引言

可編程邏輯控制器(PLC)以其編程簡單方便、控制穩(wěn)定可靠、功能強大等優(yōu)點通常作為控制器廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)控制領域。觸摸屏作為人機交互界面在一定程度上減少PLC的外部I／O點的使用以及減輕系統(tǒng)外部按鈕開關的連線復雜程度，同時也提高了運行維護的方便性。隨著工業(yè)現(xiàn)場對控制設備小型化、易操作化、智能化的要求的不斷提高，基于PLC和觸摸屏的交流變頻調速系統(tǒng)的應用前景將非常廣闊。本文采用三菱PLC(Fx2N－64MR)、海泰克觸摸屏(PWS6AOOT)、倫茨變頻器和外部按鈕實現(xiàn)兩臺三相異步電機的交流變頻調速實驗系統(tǒng)設計。實際運行結果表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，控制性能良好。

1控制系統(tǒng)要求

本套系統(tǒng)要求能夠實現(xiàn)兩臺三相異步電動機的如下狀態(tài)的控制：正轉；反轉；停止；點動；加速；減速。要求可以由觸摸屏或外部按鈕實現(xiàn)上述功能，兩種開關量輸入方式互為冗余備用，以提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外，對于各種開關量狀態(tài)及硬件不正常狀態(tài)需要指示燈顯示。

2控制系統(tǒng)硬件設計

交流變頻調速系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示。

控制系統(tǒng)硬件結構主要包括：可編程控制模塊、控制指令輸入模塊、D／A轉換模塊、變頻器調節(jié)模塊。

2．1模塊功能

2．1．1可編程控制模塊

該模塊是整個控制系統(tǒng)控制的核心處理器，是觸摸屏指令和按鈕開關指令的執(zhí)行中樞和變頻器指令觸發(fā)元件。

2．1．2控制指令輸入模塊

該模塊就是給PLC加載控制指令以實現(xiàn)相應的輸出操作。這里指令輸入可由觸摸屏按鍵實現(xiàn)，也可以由外部開關按鈕實現(xiàn)，兩種指令輸入方式互為備用。為避免由按鈕開關指令實現(xiàn)眾多指令會導致接線復雜情況出現(xiàn)，可以對重要的開關量實現(xiàn)冗余備用，非重要開關量僅由觸摸屏按鍵實現(xiàn)。

2．1．3D／A模塊

D／A是將PLC輸出的數(shù)字量轉換成模擬電壓量以實現(xiàn)變頻調速的目的。此系統(tǒng)采用的FX2N－2DA模塊，該模塊有兩路模擬量輸出以實現(xiàn)對兩臺變頻器的控制。

2．1．4變頻器調節(jié)模塊

變頻器可根據(jù)PLC加載在其輸入控制端子的指令執(zhí)行相應的調節(jié)，能夠執(zhí)行三相異步電動機的各種工作狀態(tài)。

2．2模塊通信

PC機通過專用電纜與PLC模塊和觸摸屏模塊進行通信連接，編制調試程序完畢可以直接下載到觸摸屏和PLC各自程序存儲器。PLC模塊與觸摸屏之間由專用電纜連接，觸摸屏按鍵指令可以由通信電纜加載到控制程序以執(zhí)行相應的操作。另外，外部按鈕指令直接加載在PLC輸入端以實現(xiàn)相應的指令操作。PLC與D／A模塊由擴展電纜連接，將PLC輸出數(shù)字量轉換成對應的兩路電壓信號加載到變頻器輸入端子以實現(xiàn)調速控制。

3控制系統(tǒng)軟件設計

3．1PLC程序設計

3．1．1輸入、輸出地址分配

根據(jù)控制系統(tǒng)要求，確定開關量輸入、輸出數(shù)量并對PLC分別地址分配。

X00～X04、X10～X14分別分配給電動機1、2的開關量輸入端子(包括正轉、反轉、點動、停止)和變頻器故障輸入端子。

Y00～Y04、Y10～Y14分別分配給電動機1、2的開關量輸出指示(包括正轉、反轉、點動、停止)和觸摸屏故障指示。

Y20～Y22、Y30～Y32分別連接兩臺變頻器的E1、E2和28控制端子。其中，E1端子功能為高電平時激活固定給定轉速；E2端子控制旋轉方向；28端子控制電機啟動和停止。

M00～M05、M10～X15分別分配給觸摸屏的1、2按鍵指令的PLC寫入地址(包括正轉、反轉、點動、加速、減速、停止)。

此外，寄存器D1、D2分別為存儲兩臺電機的D／A待轉換數(shù)值，寄存器M8000監(jiān)視PLC運行狀態(tài)。

3．1．2程序流程設計

PLC程序采用三菱FXGP－WIN－E編程軟件實現(xiàn)，程序采用模塊化、功能化結構，便于擴展應用，對應的程序流程圖如圖2所示。

3．2觸摸屏程序設計

本系統(tǒng)的觸摸屏人機交互界面的開發(fā)平臺，采用海泰克觸摸屏的HitechADP編程軟件實現(xiàn)。該軟件類似于組態(tài)軟件，采用圖形化的編程方法，只需將相關元件拖到預先定義的畫面上，根據(jù)需要設置相關參數(shù)、合理配置PLC寫入地址即可完成操作。

HitechADP編程軟件對編程PC機要求不高，利用觸摸屏自帶RS232串口或者USB接口通信，將設計完成后的人機交互界面下載到觸摸屏。對于兩臺電動機分別設計了正轉、反轉、點動、加速、減速、停止以及速度顯示控鍵，可由相應的控鍵實現(xiàn)對電機運轉狀態(tài)的控制和監(jiān)控。觸摸屏上電后自動進入所設計的畫面，操作人員可以根據(jù)需要直接通過人機交互的方式，對下位機PLC進行控制。人機界面如圖3所示。

4結語

基于可編程控制器和觸摸屏的三相異步電機的交流變頻調速系統(tǒng)充分利用了PLC強大的邏輯處理功能和人機界面的良好的交互性，避免傳統(tǒng)的繼電器一接觸器控制電路的復雜接線，降低了對運行人員的技術要求；同時對重要開關輸入量實現(xiàn)觸摸屏按鍵和外部按鈕冗余備用模式，提高了系統(tǒng)的可靠性，為現(xiàn)場操作人員對運行過程的實時監(jiān)控和維護帶來了方便。同時，本系統(tǒng)作為專業(yè)實驗室綜合試驗系統(tǒng)的子系統(tǒng)之一，將理論與實際相結合，對學生掌握新技術新理念，提高動手能力，有很好的指導意義和現(xiàn)實意義。