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1、基于触摸屏，PLC，变频器控制电机多段调速系统摘要：在现代自动化领域可编程控制器（PLC）、触摸屏及变频器是非常重要的元器件，通过本次课程设计可熟悉三菱PLC、触摸屏的编程环境及变频器的调试。这次课程设计主要内容是对三菱PLC和触摸屏进行编程，对变频器进行调试，来实现对三相异步电动机的三段速控制。介绍了基于MT506S的触摸屏，FX1N-40MR的PLC，FR-S500的变频器控制电机多段调速系统的组成、控制方案及信号处理方法，设计了硬件电路、相关梯形图程序、触摸屏显示程序及变频器的参数设置。调试应用表明，该系统简单、实用。通过该课程综合设计的实践、锻炼，进一步掌握PLC和变频调速控制系统原理
2、及应用，熟练使用触摸屏。本次课程设计取得了让人满意的效果，学会了各种软件的使用，发挥了想象力、创造力，为今后的工作奠定了基础。对其他相关课题也具有很好的借鉴作用和参考价值。关键字：触摸屏，可编程控制器（PLC），变频器，电机目录引言一.主要硬件的介绍51.1 触摸屏51.1.1 触摸屏的发展历程51.1.2 触摸屏的工作原理51.2可编程控制器（PLC）51.2.1 PLC的发展历程51.2.2 PLC的构成61.3变频器61.3.1 变频技术的发展历程61.3.2 变频器的基本结构6二、系统硬件的选型62.1 触摸屏的型号选择62.2 PLC的型号选择72.3 变频器的型号选择7三、系统设计
3、83.1 系统的原理图83.2 系统的接线图83.3 PLC梯形图93.4 触摸屏操作介面程序103.4.1 首页导航103.4.2 院系介绍113.4.3 系统介绍123.4.4 基本操作143.5 变频器参数的设置153.6 系统各部件的通讯处理163.7 结论16四、致 谢17五、参考文献18六、附录19引言随着电气工业的不断发展，触摸屏，可编程控制器（PLC），变频器得以普及且应用到人们的生活、生产中，使电气控制更加方便，简洁，实用。触摸屏不仅适用于中国多媒体信息查询的国情，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机
4、显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询。PLC技术简化了工厂自动化的体系结构，把控制、通信、人机界面及各种特定的应用全都合为一体，运用于同一个硬件平台上。在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集等。PLC在未来的工业电气控制中定会占据重要的席位。成为继现场总线技术发展的新亮点。变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的，它实现了电机的多段调速。变频器的器件的更新促使电力变换技
5、术的不断发展，使变频器投入市场并广泛应用。例如：在电梯运行中，速度不能保持不变，应从静止状态到匀加速状态转匀速状态到匀减速状态，再到停止状态，故电梯应具有多段调速功能。从而可见电机多段调速系统的应用之广泛。一.主要硬件的介绍1.1 触摸屏1.1.1 触摸屏的发展历程触摸屏的应用随着信息社会的发展越来越普遍，目前触摸屏产品在中国已开始形成了产业。 随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多的谈到触摸屏，因为触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的而且又适用于 中国多媒体信息查询国情的输入设备，触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。这种人机交互方式，它
6、赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏应用范围非常广阔，主要有公共信息的查询，如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询。随着城市向信息化方向发展和电脑网络在日常生活中的渗透，信息查询都会以触摸屏显示内容可触摸的形式出现。1.1.2 触摸屏的工作原理为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸
7、点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。1.2可编程控制器（PLC）1.2.1 PLC的发展历程在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集等。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司公开招标，提出研制能够取代继电器的控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable C
8、ontroller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controlle（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。1.2.2 PLC的构成 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CP
9、U模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU速度和内存容量是P
10、LC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。1.3变频器1.3.1 变频技术的发展历程变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。2
11、0世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始,美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器巳投入市场并广泛应用。1.3.2 变频器的基本结构变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。二、系统硬件的选型2.
12、1 触摸屏的型号选择 该系统使用深圳步进触摸屏MT506S，其特点：强大的32位嵌入式高性能CPU,支持256色真彩显示与敏捷的反应速度；功能强大且简单易用的简体中文编辑软件，使你轻松完成复杂的人机界面设计； 独特的多视窗操作功能，大大增加可显示信息量；可与几乎所有的PLC兼容； 创新的在线模拟功能，大大节省工程时间； 具有RTC（实时时钟）和配方存储功能，支持“多屏单机”和“单屏多机”连接方式； 双独立串行通讯口和独立的打印接口（打印接口仅MT510T,MT510S,MT509L,MT508S支持）； 工业级人机界面，前面板防护等级IP65；可为OEM用户的专用控制器开发的通信协议驱动。2.
13、2 PLC的型号选择该系统使用FX1N-40MR，其特点：FX1N系列是功能很强大的微PLC，可扩展到多达128 I/O点，并且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据链接功能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。 定位和脉冲输出功能： 一个PLC单元能同时输出2点100KHz脉冲，PLC配备有7条特殊的定位指令，包括零返回、绝对位置读出、绝对或相对驱动以及特殊脉冲输出控制。其它功能：内置式24V直流电源24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。时钟功能和小时表功能在所有的FX1NPLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对
14、过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。输入滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。 元件注解记录功能元件注解可以记录在程序寄存器中。在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。RUN/STOP 开关面板上运行/停止开关易于操作。远程维护远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据密码保护使用一个八位数字密码保护您的程序。2.3 变频器的型号选择 该系统使用FR-S520SE-K-CHT，其特点：功率范围：0.2-1.5KW（单相200V FR-S520S系列）。0.4-3.
15、7KW（三相400V FR-S540系列）。自动转矩提升,实现6Hz时150%转矩输出。数字式拨盘,设定简单快捷。柔性PWM,实现更低噪音运行。15段速,PID,4-20mA输入和漏源型转换等多功能。可提供RS-485通信功能的机型FR-S5-K-R,此机型更可通过电缆接FR-PU04面板。三、系统设计3.1 系统的原理图触摸屏 PLC 变频器 电机触摸屏：实现人机对话，控制PLC的输入，显示PLC的输出。PLC：采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制控制变频器的运行。变频器：设置变频器的参数，实现
16、电机的多段调速3.2 系统的接线图说明：实物中PLC的输出端COM1（COM2、COM3）、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5分别连接到变频器的SD、STF、STR、RL、RM、RH.3.3 PLC梯形图说明： 输入: 输出:X000停止按钮 Y001正转显示X001正转按钮 Y002反转显示X002反转按钮 Y003低速显示X003低速按钮 Y004中速显示X004中速按钮 Y005高速显示X005高速按钮 M6手动/自动切换按钮梯形图解析：06步实现手动/自动切换 711步实现电机正转 1216步实现电机反转 1738步实现电机低速运转3959步实现电机中速运转 6080步实现电机高速运转818
17、4步实现自动运转时高速到低速的循环M0被置位时，可实现电机自动状态其中1780步中M0被复位时，可实现电机手动状态3.4 触摸屏操作介面程序3.4.1 首页导航首页：该介面包含系统名称、院系名称，使用功能键实现介面跳转功能，点击屏幕进入导航介面。导航:该介面包含(院系介绍)(设计介绍)(基本操作)(返回)按钮。均使用功能键实现介面跳转功能，点击其按钮可进入对应的介面，相应的介面如下。其中点击（返回）按钮进入首页。3.4.2 院系介绍院介绍：该介面包含我院的基本介绍，及（返回）按钮，点击（返回）按钮进入导航介面。点击（系介绍）按钮，进入系介绍介面。系介绍：该介面包含我系介绍，及（返回）按钮。点击
18、（返回）按钮进入院介绍介面。3.4.3 系统介绍系统介绍：该介面包含系统的控制功能，（原理图）（接线图）（PLC梯形图）（返回）按钮。点击其按钮可进入对应的介面，相应的介面如下。点击（返回）按钮进入导航介面。原理图：该介面包含系统的原理图，（返回）按钮，点击可进入设计介绍介面。接线图：该介面包含系统的接线图，（返回）按钮，点击进入设计介绍介面。PLC梯形图：该介面包含系统的PLC程序梯形图，（返回）按钮，点击进入设计介绍介面。3.4.4 基本操作基本操作：该介面包含（自动/手动切换）（正转）（反转）（低速）（中速）（高速）（停止）（返回）按钮。点击（返回）按钮进入设计介绍介面。上图中的各元件输
19、出（读取）地址的应和PLC的输入/输出一致。（例如：表示正转按钮的设定元件输出地址为X001，表示正转的显示元件读取地址为Y001）但表示手动/自动切换按钮的设定元件读取（输出）地址为M6，表示手动/自动状态的显示元件的读取地址也为M6，开关类型为切换开关。其余表示各按钮的设定元件类型为复归型开关。具体操作如下：可按自动/手动切换按钮进行自动/手动的切换，且屏幕上显示其状态。手动控制中，点击正转或反转按钮，则表示正转或反转的电机颜色由蓝变红，且闪烁，然后可按低速、中速、高速按钮进行控制电机转速，屏幕上闪烁其对应的电机。也可按停止按钮控制电机停止。自动控制中，点击正转或反转按钮，则表示正转或反转
20、的电机颜色由蓝变红，且闪烁，然后代表低速的电机闪烁，10s后代表中速的电机闪烁，再10s后代表高速的电机闪烁，10s后再低速，依次循环。按停止按钮也可停止。3.5 变频器参数的设置参数名称表示设定范围最小设定单位参数设定值0转距提升P0015%0.1%4%1上限频率P10120Hz0.1Hz50Hz2下限频率P20120Hz0.1Hz0Hz3基波频率P30120Hz0.1Hz50Hz43速设定（高速）P40120Hz0.1Hz50Hz53速设定（中速）P50120Hz0.1Hz30Hz63速设定（低速）P60120Hz0.1Hz10Hz7加速时间P70999s0.1s5s8减速时间P80999
21、s0.1s5s9电子过电流保护P9050A0.1A2.5A30扩张功能显示选择P300,11059遥控设定功能选择P590，1，21260RL端子功能选择P60010，14，16,-1061RM端子功能选择P61010，14，16,-1162RH端子功能选择P62010，14，16,-1263STR端子功能选择P63010，14，16,-1-79操作模式选择P7904,7,813解析：P0-可以低频领域的电机转矩按负荷要求调整。起动时，调整失速防止动作。P30-显示，设定功能参数时设定。P59-操作盘和控制盘分开的情况下，可以设定遥控设定功能。 0：无遥控设定功能 1：有遥控设定功能 有频率设
22、定值记忆功能 2：有遥控设定功能 无频率设定值记忆功能P79-操作模式可以用外部信号操作,也可以用PU(旋钮,RUN键)操作.任何一种操作模式都可固定或组合使用.0: 用PU/EXT键可切换PU(设定用旋钮,RUN键)操作或外部操作.1: 只能执行PU操作.2: 只能执行外部操作.3：运行频率：用设定用旋钮设定，多段速选择，420mA（仅当AU信号ON时有效） 启动信号：外部端子（STF、STR） 4: 运行频率: 外部端子信号(多段速,DC05V等) 启动信号: RUN键 7: PU操作互锁 8: 操作模式外部信号切换(运行中不可) 根据X16信号的ON/OFF移往操作模式选择 P60,P6
23、1,P62，P63-可以选择下述输入信号。 0：PL（多段速低速运行指令） 1：PM（多段速中速运行指令） 2：RH（多段速高速运行指令） 3：RT（第2功能选择） 4：AU（输入电流选择） 5：STOP（启动自保持选择） 6：MRS（输出停止） 7：OH（外部过流保护输入） 8：REX（多段速15速选择） 9：JOG（点动运行选择） 10：RES（复位） 14：X14（PID控制有效端子） 16：X16（PU操作/外部操作切换） -：STR（反转启动（仅在STR端子上可安排）3.6 系统各部件的通讯处理数据通信就是将数据信息通过适当的传送线路从一台机器传送到另一台机器。这里的机器可以是计算机
24、，变频器，PLC，触摸屏以及远程I/O模块。将计算机三菱编程软件中的PLC梯形图通过RS232下载到PLC中。将计算机触摸屏软件中的程序通过RS232下载到触摸屏中。最后将触摸屏，PLC，变频器，电机按系统接线图连起来,完成调试运行系统。3.7 结论通过本次系统的设计，基本掌握了触摸屏，PLC，变频器的应用。该系统可以完成电机的多段调速控制。触摸屏使PLC的输入控制更加简单，输出显示更加明确。PLC与变频器相结合容易控制电机多段调速。PLC程序编写中自动操作没有使用步进控制，及正转、反转、低速、中速、高速输出没有使用置位复位，均可尝试编写，其程序可见附录。参考文献1、EasyBuilder50
25、0编程使用手册 深圳市步进科技有限公司 2、三菱微型可编程控制器FX1S，FX1N，FX2N， FX2NC编程手册MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION 20053、变频器使用说明书 三菱机电有限公司4、艾默生EC20PLC编程手册 艾默生有限公司5、EV1000变频器使用手册 艾默生有限公司6、PLC应用技术问答 机械工业出版社2006 廖常初7、PLC基础应用 机械工业出版社2003 廖常初8、PLC应用技术 机械工业出版社2007 徐国林9、工业变频器原理及应用 电子工业出版社2006 魏召刚等西门子：中国自动化网：中国工控网：三菱电机自动化：工控大世界：六、附录使用置位/复位及步进控制的梯形图：接下图:说明：输入: 输出:X000停止按钮 Y001正转显示X001正转按钮 Y002反转显示X002反转按钮 Y003低速显示X003低速按钮 Y004中速显示X004中速按钮 Y005高速显示X005高速按钮 M6手动/自动切换按钮梯形图解析：M0被置位时，可实现电机自动状态08 步实现手动/自动切换 M0被复位时，可实现电机手动状态922 步实现电机正反转 2345步实现电机手动控制的低中高三速运转4656 步实现电机停止运转57107步实现自动运转由低速到高速的循环第 18 页 共 18 页