第四屆2006年度中國工控及自動化領域優秀案例用戶獎

摘 要：
本文介紹了觸摸屏與PLC在變頻節能系統中的應用及觸摸屏頁面設計和PLC的程序設計。

關鍵詞：
觸摸屏 PLC 變頻節能 閉環控制

1、 引言
　　觸摸屏是一種新型可編程控制終端，是新一代高科技人機界面產品，適用于現場控制，可靠性高，編程簡單，使用維護方便。在工藝參數較多又需要人機交互時使用觸摸屏，可使整個生產的自動化控制的功能得到大大的加強。
　　PLC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。近幾年，隨著科學技術的不斷進步，各行業對其生產設備和系統的自動化程度要求越來越高，采用現代自動化控制技術對減輕勞動強度、優化生產工藝、提高勞動生產率和降低生產成本起著很重要的作用。觸摸屏結合PLC在閉環控制的變頻節能系統中的應用是一種自動控制的趨勢。
　　觸摸屏和PLC在閉環控制的變頻節能系統中的使用，可以讓操作者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，直接向變頻節能系統發出運算指令（模擬信號），調節變頻器的輸出頻率。并可實時監控到被控系統實際值的大小及變頻器內的多個參數，實現報警、記錄等功能。一般PLC結合觸摸屏的閉環調節的變頻節能系統如下圖所示。

2、閉環控制的變頻節能系統用途很廣，各種場合的變頻節能系統的拖動方式及控制方式各有不同，具體應用時應根據實際情況選擇設計。下面列舉一些：
　　中央空調節能：冷凍泵、冷卻泵、主機、卻塔風機、風機盤管等。
　　恒壓供水：水廠一、二級泵，供水管網增壓泵、大廈供水水泵等
鍋爐：引風機、送風機、給水泵等，變頻節能系統的控制調節預處理信號由鍋爐自動控制系統、DCS或多沖量控制系統給出。
　　汽輪機：循環泵、凝結泵等，其控制調節預處理信號由汽輪機自動控制系統及DCS給出。
　　純水處理系統：軟化水泵、增壓泵等。
　　潔凈室：增壓風機、FFU群控等等。

3、整個閉環控制的變頻節能系統的組成設備及其作用：
　　(1)PLC選用SIEMENS公司的S7-200系列：由CPU224XP、DI/DO模塊、AI/AO模塊組成。PLC作為控制單元，是整個系統的控制核心。其主要的作用要體現以下幾方面：
　　①完成對系統各種數據的采集以及數字量與模擬量的相互轉換。
　　②完成對整個系統的邏輯控制及PID調節的運算。
　　③向觸摸屏提供所采集及處理的數據，并執行觸摸屏發出的各種指令。
　　④將PID運算的數據結果轉換成模擬信號，作為調節變頻器的輸出頻率的控制信號。
　　⑤通過通信電纜及USS4協議完成對變頻器內部參數讀寫及控制。

(2)觸摸屏采用SIEMENS公司MP370： 其主要作用如下:
　　①可實時顯示設備和系統的運行狀態。
　　②通過觸摸向PLC發出指令和數據,再通過PLC完成對系統或設備的控制。
　　③可做成多幅多種監控畫面，替代了傳統的電氣操作盤及顯示記錄儀表等，且功能更加強大。

(3)變頻器：采用SIEMENS公司440系列，通過USS4協議可由觸摸屏通過PLC設置其內部的部分參數，根據PLC發送過來的數據（模擬量）值調節水泵或風機的轉速，并將其內部運行參數反饋到PLC。

(4)壓力、溫度等傳感器：將被控制系統（水系統或風系統）的實際參數值轉變成電信號上傳至PLC。

(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。

4、 觸摸屏畫面設計
　　觸摸屏畫面由ProTool等專用軟件進行設計，然后先通過編程電腦調試，合格后再下載到觸摸屏。觸摸屏畫面總數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
　　一般的，可用歡迎畫面或被控系統的主系統畫面作為主畫面，該畫面可進入到各分畫面。各分畫面均能一步返回主畫面。若是將被控主系統畫面作為主畫面，則應在畫面中顯示被控系統的一些住要參數，以便在此畫面上對整個被控系統有大致的了結。

（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，也可將變頻器參數的設定做在其中。該種畫面的數量在觸摸屏畫面中占的最多，其具體畫面數量由實際被控設備決定。
　
（3）參數設置頁面的設計
　　該畫面主要是對變頻器的內部參數進行設定，同時還應顯示參數設定完成的情況，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（如輸出頻率）等的實時狀態。
　
（5）信息記錄頁面的設計
　　該畫面主要是記錄可能出現的設備損壞、過載、數值超范圍和系統急停等故障。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及實時節電狀態，以便向用戶展示變頻節能的好處，也可用來與其它的節電測量作比較。

5、 PLC程序設計
　　PLC程序由S7-200專用編程軟件進行設計，然后通過編程電腦下載到PLC進行聯機調試，合格后即可使用。PLC在編程前應先對各功能程序段的地址進行規劃，以免重復使用同一地址，造成誤動。

（1）邏輯功能的設計
　　這部分程序主要是完成各變頻器、水泵（或風機）的啟動停止、聯動、聯鎖及自動投切等等功能，一般在離線狀態下就能完成軟件邏輯功能的測試。
　
（2）PID功能的設計
　　通過S7-200中的PID向導可完成PID調節程序，具體應用時需根據實際被控設備及采樣設備決定其配置。

（3）采樣程序的設計
　　采樣元件使用標準配置時，應注意采樣A/D轉換后的具體數據是否與PID及顯示等程序配套，實際制做時還應考慮采樣是多路且相關聯的情況。
　
（4）PLC與變頻器通信程序的設計
　　SIEMENS S7-200PLC與SIEMENS 430等變頻器的通信一般使用USS4協議程序來完成，該程序的主要目的是監控變頻器的實時運行狀態。
　
（5）其它輔助程序的設計
　　PLC程序在實際編程過程中，需考慮對一些程序進行修補，盡量減少程序漏洞，反復推敲，不斷的總結完善。

結束語
　　在閉環控制的變頻節能系統中采用觸摸屏可以使用戶簡單直觀監控整個中央空調變頻節能系統及與其相關聯的設備和系統，提高了整個被控系統以及企業的自動化程度和硬件檔次。隨著微電腦技術的不斷發展，觸摸屏本身的成本也在不斷的降低，再與PLC在系統中使用，實現了整個被控系統自動化程度的質的飛躍，這必將使觸摸屏與PLC被更多的應用在未來的各種生產系統中，并成為自動化控制發展的一個亮點。