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触摸屏结合PLC在变频节能系统中的应用
1、引言
近几年，随着微电脑技术的不断进步，人们对自动化控制系统要求越来越高，采用现代自动化控制技术对减轻劳动强度、保证工程及产品质量、加快施工速度、提高劳动生产率和降低生产建设成本起着很重要的作用。触摸屏结合PLC在变频节能系统中的应用是一种自动控制的趋势，因为PLC本身有着运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、使用方便、编程灵活、抗*力强等特点，而触摸屏（人机介面）在工艺参数较多需要人机交互时使用又使整个自动化控制系统的功能得到很大的加强。
通过触摸屏和PLC结合使用，可以在触摸屏中直接设定目标值（压力及温度等），通过PLC与实际值（传感器的测量值）进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令（模拟信号），调节变频器的输出频率。并可实时监控到被控系统实际值的大小及变频器内的多个参数，实现报警、记录等功能。一般PLC结合触摸屏的闭环调节的变频节能系统如下图所示。
2、系统主要硬件组成
系统硬件由可编程控制器（含数字量输入/输出模块、模拟量输入模块）、触摸屏一台、变频器、传感器及若干电器元件组成。各部分说明如下：
(1) PLC：选用SIEMENS公司的S7-200系列CPU224（配数字量输入/输出模块、模拟量输入模块）。通过接收开关量、模拟量输入经处理后输出开关量、模拟量去控制继电器的动作，同时与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对于触摸屏发出的信息进行处理等。
(2) 触摸屏采用SIEMENS公司MP370。实现人机对话，与PLC系统进行数据传送和交换，将设定参数写入PLC，也可将PLC、传感器及变频器内部参数读入触摸屏，实现了模拟量、数字量的实时监控，目标值的设定以及报警记录等。
(3) 变频器：采用SIEMENS公司440系列，通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部参数，根据PLC发送过来的数据（模拟量）值调节水泵或风机的转速，并将其内部运行参数反馈到PLC及触摸屏。
(4) 压力、温度等传感器：将被控制系统（水系统或风系统）的实际参数值转变成电信号上传至PLC和触摸屏。
(5) 电气元件：给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电，完成各种操作及驱动等。
3、触摸屏特点功能 触摸屏监控器是90年代出现的新型可编程终端，是新一代高科技人机界面产品。适于在恶劣的工业环境中应用，作为人机界面可代替普通或工控计算机，具有交互性好，可靠性高，编程简单，与PLC联结简便等特点。触摸屏的主要功能有：
(1) 主要用于实时显示设备或系统在操作状态方面的实时信息。
(2) 触摸屏上的触摸按钮可产生相应的开关信号、数字信号（数值）、字符给PLC进行数据交换,从而产生相应的动作控制系统或设备的运行。
(3) 可多幅画面重叠或切换显示，显示图形、字符串、报警信息、历史记录、趋势图等。
4、PLC在系统中的作用
PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心。通过接收开关量、模拟量输入经处理后输出开关量、模拟量去控制继电器、变频器及电磁阀等的动作，主要体现以下几方面的作用：
1) 初始化变量，设置自由通讯口协议和中断协议。
2) 与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对触摸屏输入的信息进行处理。
3) 完成数字量与模拟量的相互转换。
4) 逻辑控制及PID等运算。
5) 发送模拟（数字）等调节变频器的输出频率。
6) 通过USS4协议读写变频器内部参数。
7) 判错传递数据信息、报警信息等。
5、触摸屏画面设计
触摸屏画面由ProTool等软件进行设计，然后从支持工具（个人电脑）中下载到触摸屏即可使用。触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内，各画面之间尽量做到可相互及强制切换。
(1) 主画面的设计
在支持工具上，创建一个欢迎页面或被控主系统画面作为主画面，该画面嫩进入到各分画面。各分画面均能一步返回主画面。若是将被控主系统画面作为主画面，则应在画面中显示被控系统的一些住要参数，以便在此画面上对整个被控系统有大至的了结。
(2) 控制画面的设计
该种画面主要用来控制被控设备的启停及显示变频器内部的参数，也可将变频器参数的设定做在其中。该种画面的数量在触摸屏画面中占的最多，其具体画面数量由实际被控设备决定。
(3) 参数设置页面的设计
该画面主要是对变频器的内部参数进行设定，同时还应显示参数设定完成的情况，实际制做时还应考虑加密的问题。
(4) 实时趋势页面的设计
该画面住要是以曲线记录的形式来显示被控值、变频器的主要工作参数（如输出频率）等的实时状态。
(5) 信息记录页面的设计
该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值超范围和系统急停等故障。另外该画面还可记录各设备启停操作，作为凭证。
(6) 节能画面的设计
该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态，以便向用户展示变频节能的好处，也可用来与其它的节电测量作比较。
6、结束语
在变频节能系统中采用触摸屏作为人机交互工具，简单直观，便于操作；提高了整个变频节能系统以及企业的硬件档次。随着微电脑技术的不断发展，触摸屏本身的成本也在不断的降低，再与PLC在系统中结合使用，在几乎未提高系统装置多少成本的前提下，就实现了整个被控系统的质的飞跃，这种结合必将更多的应用在未来的各种生产系统中，并成为自动化控制发展的一个亮点。
在工业现场控制领域，可编程控制器（PLC）一直起着重要的作用。随着国家在供水行业的投资力度加大，水厂运行自动化水平不断提高，PLC在供水行业应用逐步增多。触摸屏与PLC配套使用，使得PLC的应用更加灵活，同时可以设置参数、显示数据、以动画等形势描绘自动化过程，使得PLC的应用可视化。
变频恒压供水成为供水行业的一个主流，是保证供水管网在恒压状态的重要手段。现代变频器完善的网络通信功能，为电机的同步运行，远距离集中控制和在线监控等提供了必要的支持。通过与PLC连接的触摸屏，可以使控制更加形象、直观，操作更加简单、方便。
组合应用PLC、触摸屏及变频器，采用通信方式对变频器进行控制来实现变频恒压供水。系统结构
变频恒压供水系统原理如图1所示，系统主要由PLC、变频器、触摸屏、压力变送器、动力及控制线路以及泵组组成。用户可以通过触摸屏了解和控制系统的运行，也可以通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。通过安装在出水管网上的压力变送器，把出口压力信号变成4～20mA或0～10V标准信号送入PLC内置的PID调节器，经PID运算与给定压力参数进行比较，输出运行频率到变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量，根据用水量的不同，PLC频率输出给定变频器的运行频率，从而调节水泵的转速，达到恒压供水。PLC设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，以此协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。
工作原理
该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时，通过触摸屏或控制柜上的启动和停止按钮控制水泵运行，可根据需要分别控制1#～3#泵的启停，该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。自动运行时，首先由1#水泵变频运行，变频器输出频率从0HZ上升，同时PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够，则频率上升到50HZ，由PLC设定的程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，使得1＃泵变频迅速切换为工频，2＃泵变频启动，若压力仍达不到设定压力，则2＃泵由变频切换成工频，3＃泵变频启动；如用水量减少，PLC控制从先起的泵开始切除，同时根据PID调节参数使系统平稳运行，始终保持管网压力。
若有电源瞬时停电的情况，则系统停机，待电源恢复正常后，人工启动，系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。设备参数的设置
在进行通信之前必须对PLC、触摸屏和变频器的通讯参数进行正确设置。本系统定义为Modbus协议，波特率为9600，数据位为8，无校验，停止位为1。变频器除设置通信参数外，还需启用“自由停车”以保护电机。
PLC控制系统
该系统采用三菱FX-200的PLC，继电器输出，PLC编程采用三菱PLC的编程软件，软件提供完整的编程环境，可进行离线编程、在线连接和调试。为了提高整个系统的性价比，该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换，供水泵的变频及故障的报警等，而且通过PLC内置的PID给定电机的转速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量。
以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切换工频的方式*，但其容易引起泵组的频繁起停，从而减少设备的使用寿命。而在该系统中采用直接停工频泵的运行方式，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时间缺水的现象，提高了供水品质。
触摸屏界面设计和运行操作
*步：确认接通触摸屏电源，进入触摸屏欢迎界面。
第二步：在欢迎界面中用一个手指轻压“进入系统”，进入“系统主画面”。
第三步：要进行参数设定。手指轻压“参数设定”，进入参数设定画面。 点击时间后的数字可以弹出软键盘，在软键盘中设定切泵时间，单位为小时，设定后轻压“Enter”确认。按上面的方法依次设定加泵时间和减泵时间，单位为秒；用同样的方法对P、I值进行设定。 第四步：轻压可以返回系统主画面，在主画面中轻压“状态画面”可以进入系统状态画面。
轻压“系统压力设定”后面的方框，在软键盘上设定管网压力，单位为MPa，即1MPa＝10个压。
第五步：轻压“启动”，启动PLC设定的程序，开始控制切泵，实现恒压供水。状态监视页面将会显示当前工作状态。
在系统出现故障时，手指轻压“停止”后，水泵停止工作，然后进行维护。
PLC工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的平安生产和经济运行，随着科学技术的发展。系统的抗*力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC有的集中装置在控制室，有的装置在生产现场和各电机设备上，大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗*力；另一方面，要求工程设计、装置施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才干完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
二、电磁干扰源及对系统的干扰
1干扰源及干扰一般分类
大都发生在电流或电压剧烈变化的部位，影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样。这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。
分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同。分为继续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因）这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种直接叠加在信号上，直接影响丈量与控制精度。
2PLC控制系统中电磁干扰的主要来源
2.1来自空间的辐射干扰
其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内，空间的辐射电磁场（EMI主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的通常称为辐射干扰。就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应发生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行维护。
2.2来自系统外引线的干扰
通常称为传导干扰。这种干扰在国工业现场较严重。主要通过电源和信号线引入。
1来自电源的干扰
因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，实践证明。笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。
将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广。入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在隔离是不可能的
2来自信号线引入的干扰
除了传输有效的各类信息之外，与PLC控制系统连接的各类信号传输线。总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和丈量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。
3来自接地系统混乱时的干扰
既能抑制电磁干扰的影响，接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC有效手段之一。正确的接地。又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。
不同接地点间存在地电位差，PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均。引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必需一点接地，如果电缆屏蔽层两端AB都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。
屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，此外。变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上发生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、顺序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致丈量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。
2.3来自PLC系统内部的干扰
如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射发生。模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。
三、PLC控制系统工程应用的抗干扰设计
必需从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：抑制干扰源；切断或衰减电磁干扰的传达途径；提高装置和系统的抗*力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰。
德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。下面就让艾驰商城小编对西门子各系列PLC的命名规则来一一为大家做介绍吧。
我们以6ES7 221-0BA23-0XA0来说明：
6ES----表示自动化系统系列
7------7：S7系列，5：S5系列
2------2：200系列，3：300系列，4：400系列
2------1：CPU，2：DI/DO，3：AI/AO，4：通讯模块，5：功能模块
1------1：输入，2：输出，3：输入输出（对于数字量），4：输入输出（对于模拟量）
0BA----表示输入/输出电压等级，类型，点数等，这个比较多，还是查样本比较好
23-----版本，如果最后一位数字不同，基本上可以通用
0XA0-----表示德国制造
0XA8-----表示中国制造
LOGO和S7-200是超小型化的PLC，适合于单机控制或小型系统的控制，适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等；S7-300是模块化小型PLC系统，可用于对设备进行直接控制，可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控，还适合中型或大型控制系统的控制，能满足中等性能要求的应用；S7-400则用于中、高档性能范围的可编程序控制器，能进行较复杂的算术运算和复杂的矩阵运算，还可用于对设备进行直接控制，也可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。
S7-1200是紧凑型PLC，是S7-200的升级版，具有模块化、结构紧凑、功能全面等特点，适用于多种应用，能够保障现有投资的长期安全。它采用更快的处理芯片，布尔运算执行速度从S7-200的0.22us提升到0.08us，提升幅度达275%，非常接近S7-300的水平，而且经过测试，S7-1200与S7-300计算速度基本*，大幅*S7-200。它采用的CPU工作存储器远超S7-200的存储器，支持存储卡的容量甚至超过了S7-300所支持的存储卡容量，标配PROFINET以太网接口，以及全面的集成工艺功能，可以作为一个组件集成在完整的综合自动化解决方案中。
S7-1500是新一代大中型PLC，比S7-300/400的各项指标有很大的提高，专为中高端设备和工厂自动化设计，可供用户使用的充足的资源和超高速的运算处理速度，拥有的系统性能，并集成一系列功能，包括运动控制、工业信息安全，以及可实现便捷安全应用的故障安全功能。其创新的设计使调试和安全操作简单便捷，而集成于TIA博途的诊断功能通过简单配置即可实现对设备运行状态的诊断，简化工程组态，并降低项目成本。
阳泉西门子模块代理商
