，信号板可以输出的0-10V的模拟量电压信号。MM420变频器为执行机构，接受来自信号板的0-10V的模拟量电压信号实现电机在0-50HZ运行，触摸屏选用西门子精简系列的KTP600，订货号为6AV6 647-0AD11-3AX0。

2.2 系统I/O分配表

根据系统控制要求，进行I/O分配。I/O分配表如表1所示。

表1 系统I/O分配表

2.3 系统外部接线图

本控制功能实现基于S7-1200PLC、MM420变频器、KTP600触摸屏、三相异步电动机，系统外部接线图如图1所示。

图1 系统外部接线图

2.4 本系统程序设计

“TIA博途”是全集成自动化软件TIA portal的简称，英语全称是Totally Integrated Automation Portal，是西门子工业自动化集团发布的一款全新的全集成自动化软件。它是业内首个采用统一的工程组态和软件项目环境的自动化软件，几乎适用于所有自动化任务。也就是说，它既是一套面向编程人员的编程工具，又是一套面向用户的可视化软件，集成了传统的西门子STEP7和WINCC的功能，可以更加直观、高效、快速的进行自动化项目的开发。借助该全新的工程技术软件平台，用户能够快速、直观地开发和调试自动化系统。TIA博途作为一切未来软件工程组态包的基础，可对西门子全集成自动化中所涉及的所有自动化和驱动产品进行组态、编程和调试。由于采用了全集成的技术，所以博途软件也相当大，约30G，所以对电脑的要求也高，至少需要i系列处理器、8G内存和SSD固态硬盘才能够流畅运行，这也导致了很多用户只用博途来开发PLC和触摸屏，而不作为可视化界面提供给用户使用。

本系统控制程序是基于TIA Portal V16编程软件开发的。部分控制程序如图2所示。

图2 控制程序

3 MICROMASTER420参数设置

MICROMASTER420是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。本系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W到三相电源电压，额定功率11KW可供用户选用。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件，因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。MICROMASTER420具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于MICROMASTER420具有全面而完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。MICROMASTER 420既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中。

MICROMASTER420变频器主要特点是易于安装、易于调试、参数设置的范围很广，确保它可对广泛的应用对象进行配置等。

MICROMASTER420变频器是把电源频率为50HZ的变换成各种频率的电源，以实现电机变速运行的电气设备。使用BOP面板对变频器参数进行设置。变频器主要参数设置如下：P700=1；P1000=2。

4 触摸屏画面的开发

人机界面简称为HMI，在控制领域，HMI一般特指用于操作人员与控制系统之间进行对话和相互作用的专用设备。人机界面按工业现场环境应用来设计，它是PLC的最佳搭档。

人机界面的主要任务：

（1）动态显示过程数据和开关量的状态。

（2）用图形界面来控制过程，用按钮控制设备，修改参数。

（3）显示报警和数据记录，打印报表和报警记录。

（4）配方管理。

本控制系统采用西门子的精简系列人机界面，精简面板具有基本的功能，有较高的性价比。触摸屏选用西门子精简系列的KTP600，订货号为6AV6 647-0AD11-3AX0。这款触摸屏大小为5.7’’TFT显示屏，320×240px，256色；具备按键和触摸操作，6个功能键，自带了1×PROFINET，用于和控制器PLC 1200进行以太网通讯。

HMI用组态软件设计画面和实现与PLC的通信。不同厂家的人机界面和组态软件互不兼容。本系统采用博途中的WinCC用于西门子HMI和PC组态。它易于上手，功能强大。带有丰富的图库，支持多语言组态和多语言运行。组态主要画面如图3所示。

图3 触摸屏换画面

小结：实验证明按照上述方法操作完成后，进入PLC界面，创建项目，开发程序，并进行编译下载。利用触摸屏来实现人机交互，可以直接观察到变频器输出的连续频率以及对应于电动机运行速度的变化。本系统为一小型变频调速控制系统，操作简单，且能对电机运行频率进行实时监控，本控制系统是PLC、变频器与触摸屏三者结合的典型，将会被广泛应用。