摘要：介紹了觸摸屏的功能特點(diǎn)以及與PLC聯(lián)機(jī)在變頻電源系統(tǒng)中的應(yīng)用。PLC作為系統(tǒng)的控制單元在參數(shù)進(jìn)行人機(jī)交互的時(shí)候有一定欠缺，觸摸屏作為人機(jī)接口，使系統(tǒng)界面友好，簡單直觀，便于操作，在實(shí)際應(yīng)用中取得明顯效果。
關(guān)鍵詞：觸摸屏 PLC 變頻電源系統(tǒng) 人機(jī)界面
一、引言
可編程序控制器（PLC）作為中央處理單元由于其運(yùn)算速度高，指令豐富，功能強(qiáng)大，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)而廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制場合。但是由于其本身不具備人機(jī)交互功能，在工藝參數(shù)較多，需要人機(jī)交互時(shí)，使用具有觸摸操作功能的觸摸屏（Touch Panel Monitor）就是一種很好的選擇。在本套變頻電源系統(tǒng)中，通過觸摸屏和PLC結(jié)合使用，可以在觸摸屏中直接設(shè)定目標(biāo)電壓值與目標(biāo)頻率值，并可實(shí)時(shí)監(jiān)控到電源系統(tǒng)實(shí)際電流、電壓、頻率的大小，以及具有報(bào)警功能。其操作簡單，功能強(qiáng)大，界面友好直觀，在生產(chǎn)應(yīng)用中取得很好的效果。
二、系統(tǒng)硬件組成與結(jié)構(gòu)原理
本套系統(tǒng)用于變頻空調(diào)壓縮機(jī)的測試平臺(tái)。該測試平臺(tái)要求電源輸出電壓可變范圍80～480V，頻率可變范圍20～200Hz，以便對空調(diào)壓縮機(jī)的工作性能進(jìn)行全面測試。本套變頻電源系統(tǒng)由變頻器、勵(lì)磁單元、異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)機(jī)組、PLC以及人機(jī)界面組成。各部分說明如下：
1)變頻器選用ABB公司的ASC600變頻器，該系列具有高可靠性，控制精確，自保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)良等特點(diǎn)。變頻器的作用是根據(jù)PLC給定的電機(jī)速度和編碼盤反饋的實(shí)際速度值，通過一定參數(shù)的PID調(diào)節(jié)對異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在給定的轉(zhuǎn)速，從而使與電動(dòng)機(jī)同軸聯(lián)結(jié)的同步發(fā)電機(jī)輸出的電壓為給定的頻率。
2)勵(lì)磁單元采用ABB公司的直流電源DCS500。該裝置采用可控硅整流，具有良好的電流調(diào)節(jié)性能和保護(hù)功能。選擇外部控制后，可根據(jù)PLC的給定值直接控制電流，以起到調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的大小，進(jìn)而控制同步發(fā)電機(jī)的端電壓大小的作用。
3)異步電動(dòng)機(jī)與同步發(fā)電機(jī)同軸連接，通過變頻器控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以準(zhǔn)確控制發(fā)電機(jī)輸出電流的頻率大小，而同步發(fā)電機(jī)輸出電壓幅值E與磁通Φ有關(guān)，因此調(diào)節(jié)勵(lì)磁單元所提供的勵(lì)磁電流即可以控制發(fā)電機(jī)輸出電壓的幅值。最終達(dá)到電壓、頻率分別可調(diào)，波形為正弦波。
4) PLC作為控制單元，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。選用OMRON公司的CPM2A。一是輸出給變頻器轉(zhuǎn)速信號，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；二是按照一定的控制策略給出勵(lì)磁單元的控制信號，實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)輸出電壓可調(diào)。從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)變頻電源輸出頻率、幅值的連續(xù)可調(diào)。同時(shí)，與觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，為觸摸屏的顯示提供數(shù)據(jù)，并對于觸摸屏輸入的信息進(jìn)行處理等。
5) 觸摸屏采用OMRON公司NT31C。觸摸屏實(shí)現(xiàn)了電流、電壓、頻率的實(shí)時(shí)顯示，電壓、頻率目標(biāo)值的設(shè)定以及產(chǎn)生報(bào)警信息等。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：
圖1 變頻電源系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
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圖2 系統(tǒng)程序流圖
圖3 觸摸屏與支持工具、PLC之間的連接電纜
5.1歡迎頁面的設(shè)計(jì)
在支持工具上，創(chuàng)建一個(gè)歡迎頁面，整個(gè)頁面為一個(gè)透明的觸摸按鈕，其功能為切換畫面，當(dāng)點(diǎn)擊頁面任一部分時(shí)即進(jìn)入?yún)?shù)顯示頁面。當(dāng)外界無動(dòng)作時(shí)，由PLC編程實(shí)現(xiàn)30秒后，改寫狀態(tài)控制區(qū)中的數(shù)據(jù)，將參數(shù)顯示頁面載入。在歡迎頁面上的觸摸按鈕上可放置文本，對系統(tǒng)進(jìn)行說明與標(biāo)注等。
5.2參數(shù)顯示頁面的設(shè)計(jì)
在這套系統(tǒng)中，用戶需要觀察的量為輸出三相電流，電壓以及頻率的大小。因此，設(shè)置三組數(shù)字顯示區(qū)，分別顯示電壓、電流與頻率值，在數(shù)字內(nèi)存表中占據(jù)相應(yīng)的存貯空間，同時(shí)，通過數(shù)字內(nèi)存表的地址與PLC數(shù)字存儲(chǔ)區(qū)的位置對應(yīng)起來。系統(tǒng)啟動(dòng)后，由傳感器、編碼盤等將電壓、電流與頻率信號送入PLC進(jìn)行處理，因PLC數(shù)字存儲(chǔ)區(qū)的地址與PT內(nèi)存表相關(guān)聯(lián)，此時(shí)，PT就可以實(shí)時(shí)顯示這三組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的精度與位數(shù)根據(jù)實(shí)際情況在PT的數(shù)字內(nèi)存表的屬性中設(shè)置。
5.3參數(shù)設(shè)置頁面的設(shè)計(jì)
用戶需要設(shè)定的量為電壓，頻率的目標(biāo)值，這是利用撥碼開關(guān)型數(shù)字設(shè)定輸入?yún)^(qū)達(dá)到這一目的的。用戶可直接在撥碼開關(guān)上進(jìn)行增減操作以得到需要的目標(biāo)值。在撥碼開關(guān)上設(shè)定之后，點(diǎn)擊“確定”按鈕，該數(shù)值送入
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PLC目標(biāo)值保存單元，點(diǎn)擊“取消”按鈕，則維持原數(shù)值不變。數(shù)值的位數(shù)、精度以及該數(shù)值在PLC內(nèi)存單元中的地址都是在撥碼開關(guān)的屬性中設(shè)置的。見圖4所示。
圖4 參數(shù)設(shè)置頁面
圖5 系統(tǒng)工作區(qū)域