基于小型PLC和MCGS触摸屏的变频调速系统设计.docx

基于小型 PLC 和 MCGS 触摸屏的变频调速系统设计李 宁（广西机电职业技术学院电气工程系，广西 南宁 530007）【摘 要】 介绍基于国产西门子 CTS7-114 小型 PLC 和昆仑通态触摸屏的电动机变频调速系统的硬件及软件设计。调速系 统同时采用触摸屏和外部按钮控制两种方式，提高调速系统运行的可靠性，控制程序设计简单实用。经试验运行，该系统具有运行安 全稳定、人机界面友好的特点，是一种简单、安全、实用的工业控制系统应用。【关键词】 可编程控制器；触摸屏；变频器；调速系统【中图分类号】【文献识别码】 A【文章编号】2095-3518（2014）10-61-02TP231前言随着工业自动化技术的发展，越来越多的现场操作和设备 使用都通过人机界面（HMI）实现，可编程控制器（PLC）强大的数 据处理能力也需要有一种能与之对接而又操作简单的人机界面 的出现，触摸屏就是这样一种新型可编程控制终端。它替代传的通断，从而实现通过按钮 SB1、SB2 利用 PLC 接通断开变频器电源的功能。L1L2L3QF1FU~380~220KM或动画形式描绘自动控制过程，并简化了 PLC 的控制程序。随着工业控制过程对设备的小型化、智能化、易操作化要求地不断 提高，基于 PLC、触摸屏、变频器的交流调速系统的应用前景十 分广阔，而这三者组成的调速系统可以应用于很多工控系统。 因此，对该调速系统的研究具有重要现实意义。R ST STF STR RL RH RMRESQF2Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.6 2L Q1.0LMI0.0交流SB1直流SB2I0.1-+I0.3AC U V WTPC7062KS触摸屏2系统设计要求在调速系统的设计中，我们选用国产西门子 CTS7-114 小型 PLC 作为控制核心单元，昆仑通态的 TPC7062KS 触摸屏作为参 数输入单元，三菱 FR-A740-1.5K-CHT 作为执行单元，三者共同 构成一个调速控制系统，使用一台 3KW 的交流电动机作为控制 对象。要求触摸屏或外部按钮两种开关量输入方式可以冗余， 实现对电动机的启动、停止、正转、反转和速度选择的备用控制， 触摸屏上对各个开关量和故障状态有指示灯显示。M+-KMM图 1 电气原理图3.2 硬件模块之间的通讯（1）控制程序编制与下载。PLC 程序和组态监控程序在 PC 机上完成编制调试，然后通过专用电缆与 PLC、触摸屏连接通 信，直接下载到 PLC 和触摸屏各自的程序存储器中；（2）PLC 与变频器的连接。国产西门子 CTS7-114PLC 作为 核心控制器，它是具有 14 个输入点、10 个输出点的小型可编程 控制器，它拥有内置的高性能微处理器和核心运算控制系统，主 模块上集成了 2 个串口 PORT0、PORT1。PLC 与变频器可以通 过串口采用 RS485 方式通信连接，也可以通过普通接线的方式 连接，本项设计中 PLC 通过直接接线的方式控制变频器实现多 段转速控制；（3）变频器的参数设定。三菱 FR-A740 变频器采用磁通矢 量控制，内置独立 RS485 通讯口，可实现 1Hz 运行 150%转矩输 出、PID 控制、15 段速度、柔性 PWM 等多种功能，是一款能在恶 劣的工作环境中安全稳定运行的变频器。本项设计中，需对变3控制系统硬件构成和通信3.1 控制系统硬件设计控制系统的硬件结构主要包括：可编程控制器、变频器、触 摸屏、直流稳压电源。控制系统电气原理如图 1 所示，低压断路 器 QF1 作为电源隔离开关，同时用于短路和过载保护；24V 交- 直流电源模块为触摸屏供电；变频器的 U、V、W 端子接电动机， 变 频 器 的 STF、STR、RL、RH、RM、COM 端 子 分 别 与 PLC 的 Q0.0~Q0.4、COM 端子依次相接，通过控制 PLC 的 Q0.2~Q0.4 输 出的不同组合方式 ，实 现对电动机不同速度的控制 ；PLC 的 Q0.0~Q0.1 控制实现变频器的正反转方向控制；Q0.6 实现对电动 机重启的控制；Q1.0 实现 PLC 控制对交流接触器 KM 线圈电源【第一作者】李宁（1978-），男，广西南宁人，工学硕士，副教授、工程师，研究方向：控制理论与控制工程。【基金项目】广西壮族自治区高等学校科学研究项目（LX2014548）61FR-A740S7-200频器功能码进行如下设置：Ⅰ上限频率 Pr1=50Hz； Ⅰ下限频率 Pr2=0Hz； Ⅰ基底频率 Pr3=50Hz； Ⅰ加速时间 Pr7=2s； Ⅰ减速时间 Pr8=2s；Ⅰ电子过电流保护 Pr9=电动机的额定电流；Ⅰ操作模式选择（组合）Pr79=3；Ⅰ 多 段 速 度 设 定 Pr4=10Hz，Pr5=20Hz，