西門子TD400觸摸屏
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西門子plc之s7家族
的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與s7-200 plc比較，
s7-300 plc采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運(yùn)算速度；
用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；
方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在s7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。simatic人機(jī)界面（hmi）從s7-300中取得數(shù)據(jù)，
若干個(gè)模塊，如cpu模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。其中各模塊功能比較單一，模塊的種類卻日趨豐富。比如，一些可編程序控制器，除了－些基本的i/o模塊外，還有一些特殊功能模塊，像溫度檢測(cè)模塊、位置檢測(cè)模塊、pid控制模塊、通訊模塊等等。組合式結(jié)構(gòu)的plc特點(diǎn)是cpu、輸入、輸出均為獨(dú)立的模塊。模塊尺寸統(tǒng)一、安裝整齊、i/o點(diǎn)選型自由、安裝調(diào)試、擴(kuò)展、維修方便。
當(dāng)人們必須使用執(zhí)行各種任務(wù)的機(jī)械和設(shè)備（從轉(zhuǎn)筒式干燥機(jī)到廢物壓實(shí)機(jī)）進(jìn)行作業(yè)時(shí)，需要監(jiān)視和操作員控制設(shè)備。為您的具體任務(wù)找到合適的設(shè)備并不難。面臨的挑戰(zhàn)是找到一個(gè)不會(huì)過時(shí)、靈活的解決方案，該解決方案既可集成到更高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)中，又可滿足對(duì)透明度和數(shù)據(jù)提供提出的日益增長(zhǎng)的需求。多年來(lái)，SIMATIC HMI 面板已在所有工業(yè)領(lǐng)域的各種不同應(yīng)用中證明了它們的價(jià)值。目前使用的系統(tǒng)范圍與相應(yīng)設(shè)備中的應(yīng)用程序和技術(shù)的范圍一樣廣泛。
西門子觸摸屏總代理商西門子觸摸屏總代理商西門子觸摸屏總代理商
通過產(chǎn)品系列 SIMATIC WinCC（TIA 博途）、SIMATIC WinCC 和 SIMATIC WinCC Open Architecture，SIMATIC HMI 涵蓋了適用于人機(jī)界面的整個(gè)工程組態(tài)和可視化軟件產(chǎn)品系列。
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面向機(jī)器級(jí)和 SCADA 解決方案的創(chuàng)新、高效、可擴(kuò)展和開放式軟件
通過 SIMATIC WinCC (TIA Portal)、SIMATIC WinCC 和 SIMATIC WinCC Open Architecture 產(chǎn)品系列，SIMATIC HMI 提供了適用于從機(jī)器級(jí)直至 SCADA 系統(tǒng)的整個(gè) HMI 產(chǎn)品系列的可視化和組態(tài)軟件：
WinCC (TIA Portal) 基于中央工程組態(tài)框架 Totally Integrated Automation Portal（TIA 博途），該框架為用戶提供了用于完成所有自動(dòng)化任務(wù)的統(tǒng)一、高效和直觀的解決方案。SIMATIC WinCC（TIA 博途）覆蓋機(jī)器級(jí)區(qū)域中的應(yīng)用程序和過程可視化中的應(yīng)用程序或 SCADA 環(huán)境。WinCC（TIA 博途）提供統(tǒng)一的可擴(kuò)展組態(tài)工具 WinCC Basic、Comfort、Advanced 和 Professional，用于組態(tài)當(dāng)前的 SIMATIC 人機(jī)界面設(shè)備：
另外，WinCC（TIA 博途）還提供：
現(xiàn)代工廠中的數(shù)據(jù)量在不斷增長(zhǎng)，隨之而來(lái)的是所用的 SCADA 解決方案面臨面對(duì)的挑戰(zhàn)：必須對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期管理和歸檔。這導(dǎo)致對(duì)性能的要求不斷提升。另外，來(lái)自客戶環(huán)境的各種工藝也正在源源不斷地進(jìn)入到各種工業(yè)應(yīng)用中。全球化趨勢(shì)需要將在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的更高級(jí) SCADA 系統(tǒng) – 對(duì)工廠信息的移動(dòng)訪問需求也隨之不斷上升。在所有這些要求中，面對(duì)不斷攀升的能源成本，最需要提高的是能源效率和生產(chǎn)效率
SIMATIC SCADA 憑借其源源不斷的創(chuàng)新性 ，完全能夠滿足未來(lái)的需求
效率
效率：作為提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，SIMATIC SCADA 結(jié)合了高效的工程組態(tài)、強(qiáng)大的歸檔功能以及最強(qiáng)的數(shù)據(jù)安全性。這些功能特性是高效運(yùn)行管理和智能生產(chǎn)分析的基礎(chǔ)。
可伸縮性
西門子提供了可滿足日益增長(zhǎng)的需求并能保證數(shù)據(jù)安全的固定式和移動(dòng)式解決方案。為此，我們使用了 SCADA 專有技術(shù)，該技術(shù)由西門子精心開發(fā)并具有超過 15 年的跨行業(yè)資深經(jīng)驗(yàn)。無(wú)論用戶的需求大小，我們都可提供正確的解決方案。
創(chuàng)新性
通過移動(dòng)式 SCADA 解決方案，可隨時(shí)隨地掌握最新信息– 包括采用現(xiàn)今的平板電腦和智能手機(jī)硬件。工業(yè)環(huán)境中的多點(diǎn)觸控手勢(shì)操作開辟了現(xiàn)代操作方式的新途徑。
開放性
得益于國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)的支持以及系統(tǒng)內(nèi)部腳本和編程接口，可輕松響應(yīng)特殊請(qǐng)求。
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過程可視化或 SCADA 系統(tǒng)可用于所有領(lǐng)域內(nèi)的生產(chǎn)流程、機(jī)器設(shè)備與工廠的可視化與操作 — 從簡(jiǎn)單的單用戶站，直至具有冗余服務(wù)器的分布式多用戶系統(tǒng)以及帶有 Web 客戶端的跨地區(qū)解決方案。同時(shí)，WinCC 還是公司范圍內(nèi)垂直集成的信息樞紐（用于 IT 和業(yè)務(wù)集成的過程可視化平臺(tái)）。
SIMATIC SCADA 和 SIMATIC IPC
通過完美相互作用實(shí)現(xiàn)最高可用性
僅在與 SIMATIC IPC 一起訂購(gòu)的情況下
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SCADA 系統(tǒng) SIMATIC WinCC 開放式架構(gòu)專門針對(duì)客戶定制型調(diào)整要求較高的應(yīng)用、大型和/或復(fù)雜的應(yīng)用以及需要滿足特定系統(tǒng)需求和功能的項(xiàng)目等。
SIMATIC WinCC 開放式構(gòu)架特別是在聯(lián)網(wǎng)和冗余高端控制系統(tǒng)方面顯示了自己的高性能。
從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到控制站，從機(jī)器設(shè)備到公司總部 – 可保證實(shí)現(xiàn)高性能的集成通信。在每一個(gè)站，均保證擁有高度的可用性、可靠的信息、快速的交互以及優(yōu)良的用戶友好性。無(wú)需中斷過程就可以改變應(yīng)用程序。因此，收益率、效率和安全性始終處于均衡狀態(tài)。
憑借災(zāi)難恢復(fù)系統(tǒng)和 SIL3 認(rèn)證，SIMATIC WinCC 開放式架構(gòu)證明其在各種要求嚴(yán)格的應(yīng)用中的可靠性。SIMATIC WinCC 開放式架構(gòu)可以在任何平臺(tái)上使用，并且可用于 Windows、Linux、iOS 和 Android。
SIMATIC WinCC 開放式架構(gòu)向獨(dú)立的內(nèi)部開發(fā)開放，這意味著可以將想法快速、輕松地變?yōu)樾碌膽?yīng)用程序。
可靠而創(chuàng)新的 SIMATIC IPC 工業(yè) PC 是最佳 PC 硬件平臺(tái)。SIMATIC 工業(yè) PC 提供有經(jīng)濟(jì)的軟件包。運(yùn)行版包含 SIMATIC WinCC V7、WinCC Runtime Professional 或 WinCC Runtime Advanced 可視化軟件產(chǎn)品以及 SIMATIC WinAC RTX (F) 軟件控制器。同時(shí)購(gòu)買工業(yè) PC 和軟件包可享受價(jià)格優(yōu)惠。
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基于PLC與觸摸屏的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速設(shè)計(jì)
摘要:PLC 作為工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)的核心，應(yīng)用十分廣泛，如果配以觸摸屏與變頻器，更能進(jìn)一步提升自動(dòng)化程度。文章以單臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的變頻控制為例，介紹了系統(tǒng)的構(gòu)成、變頻器參數(shù)的設(shè)置、PLC 程序與西門子觸摸屏設(shè)計(jì)的過程和方法。該系統(tǒng)具有界面直觀、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性能良好、操作方便等特點(diǎn)，具有較高的推廣價(jià)值。
0 前言
三相異步電動(dòng)機(jī)可采用多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，其中的變頻調(diào)速具有調(diào)速精度高、保護(hù)功能完善、過載能力強(qiáng)、節(jié)能顯著、使用維護(hù)方便、智能化程度高和易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)調(diào)速方式，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。PLC（可編程序控制器）作為電機(jī)一體化器件，具有豐富的模塊功能及靈活的組態(tài)特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上利用觸模屏作為人機(jī)交相界面，既可以提高系統(tǒng)的可靠性，又可以靈活組態(tài)，使操縱變得簡(jiǎn)單生動(dòng)。以下以實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的變頻調(diào)速為例，論述基于PLC 與觸摸屏的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1 設(shè)計(jì)要求
（1）電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的低速（10 Hz）、高速（30Hz）正反轉(zhuǎn)控制，具有低速正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)功能；選擇高速運(yùn)行時(shí)，必須先進(jìn)行低速啟動(dòng)一段時(shí)間（由觸摸屏設(shè)定）后才轉(zhuǎn)入高速運(yùn)行，以上功能既可用外接按鈕，也可用觸摸屏控制。
（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在低速或高速正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的狀態(tài)下，按下停止后，電動(dòng)機(jī)必須以直流制動(dòng)方式進(jìn)行停車，制動(dòng)時(shí)間為2 s，直流制動(dòng)的計(jì)時(shí)時(shí)間由觸摸屏顯示。
（3）低速正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)功能控制要求為：①停車時(shí)，按下點(diǎn)動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)低速正轉(zhuǎn)運(yùn)行，松開按鈕后，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)按低速直流制動(dòng)方式停車；②當(dāng)電動(dòng)機(jī)低速正轉(zhuǎn)運(yùn)行，按下點(diǎn)動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，松開按鈕后，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)按低速直流制動(dòng)方式停車；③無(wú)論電動(dòng)機(jī)在低速反轉(zhuǎn)、高速正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的任何狀態(tài)下，按下點(diǎn)動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī)先自動(dòng)實(shí)現(xiàn)直流制動(dòng)方式停車，然后再進(jìn)行低速正轉(zhuǎn)運(yùn)行，松開按鈕后，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)低速直流制動(dòng)停車。
（4）觸摸屏要求有電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)顯示。
2 工程分析
電動(dòng)機(jī)有低速正、反轉(zhuǎn)，高速正、反轉(zhuǎn)及停止5種狀態(tài)，所以變頻器應(yīng)接受5 個(gè)輸入狀態(tài)指令。變頻器的控制方式多種多樣，常用的有數(shù)字量控制，其它的是模擬量、通訊控制等，通常該類裝置屬于現(xiàn)地控制，電動(dòng)機(jī)與控制裝置相距不遠(yuǎn)，因此采用數(shù)字量控制，由PLC 輸出。
現(xiàn)代變頻器均具有直流制動(dòng)功能，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸入停車指令，變頻器立即停止輸出，隨后將直流電源疊加到電動(dòng)機(jī)的兩相繞組上，使得電動(dòng)機(jī)立即由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)此功能只需在變頻器內(nèi)作相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。
電動(dòng)機(jī)由停車狀態(tài)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，即可正轉(zhuǎn)亦可反轉(zhuǎn)；處于某一速度運(yùn)行時(shí)，可以變向，因此需要在外部及觸摸屏上設(shè)置運(yùn)行方向選擇按鈕。當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于低速狀態(tài)時(shí)按壓高速運(yùn)行按鈕，可否直接轉(zhuǎn)入高速運(yùn)行？或是經(jīng)過延時(shí)后轉(zhuǎn)入高速運(yùn)行？這些不同的考慮會(huì)影響到PLC 程序的編寫，應(yīng)該從生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際情況來(lái)決定。
根據(jù)以上分析，得出PLC 輸入點(diǎn)有5 個(gè)，來(lái)自按鈕；3 個(gè)輸出點(diǎn)，占用Q0.2,Q0.1,Q0.0;Q0.2 控制運(yùn)行方向，Q0.1 與Q0.0 狀態(tài)為“01”時(shí)，電機(jī)低速運(yùn)行;為“10”時(shí)，電機(jī)高速運(yùn)行;為“00”時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。
3 設(shè)備選擇
隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，PLC、觸摸屏等自動(dòng)化產(chǎn)品的種類也越來(lái)越多。不同型號(hào)的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選用對(duì)于提高PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是非常重要的。PLC 的選擇主要應(yīng)從PLC 的機(jī)型、I/O 模塊、工作環(huán)境、通信網(wǎng)絡(luò)、與監(jiān)控系統(tǒng)的通信、可延性、售后服務(wù)與技術(shù)支持性價(jià)比等方面加以綜合考慮。此設(shè)計(jì)的I/O 點(diǎn)數(shù)較少，僅與觸摸屏通訊，無(wú)通訊網(wǎng)絡(luò)。
從售后服務(wù)與技術(shù)支持、維護(hù)方便及市場(chǎng)占有率考慮，全部采用西門子的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)有：①S7-200CPU224；②變頻器MM420；③觸摸屏K-TP178，Micro。硬件接線圖如圖1 所示。
4 PLC 程序設(shè)計(jì)
為使程序的結(jié)構(gòu)清晰，便于設(shè)計(jì)與維護(hù)，整個(gè)程序由主程序、低速子程序和高速子程序3 部分構(gòu)成。
在主程序中主要完成:①上電初始化；②運(yùn)行方向的選擇控制；③低速子程序和高速子程序的進(jìn)入控制；④選擇高速運(yùn)行時(shí)的低速啟動(dòng)時(shí)間參數(shù)的傳遞。低、高速子程序分別處理各自狀態(tài)下的各種功能要求。
（1）低速子程序：主要采用順序控制繼電器指令（LSCR,SCRT,SCRE），分為四步。第一步根據(jù)方向選擇（M20.0 的狀態(tài)）的不同進(jìn)入第二步即正轉(zhuǎn)或第三步即反轉(zhuǎn)；在第二步中，將二進(jìn)制的1 送入QB0,然后判斷M20.0 是否變位，若變位則跳轉(zhuǎn)至第三步，接著判斷是否出現(xiàn)需要制動(dòng)停車的情況，若符合，則跳轉(zhuǎn)至第四步（制動(dòng)停車）；在第三步中，將二進(jìn)制的101 送入QB0,然后判斷M20.0 是否變位，若變位則跳轉(zhuǎn)至第二步，接著判斷是否出現(xiàn)需要制動(dòng)停車的情況，若符合，則跳轉(zhuǎn)至第四步（制動(dòng)停車）；在第四步中，將二進(jìn)制的0 送入QB0,同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)2 s 的定時(shí)器T38。當(dāng)T38 時(shí)間到，如果點(diǎn)動(dòng)按鈕仍按下，則跳轉(zhuǎn)至第二步，否則退出子程序。
（2）高速子程序：采用與低速子程序相似的設(shè)計(jì)方法。當(dāng)處于高速運(yùn)行狀態(tài)，按下點(diǎn)動(dòng)按鈕后，要求電動(dòng)機(jī)先自動(dòng)實(shí)現(xiàn)直流制動(dòng)停車；然后再進(jìn)行低速正轉(zhuǎn)運(yùn)行，松開按鈕后，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)低速直流制動(dòng)停車。此功能在此子程序?qū)崿F(xiàn)，不跳轉(zhuǎn)到低速子程序，目的是避免程序的結(jié)構(gòu)松散，保持清晰性。
5 變頻器參數(shù)設(shè)置
MM420 一共有4 個(gè)數(shù)字輸入端，默認(rèn)的是5,6,7號(hào)，3 號(hào)端子默認(rèn)是模擬輸入，可以通過參數(shù)設(shè)置擴(kuò)展為第4 個(gè)數(shù)字輸入端。該設(shè)計(jì)即可用4 個(gè)數(shù)字輸入端，也可以只要默認(rèn)的3 個(gè)數(shù)字輸入端，下面的設(shè)置只利用默認(rèn)的3 個(gè)數(shù)字輸入端。P0304-P0311 為電機(jī)參數(shù)，按銘牌輸入，其它參數(shù)如下：P0700=2,P1000 =3,P0701 =16，P0702 =16,P0703=12,P1001 =10,P1002=30,P1233=2。
6 觸摸屏組態(tài)設(shè)計(jì)
上位機(jī)采用SIMATIC WinCC flexible2007 組態(tài)軟件，為用戶提供實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)計(jì)步驟如下：
（1）創(chuàng)建畫面：添加2 個(gè)畫面，畫面1 是起始畫面，放置1 個(gè)按鈕；畫面2 用于監(jiān)控，，放置6 個(gè)按鈕，“返回”切換到畫面1，其它5 個(gè)用于控制，放置2個(gè)I/O 域，用于動(dòng)態(tài)顯示直流制動(dòng)時(shí)間與低速啟動(dòng)設(shè)定時(shí)間，其它為文本域。詳見圖2。
（2） 為了滿足觸摸屏與PLC 之間的數(shù)據(jù)交換，設(shè)置如下變量：“低速啟動(dòng)時(shí)間與直流制動(dòng)計(jì)時(shí)”的數(shù)據(jù)類型為Int，作定時(shí)時(shí)間設(shè)定與制動(dòng)計(jì)時(shí)顯示用，尋址PLC 的VW?！暗退龠\(yùn)行、高速運(yùn)行、換向運(yùn)行、低速正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)、停止、顯示低速、顯示高速、顯示停止、顯示運(yùn)行方向、顯示制動(dòng)”的數(shù)據(jù)類型均為Bool,分別與PLC 某一位元件對(duì)應(yīng)，其中“低速運(yùn)行、高速運(yùn)行、換向運(yùn)行、低速正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)、停止”作控制用、“顯示低速、顯示高速、顯示停止、顯示運(yùn)行方向、顯示制動(dòng)”用于電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)顯示。
（3）函數(shù)使用。由于按鈕按下時(shí)，觸點(diǎn)接通，松手時(shí)觸點(diǎn)斷開，為此控制用的按鈕需要用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，按下時(shí)用SetBit（）、釋放時(shí)用ResetBit( )。
（4）為了顯示電機(jī)的工作狀態(tài)，將變量（例如“顯示低速”）與畫面2 文本域（“低速”）連接，選擇對(duì)象狀態(tài)屬性為“可見”，范圍為“1 至1”。
（5）通訊設(shè)置：觸摸屏與PLC 設(shè)置相同的站號(hào)、波特率。
7 程序調(diào)試
設(shè)計(jì)過程中可能會(huì)遇到各種問題，可采用分段調(diào)試，這樣便于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，及時(shí)更正。實(shí)際中，首先PLC 接上按鈕，按下列順序調(diào)試：①主程序；②低速子程序；③高速子程序。通過觀察PLC 輸出點(diǎn)的表示燈判斷程序的正確與否，然后接上觸摸屏。變頻器設(shè)置好參數(shù)后，單獨(dú)外接紐子開關(guān)調(diào)試。調(diào)試中應(yīng)注意：觸摸屏的采集周期設(shè)置100MS；K-TP 178 Micro 采用串口通訊，不能熱插拔；觸摸屏設(shè)定的時(shí)間為秒，PLC 中要用MUL 指令轉(zhuǎn)換后作為定時(shí)器的定時(shí)值。待分段調(diào)試完成后，聯(lián)機(jī)調(diào)試。結(jié)果表明，全部實(shí)現(xiàn)各種功能要求，電機(jī)運(yùn)行良好。
8 結(jié)語(yǔ)
PLC 與變頻器組成的交流調(diào)速系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、節(jié)省能源與投資等特點(diǎn)。觸摸屏的操作方便、實(shí)時(shí)性好，能夠直觀反映設(shè)備的工作狀態(tài)，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。如果有多臺(tái)電機(jī)需要聯(lián)動(dòng)控制，可進(jìn)一步通過RS485 方式的多機(jī)通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，具有推廣價(jià)值。
