觸摸屏結合PLC在變頻節(jié)能系統(tǒng)中的應用

本文介紹了觸摸屏結合PLC在變頻節(jié)能系統(tǒng)中的應用，并對該系統(tǒng)中的觸摸屏頁面設計和PLC的原理及作用進行了分析。
1、引言
近幾年，隨著微電腦技術的不斷進步，人們對自動化控制系統(tǒng)要求越來越高，采用現(xiàn)代自動化控制技術對減輕勞動強度、保證工程及產品質量、加快施工速度、提高勞動生產率和降低生產建設成本起著很重要的作用。觸摸屏結合PLC在變頻節(jié)能系統(tǒng)中的應用是一種自動控制的趨勢，因為PLC本身有著運算速度高、指令豐富、功能強大、可靠性高、使用方便、編程靈活、抗干擾能力強等特點，而觸摸屏（人機介面）在工藝參數(shù)較多需要人機交互時使用又使整個自動化控制系統(tǒng)的功能得到很大的加強。
通過觸摸屏和PLC結合使用，可以在觸摸屏中直接設定目標值（壓力及溫度等），通過PLC與實際值（傳感器的測量值）進行比較運算，直接向變頻節(jié)能系統(tǒng)發(fā)出運算指令（模擬信號），調節(jié)變頻器的輸出頻率。并可實時監(jiān)控到被控系統(tǒng)實際值的大小及變頻器內的多個參數(shù)，實現(xiàn)報警、記錄等功能。一般PLC結合觸摸屏的閉環(huán)調節(jié)的變頻節(jié)能系統(tǒng)如下圖所示。

圖1

2、系統(tǒng)主要硬件組成
系統(tǒng)硬件由可編程控制器（含數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入模塊）、觸摸屏一臺、變頻器、傳感器及若干電器元件組成。各部分說明如下：
(1) PLC：選用SIEMENS公司的S7-200系列CPU224（配數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入模塊）。通過接收開關量、模擬量輸入經處理后輸出開關量、模擬量去控制繼電器的動作，同時與觸摸屏進行實時通訊，為觸摸屏的顯示提供數(shù)據，并對于觸摸屏發(fā)出的信息進行處理等。
(2) 觸摸屏采用SIEMENS公司MP370。實現(xiàn)人機對話，與PLC系統(tǒng)進行數(shù)據傳送和交換，將設定參數(shù)寫入PLC，也可將PLC、傳感器及變頻器內部參數(shù)讀入觸摸屏，實現(xiàn)了模擬量、數(shù)字量的實時監(jiān)控，目標值的設定以及報警記錄等。
(3) 變頻器：采用SIEMENS公司440系列，通過USS4協(xié)議可由觸摸屏通過PLC設置其內部參數(shù)，根據PLC發(fā)送過來的數(shù)據（模擬量）值調節(jié)水泵或風機的轉速，并將其內部運行參數(shù)反饋到PLC及觸摸屏。
(4) 壓力、溫度等傳感器：將被控制系統(tǒng)（水系統(tǒng)或風系統(tǒng)）的實際參數(shù)值轉變成電信號上傳至PLC和觸摸屏。
(5) 電氣元件：給PLC、觸摸屏、變頻器及傳感器等供電，完成各種操作及驅動等。

3、觸摸屏特點功能
觸摸屏監(jiān)控器是90年代出現(xiàn)的新型可編程終端，是新一代高科技人機界面產品。適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中應用，作為人機界面可代替普通或工控計算機，具有交互性好，可靠性高，編程簡單，與PLC聯(lián)結簡便等特點。觸摸屏的主要功能有：
(1) 主要用于實時顯示設備或系統(tǒng)在操作狀態(tài)方面的實時信息。
(2) 觸摸屏上的觸摸按鈕可產生相應的開關信號、數(shù)字信號（數(shù)值）、字符給PLC進行數(shù)據交換,從而產生相應的動作控制系統(tǒng)或設備的運行。
(3) 可多幅畫面重疊或切換顯示，顯示圖形、字符串、報警信息、歷史記錄、趨勢圖等。

4、PLC在系統(tǒng)中的作用
PLC作為控制單元，是整個系統(tǒng)的控制核心。通過接收開關量、模擬量輸入經處理后輸出開關量、模擬量去控制繼電器、變頻器及電磁閥等的動作，主要體現(xiàn)以下幾方面的作用：
1) 初始化變量，設置自由通訊口協(xié)議和中斷協(xié)議。
2) 與觸摸屏進行實時通訊，為觸摸屏的顯示提供數(shù)據，并對觸摸屏輸入的信息進行處理。
3) 完成數(shù)字量與模擬量的相互轉換。
4) 邏輯控制及PID等運算。
5) 發(fā)送模擬（數(shù)字）等調節(jié)變頻器的輸出頻率。
6) 通過USS4協(xié)議讀寫變頻器內部參數(shù)。
7) 判錯傳遞數(shù)據信息、報警信息等。

5、觸摸屏畫面設計
觸摸屏畫面由ProTool等專用軟件進行設計，然后從支持工具（個人電腦）中下載到觸摸屏即可使用。觸摸屏畫面總數(shù)應在其存儲空間允許的范圍內，各畫面之間盡量做到可相互及強制切換。

(1) 主畫面的設計
在支持工具上，創(chuàng)建一個歡迎頁面或被控主系統(tǒng)畫面作為主畫面，該畫面嫩進入到各分畫面。各分畫面均能一步返回主畫面。若是將被控主系統(tǒng)畫面作為主畫面，則應在畫面中顯示被控系統(tǒng)的一些住要參數(shù)，以便在此畫面上對整個被控系統(tǒng)有大至的了結。

(2) 控制畫面的設計
該種畫面主要用來控制被控設備的啟停及顯示變頻器內部的參數(shù)，也可將變頻器參數(shù)的設定做在其中。該種畫面的數(shù)量在觸摸屏畫面中占的最多，其具體畫面數(shù)量由實際被控設備決定。

(3) 參數(shù)設置頁面的設計
該畫面主要是對變頻器的內部參數(shù)進行設定，同時還應顯示參數(shù)設定完成的情況，實際制做時還應考慮加密的問題。

(4) 實時趨勢頁面的設計
該畫面住要是以曲線記錄的形式來顯示被控值、變頻器的主要工作參數(shù)（如輸出頻率）等的實時狀態(tài)。

(5) 信息記錄頁面的設計
該畫面主要是記錄可能出現(xiàn)的設備損壞、過載、數(shù)值超范圍和系統(tǒng)急停等故障。另外該畫面還可記錄各設備啟停操作，作為憑證。

(6) 節(jié)能畫面的設計
該畫面主要是記錄和顯示變頻器的累積用電數(shù)及實時節(jié)電狀態(tài)，以便向用戶展示變頻節(jié)能的好處，也可用來與其它的節(jié)電測量作比較。

6、結束語
在變頻節(jié)能系統(tǒng)中采用觸摸屏作為人機交互工具，簡單直觀，便于操作；提高了整個變頻節(jié)能系統(tǒng)以及企業(yè)的硬件檔次。隨著微電腦技術的不斷發(fā)展，觸摸屏本身的成本也在不斷的降低，再與PLC在系統(tǒng)中結合使用，在幾乎未提高系統(tǒng)裝置多少成本的前提下，就實現(xiàn)了整個被控系統(tǒng)的質的飛躍，這種結合必將更多的應用在未來的各種生產系統(tǒng)中，并成為自動化控制發(fā)展的一個亮點。