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1、 漯 河 職 業 技 術 學 院 Luohe Vocational Technology College毕业论文題目：基于触摸屏控制系统设计专 业： 电气自动化 班 级 ： 电气（3）班 姓 名： 李 会 斌 指导教师： 张 池 2014年2月20日摘 要本次课题主要介绍基于可编程控制器的变频调速的若干成果，在本次设计中我们的设计系统主要有PLC,变频器，触摸屏，电动机等几部分组成。经过此次设计使我们对所有器件有了新的认识，尤其是对PLC有了更多的了解：它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各
2、种类型的机械或生产过程。可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。目前PLC已基本替代了传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，PLC已跃居工业自动化三大支柱的首位。首先我们查阅各个器件的资料，先对其有个明确的认识，然后通过老师的指点了解整个系统的大概，画出原理图框后将硬件设备连接起来，接着通过学习GX developer 编程软件将所用的设备用程序连在一起，然后调试并最终完成项目。本次设计综合应用电子学与机械学知识去解决基于可编程控制器的变频调速系统，本次设计选用了三相异步交流电机，而PLC与交流电机无论
3、是在工业还是在生活中都是应用最广的，因此此次设计具有相当的使用价值。关键词：PLC, 变频器，触摸屏， 电动机，GX developerAbstractThis paper mainly introduces some achievements of VVVF based on programmable logic controller, in this design design system we are PLC, touch screen, frequency converter, motor and other parts. Through this design gives us a
4、 new understanding on all devices, especially have more understanding of the PLC: it uses a kind of programmable memory, used in its internal storage procedures, to perform the logic operation, sequence control, timing, counting and arithmetic operations such as user oriented instructions, and throu
5、gh digital or analog input / output control all kinds of machinery or production process. Programmable logic controller (PLC) is a microprocessor as the core, the automatic control device that developed the automatic control technology, computer technology and communication technology com. and new i
6、ndustry. At present, PLC has basically replaced the traditional relay control and is widely used in various fields of industrial control, PLC has leapt to the three pillars of the first industrial automation. First, we examine the device information, to have a clear understanding of, and then throug
7、h the teachers guidance to know about the whole system, draw the principle frame after connecting the hardware devices, and then through the study of GX developer programming software will be used equipment program together, then debug and final completion of the project.The integrated application d
8、esign of electronics and mechanics knowledge to the solution of variable frequency speed regulation system based on programmable controller, the design of the three-phase asynchronous motor, PLC and AC motor both in the industry and is the most widely applied in life, so it has considerable value in
9、 this design.Keywords: PLC, frequency converter, motor, touch screen, GX developer摘 要2第一章 绪论51.1课题来源：51.2 PLC控制及发展51.3控制系统人机界面作用及发展5第二章 系统的总体设计72.1控制方式72.2硬件连接72.3各元器件的选择82.3.1 PLC的分类及选择82.3.2 触摸屏的分类与选型92.3.3 电动机的选型102.3.4 电动机正反转控制电路图112.3.5 VFD的分类及选择12第三章 触摸屏的程序设计与组成143.1变频器控制说明:143.2可编程序控制器PLC的程序设
10、计143.3触摸屏的画面组态17第四章 调试运行184.1系统通信的连接184.2变频器的参数设置19第五章 总结23鸣谢24参考资料25第一章 绪论1.1课题来源：运输带输送是基于PLC的自动控制系统，它在水泥、煤炭、冶金、化工、饲料、食品等行业有很广泛的应用。具有功能全面，灵活性强，性价比高等特点，受到连续配料系统集成商和用户的欢迎。该系统集现代物流技术、仓储技术、自动化技术于一体，是CIMS中的重要环节，在国外已经得到较广泛的应用，该技术也正在逐渐地应用于我国许多行业中。1.2 PLC控制及发展PLC是一种以微处理器为基础的通用工业自动控制装置，它综合了现代计算机技术、自动控制技术和通讯
11、技术，具有体积小、功能强、程序设计简单、维护方便、可靠性高等优点，特别适于在恶劣的工业环境中使用，被称为现代工业自动化的支柱之一。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,PLC自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控
12、制器质量优良，功能强大。起源：1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。1.3控制系统人机界面作用及发展人机界面装置是操作人员与PLC之间双向沟通的桥梁，很多工业被控对象要求控制系统具有很强的人机界面功能，用来实现操作人员与计算机控制系统之间的对话和相互作用。人机界面装置用来显示PLC的I/O状态和各种系统信息，接收操作人员发出的各种命令和设置的参数，并将
13、它们传送到PLC。人机界面装置一般安装在控制屏上，必须能够适应恶劣的现场环境，其可靠性应与PLC的可靠性相同。 过去用按钮、开关和指示灯等作人机界面装置，它们提供的信息量少，而且操作困难，需要熟练的操作人员来操作。如果用七段数字显示器来显示数字，用拨码开关来输入参数，占用的PLC的I/O点数多，硬件成本高，有时还需要自制印制电路板。 在环境条件较好的控制室内，可以用计算机作人机界面装置。早期的工业控制计算机用CRT显示器和薄膜键盘作工业现场的人机界面，它们体积大，安装困难，对现场环境的适应能力差。现在基本上都使用基于液晶显示器(LCD)的操作员面板和触摸屏。 人机界面(Human Machin
14、e Interface)又称人机接口，简称为HMI。从广义上说，HMI泛指计算机（包括PLC）与操作人员交换信息的设备。在控制领域，HMI一般特指用于操作人员与控制系统之间进行对话和相互作用的专用设备。西门子公司的手册将人机界面装置统称为HMI设备，本书一般将它们简称为HMI设备。 人机界面是按工业现场环境应用来设计的，正面的防护等级为IP65，背面的防护等级为IP20，坚固耐用，其稳定性和可靠性与PLC相当，能够在恶劣的工业环境中长时间连续运行，因此人机界面是PLC的最佳搭档。 人机界面用于承担下列任务： 过程可视化：在人机界面上动态显示过程数据（即PLC采集的现场数据）。 操作员对过程的控
15、制：操作员通过图形界面来控制过程。例如，操作员可以用 触摸屏画面上的输入域来修改控制系统的参数，或者用画面上的按钮来起动电 动机。 显示报警：过程的临界状态会自动触发报警，例如当变量超出设定值时。 记录（归档）功能：顺序记录过程值和报警信息，用户可以检索以前的生产数据。 输出过程值和报警记录：例如可以在某一轮班结束时打印输出生产报表。 过程和设备的参数管理：将过程和设备的参数存储在配方中，可以一次性将这些参数从人机界面下载到PLC，以便改变产品的品种。 在使用人机界面时，需要解决画面设计和与PLC通信的问题。人机界面生产厂家用组态软件很好地解决了这两个问题。组态软件使用方便、易学易用。使用组态
16、软件可以很容易地生成人机界面的画面，还可以实现某些动画功能。人机界面用文字或图形动态地显示PLC中开关量的状态和数字量的数值。通过各种输入方式，将操作人员的开关量命令和数字量设定值传送到PLC。第二章 系统的总体设计2.1控制方式该传送带控制系统的设计控制方式是以PLC程序设计为主体的变频器、触摸屏综合控制。2.2硬件连接2.3各元器件的选择2.3.1 PLC的分类及选择 可编程控制器（Programmable logical controller）是20世纪70年代以来微型处理器为核心，综合计算机技术，自动控制计数和通信技术发展起来的，一种新型工业自动控制装置，由于它具有功能强、可靠性高、配
17、置灵活、使用方便及体积小、重量轻等优点，使其在自动化控制的各个领域得到了广泛的应用。 世界上生产PLC产品的厂家多达200多个，其中比较著名的有美国的AB、通用(GE)，日本的三菱(MITSBISHI)、 欧姆龙(OMRON)、松下，德国的西门子(SIEMENS)，韩国的三星(SUMSUNG)、 LG等。通过对本次设计的研究及结合现实的实验条件，我们选择日本三菱(MITSBISHI)的FX2N系列PLC。三菱公司的PLC产品包括FX1N 、FX2N 、FX3U 、Q系列等。FX2N系列PLC具有体积小、速度快、标准化，具有多种（RS-232C/RS-422/RS-485)串行通信模块和功能扩展
18、板支持网络通信能力，功能更强，可靠性更高的优点。2.3.2 触摸屏的分类与选型随着多媒体信息查询设备的与日俱增，触摸屏已经走进人们日常生活生产中，因为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。它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。触摸屏的应用更简单地实现了现代工业自动化生产的操作与监控。 从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。目前市场上流行触摸屏品牌有三菱系列，松下系列，西门子系列，LBM系列，得丽珑系列等
19、。通过本次系统通信控制研究，本着以人为本，科学发展，合理利用有效资源的原则我们选用三菱系列F940GOT。三菱公司生产的GOT有F900系列，A900系列，GT11系列，GT15系列等几十个系列。F940在目前市场应用较为广泛，并且能与三菱的FX系列，A系列PLC进行通信连接使用，也可以与三菱变频器连接。凭借着其价格低廉、画面清晰、亮度高、易于交互、专业化、多媒体化、立体化的独特优点在工业自动化控制中广泛应用。2.3.3 电动机的选型电动机的使用和控制非常方便，具有自启动、加速、制动、反转、等能力能满足各种运行要求。由于它没有烟尘、气体、不污染环境，噪声也小的一系列优点，所以在工农业生产、交通
20、运输、国防、商业及家用电器、医疗电器等方面广泛应用。图2-2系统给定参考图如图2-2所示给定参数：牵引力：3kN；速度：1.2m/s；传送带滚筒直径220mm根据系统给定参数要求，我们可以计算出P=FV=TW 已知 F=3000N V=1.2 P=3000*1.2=3600W P总=P/0.9=3.6KW/90%=4KW 与变频器相符合的四极 P=2 n=60F/P（1-S)=1500(1-S) S:滑差率 一般取0.05 所以 n=1425r/min根据查表所得 电机容量是四千瓦 转速1425r/min 选择电机型号为 Y112M-4 2.3.4 电动机正反转控制电路图2.3.5 VFD的分
21、类及选择变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。世界上生产变频器产品的厂家多达160多个，其中比较著名的有美欧的AB、通用(GE)、施耐德、艾默生，日本的三菱(MITSBISHI)、 欧姆龙(OMRON)、东芝、松下，台湾的台达、普传、三基，德国的西门
22、子(SIEMENS)，韩国的三星(SUMSUNG)、 LG等。通过对本次系统电动机参数研究及结合PLC通讯的要求，我们选择日本三菱(MITSBISHI) FR-S500系列变频器。三菱公司的VF产品包括FR-F700、FR-A700、FR-E700、FR-D700、FR-S500等。FR-S500系列VF功率范围：0.47.5KW (三相380V FR-S500系列)采用磁通矢量控制，实现1Hz运行150%转矩输出，PID调节，15段速度等多功能选择。内置独立RS485通讯口柔性PWM，实现更低噪音运行。具有轻松调速，调速范围广，相应速度快，控制精度高，提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自
23、动化程度、提高生活质量及改善生活环境，节约能源、降低生产成本等优点。 2.3.6 变频器端子接线图第三章 触摸屏的程序设计与组成3.1变频器控制说明: 1.当M10接通一次后变频器进入正转状态。 2.当M11接通一次后变频器进入停止状态。 3.当M12接通一次后变频器进入反转状态。 4.当M13接通一次后读取变频器的运行频率。 5.当M14接通一次后写入变频器的运行参数3.2可编程序控制器PLC的程序设计3.3触摸屏的画面组态停止键： 动作软元件连接的是开关键 M11OFF 显示黄色ON 显示绿色正转键：动作软元件连接的是开关键 M10OFF 显示黄色ON 显示绿色反转键：动作软元件连接的是开
24、关键 M12OFF 显示黄色ON 显示绿色变频器的读取运行频率：显示窗口连接的软元件是 D700变频器的写入运行频率：显示窗口连接的软元件是 D400第四章 调试运行4.1系统通信的连接三菱PLC：FX2N+FX2N-485-BD三菱变频器：A500系列、E500系列、F500系列、F700系列、S500系列两者之间通过网线连接（网线的RJ45插头和变频器的PU插座接），使用两对导线连接，即将变频器的SDA与PLC通讯板（FX2N-485-BD）的RDA接，变频器的SDB与PLC通讯板（FX2N-485-BD）的RDB接，变频器的RDA与PLC通讯板（FX2N-485-BD）的SDA接，变频器
25、的RDB与PLC通讯板（FX2N-485-BD）的SDB接，变频器的SG与PLC通讯板（FX2N-485-BD）的SG接。E500、S500系列变频器PU端口：图3.1图3.24.2变频器的参数设置一、三菱变频器的设置PLC和变频器之间进行通讯，通讯规格必须在变频器的初始化中设定，如果没有进行初始设定或有一个错误的设定，数据将不能进行传输。注：每次参数初始化设定完以后，需要复位变频器。如果改变与通讯相关的参数后，变频器没有复位，通讯将不能进行。参数号 名称 设定值 说明Pr.117 站号 0 设定变频器站号为0Pr.118 通讯速率 96 设定波特率为9600bpsPr.119 停止位长/数据
26、位长 11 设定停止位2位，数据位7位Pr.120 奇偶校验有/无 2 设定为偶校验Pr.121 通讯再试次数 9999 即使发生通讯错误，变频器也不停止Pr.122 通讯校验时间间隔 9999 通讯校验终止Pr.123 等待时间设定 9999 用通讯数据设定Pr.124 CR，LF有/无选择 0 选择无CR，LF对于122号参数一定要设成9999，否则当通讯结束以后且通讯校验互锁时间到时变频器会产生报警并且停止（E.PUE）。对于79号参数要设成1，即PU操作模式。注：以上的参数设置适用于A500、E500、F500、F700系列变频器。当在F500、F700系列变频器上要设定上述通讯参数，
27、首先要将Pr.160设成0。对于S500系列变频器(带R)的相关参数设置如下：参数号 名称 设定值 说明n1 站号 0 设定变频器站号为0n2 通讯速率 96 设定波特率为9600bpsn3 停止位长/数据位长 11 设定停止位2位，数据位7位n4 奇偶校验有/无 2 设定为偶校验n5 通讯再试次数 - - - 即使发生通讯错误，变频器也不停止n6 通讯校验时间间隔 - - - 通讯校验终止n7 等待时间设定 - - - 用通讯数据设定n8 运行指令权 0 指令权在计算机n9 速度指令权 0 指令权在计算机n10 联网启动模式选择 1 用计算机联网运行模式启动n11 CR，LF有/无选择 0
28、选择无CR，LF对于79号参数设成0即可。注意：当在S500系列变频器上要设定上述通讯参数，首先要将Pr.30设成1。“扩张功能显示选择”参数P30的设定值从0变为1，可以显示变频器所有的参数。 参数清零步骤： 1、选择PU操作模式； 2、按MODE键，进入参数设定模式； 3、拨动设定用旋钮，选择参数号码Clr； 4、按SET键，读出当前的设定值； 5、拨动设定用旋钮，吧设定值变为1； 6、按SET键，完成设定。注意：无法显示Clr时，将P30设为1，无法清零是将P79改为1。二、三菱PLC的设置三菱FX系列PLC在进行计算机链接（专用协议）和无协议通讯（RS指令）时均需对通讯格式（D8120
29、）进行设定。其中包含有波特率、数据长度、奇偶校验、停止位和协议格式等。在修改了D8120的设置后，确保关掉PLC的电源，然后再打开。在这里对D8120设置如下：RS485b15 b00000 1100 1000 1110 0 C 8 E 即数据长度为7位，偶校验，2位停止位，波特率为9600bps，无标题符和终结符，没有添加和校验码，采用无协议通讯（RS485）。4.3变频器的运行结果 其运行结果是当按着触摸屏的正转的时候，其信号经过触摸屏控制变频器使电机正转。当按触摸屏上的停止的时候电机停止。当按着反转的时候电机反转。图3.3第五章 总结本次设计主要以PLC和变频器为主，PLC是能进行行逻辑
30、运算，顺序运算，计时，计数，和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程的工业计算机。它灵活、通用、I/O接口丰富，可靠性高、抗干扰能力强，编程简单、使用方便，设计施工周期短、接线简单、维护工作量小，体积小，重量轻、能耗低、易于实现机电一体化，联网方便，便于系统集成。变频器操作方便、体积小、控制性能高而成为目前世界上最受欢迎的调速方式，在工业工厂中应用十分广泛，所以本次设计课题为我们今后到工厂发展打下很好的铺垫，很有实用价值。 该设计中还存在有很大的不足，各种元器件的选择受经济、环境等因素的影响，设计并不适用于工厂的流水线传送带使用，PLC程序在一定程度
31、上还需要很大的优化。 同时在这次设计中，我发现自己的专业课知识有很大的不足，在程序及硬件组合搭配上还有待学习。鸣谢毕业设计的完成，就意味着大学三年的生活即将结束。当我写完这篇毕业设计的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。该毕业设计是在张弛老师的悉心指导下完成的，张老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作态度，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风尚，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。感谢与我同课题的同学们，与他们的交流使我获益良多，时间上的仓促和专业知识的不足，这篇毕业设计还存在有很多的不足，恳请阅读此毕业设计的老师和同学，多予指正，在此不胜感激。参考资料1 尹宏业主编.PLC可编程控制器教程. 航空工业出版社 1997.082 于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京清华大学出版社.20043 原魁.变频器基础及应用.冶金工业出版社2005.7.14 陈相志、郭艳萍交直流调速系统.人民邮电出版社2011.25 李方园.变频器应用技术.科学出版社.2010.9第二版6 郭艳萍。电气控制与PLC应用.人民邮电出版社2010.27 三菱变频调速器FR-S500 使用手册8 GX developer编程软件使用手册9 GTDesigner软件使用手册10 FX系列PLC-FX2N硬件手册11 更多资料来自网络百度
