2.1　控制要求

2.2.3　PLC，觸摸屏及變頻器的選型

(1)PLC的選型

目前的PLC大致分為兩個(gè)流派。一個(gè)是日本派系，其代表有三菱，歐姆龍等品牌。另一個(gè)是歐美派系，它的代表主要是西門子，AB等。我國的PLC主要是日本派系的，有一些比如信捷，永宏，豐煒，臺(tái)達(dá)等品牌（永宏，豐煒，臺(tái)達(dá)為中國臺(tái)灣品牌）.PLC選型主要根據(jù)功能和性價(jià)比來決定，因?yàn)楣δ茉綇?qiáng)，價(jià)格就越高。本工程要 求PLC具有RS485通信，可擴(kuò)展模塊，完成AD轉(zhuǎn)換，溫度控制，模擬量輸出等功能，而且要求PLC具備相應(yīng)指令系統(tǒng)和該公司必須有配套的相關(guān)模塊。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，本工程選用了永宏電機(jī)的FBS-32MAT型PLC，F(xiàn)BS-TC6溫控模塊，F(xiàn)BS-4DA模擬量輸出模塊，F(xiàn)BS-6AD模擬量輸入模塊和FBS-CB5通信模板。

（2）．觸摸屏的選型

目前市面上的觸摸屏種類很多，常用的品牌主要有FATEK,eView，GE， Proface ，HAKKO ，WEINVIEW， HITECH 等。
和PLC一樣，觸摸屏的選型也是依靠功能和性價(jià)比來決定的，功能越強(qiáng)，價(jià)格就越高。本工程所要求的功能幾乎所有的品牌都可以做到，因此根據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則，本工程選用了價(jià)格相對(duì)較低的FATEK公司的FV070ST-T50觸摸屏。

（3）．變頻器的選型

變頻器選型時(shí)要注意的幾點(diǎn)：

　 1) 采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。
　 2) 變頻器的負(fù)載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。
　 3) 變頻器與負(fù)載的匹配問題；
　　I.電壓匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。
　　II. 電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。
　　III.轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。
　　4) 在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。
　　5) 變頻器如果要長電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)要采取措施抑制長電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。
6) 對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。
根據(jù)以上要求結(jié)合本工程實(shí)際情況，本工程選用的變頻器均為藍(lán)海華騰V5系列。如下圖所示：

圖2.6藍(lán)海華騰V5系列變頻器

第3章 應(yīng)用設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

要想實(shí)現(xiàn)觸摸屏與PLC的人機(jī)交流，必須卻保PLC與觸摸屏的正常通訊，同時(shí)觸摸屏上畫面的各種元件必須一一對(duì)應(yīng)PLC上的各種軟元件。

3.1.1 FBS系列PLC與永宏FV系列觸摸屏的連接說明

圖3.1 永宏觸摸屏軟件觸控大師設(shè)置圖

FV系列觸摸屏的畫面編輯軟件為《觸控大師》，上圖3.1 是永宏觸摸屏與FBS系列PLC通訊時(shí)畫面編輯軟件《觸控大師》上的設(shè)置。圖3.2是FV系列觸摸屏與FBS系列PLC通訊的詳細(xì)接線圖，用RS232通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)通訊。

圖3.2 觸摸屏與FBS主機(jī)的RS232通訊接線圖

3.2　溫度控制的實(shí)現(xiàn)

本工程要求溫度控制在一定的精度范圍，用觸摸屏輸入設(shè)定溫度值，同時(shí)通過觸摸屏畫面監(jiān)控溫度值。

3.2.1　PLC溫控模塊FBS-TC6的接線圖

溫控模塊的作用是把熱電偶感知的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號(hào)送給PLC的裝置，溫度的精度與模塊的分辨率有關(guān)，分辨率越高精度就越高。下圖是FBS-TC6的接線圖。

圖3.3 PLC溫控模塊FBS-TC6的接線圖

3.2.3　觸摸屏溫控畫面

圖3.4是觸摸屏的溫控畫面。圖中《設(shè)定值》用來設(shè)定所需溫度值，《感測值》用來顯示FBS-TC6所檢測到的溫度值，《手動(dòng)加熱》是用來選擇加熱的開關(guān)。

圖3.6觸摸屏溫控畫面

上圖中《感測值》用來顯示FBS-TC6所檢測到的溫度值，也就是FBS-TC6測量現(xiàn)場所得到的測量值經(jīng)過轉(zhuǎn)換得來的，之所以要經(jīng)過轉(zhuǎn)換，是因?yàn)镕BS-TC6測量現(xiàn)場所得到的測量值是一個(gè)工程值，要想顯示實(shí)際的℃溫度，就必須轉(zhuǎn)換。該處需要注意一個(gè)問題，觸摸屏里面的小數(shù)點(diǎn)只是個(gè)假象，參與程序運(yùn)算的實(shí)際上是個(gè)整數(shù)，比如觸摸屏設(shè)值33.3，那么在PLC中參與運(yùn)算的則是333.

3.2.4　PLC溫控程序的思路

目前來講PLC控制溫度最為科學(xué)的方法應(yīng)當(dāng)是PID控制法。PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。

PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下：
(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；
(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；
(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID 控制器的參數(shù)

PID溫控系統(tǒng)常見的一些問題和對(duì)策：

1.加溫很迅速就達(dá)到目標(biāo)值，但溫度過沖很大
分析：A.比例系數(shù)過大，致使在未達(dá)到設(shè)定溫度前加溫比例過高。
B．微分系數(shù)過小，致使對(duì)對(duì)象反應(yīng)不敏感。
對(duì)策：減小比例系數(shù)或增加微分系數(shù)。
2.加溫經(jīng)常達(dá)不到目標(biāo)值，小于目標(biāo)值的時(shí)間較多。
分析：A.比例系數(shù)過小，加溫比例不夠。
B.積分系數(shù)過小，對(duì)恒偏差補(bǔ)償不足。
對(duì)策：增加比例系數(shù)或增加積分系數(shù)。
3．基本上在控制目標(biāo)上，但上下偏差偏大，經(jīng)常波動(dòng)。
分析:A.積分系數(shù)過小，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠快，反映措施不力。
B．積分系數(shù)過大，使微分反應(yīng)被淹沒鈍化。
C.設(shè)定的基本定時(shí)周期過短，加熱沒有來得及傳到測溫點(diǎn)。
對(duì)策：改變積分系數(shù)，調(diào)整基本定時(shí)周期。
4． 受工作環(huán)境影響較大，在稍有變動(dòng)時(shí)就會(huì)引取溫度的波動(dòng)。
分析：A.積分系數(shù)過小，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠快，反映措施不力。
B.設(shè)定的基本定時(shí)周期過長，不能及時(shí)得到修正。
對(duì)策：改變微分系數(shù)，調(diào)整基本定時(shí)周期。

3.3馬達(dá)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)

觸摸屏，PLC，變頻器實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的調(diào)速，有以下幾點(diǎn)：

1，通過觸摸屏輸入馬達(dá)速度的設(shè)定值和顯示馬達(dá)的當(dāng)前速度。

2，用PLC的模擬量輸出模塊FBS-4DA輸出0-10V的電壓控制變頻器的輸出頻率。3，由變頻器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)及停止。

3.3.1　PLC模擬量輸出模塊FBS-4DA的接線圖

模擬量輸出模塊的作用是將PLC給出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)并輸出電壓或電流的裝置，下圖是永宏電機(jī)FBS-4DA模擬量輸出模塊的接線圖。O0+和O0-端子輸出的0-10V電壓連接到變頻器的0-10V模擬量輸入端子上，來控制變頻器速度。

圖3.7 FBS-4DA模擬量輸出模塊接線圖

3.3.3 觸摸屏速度控制畫面

下圖是觸摸屏的速度控制畫面，主要用來控制各馬達(dá)的速度。OFF 這牌按鈕是用來啟停相對(duì)應(yīng)得馬達(dá)的開關(guān)。A處的按鈕用來設(shè)定和顯示馬達(dá)頻率設(shè)定值。B處顯示馬達(dá)當(dāng)前運(yùn)行的頻率。 《加速》和《減速》按鈕分別用來在運(yùn)行時(shí)對(duì)馬達(dá)頻率進(jìn)行微調(diào)。

圖3.9觸摸屏的速度控制畫面

《馬達(dá)頻率設(shè)定值》是觸摸屏對(duì)PLC主機(jī)給出的現(xiàn)場所需的馬達(dá)頻率，為一個(gè)現(xiàn)在值，需要根據(jù)實(shí)際情況通過PLC主機(jī)程序運(yùn)算得到一個(gè)0-250的工程值，把這個(gè)工程值賦予FBC-4DA模塊，再由FBS-4DA模塊轉(zhuǎn)換為模擬量電壓或電流來控制變頻器。在這里同樣要注意觸摸屏的小數(shù)點(diǎn)問題。

3.3.4 變頻器的接線及設(shè)置

變頻器接線示意圖：

圖3. 10 變頻器拖動(dòng)負(fù)載示意圖

變頻器的設(shè)置

不同品牌的變頻器參數(shù)設(shè)置方法各不相同，但萬變不離其中，主要有以下幾個(gè)方面：
1. 設(shè)定頻率指令來源，本工程應(yīng)設(shè)定為主頻率輸入由模擬信號(hào)DC 0- +10V 控制（AVI）。
2. 運(yùn)轉(zhuǎn)指令來源，本工程設(shè)定為運(yùn)轉(zhuǎn)指令由外部端子控制。
3. 馬達(dá)停機(jī)方式，本工程設(shè)定為自由停車。
4. 最高操作頻率，本工程設(shè)定為100HZ。
5. 最高輸出電壓，本工程設(shè)定為220V。

另外一些比如加減速時(shí)間，禁止反轉(zhuǎn)等功能也需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。

結(jié)論

PLC，觸摸屏及變頻器的自動(dòng)控制綜合應(yīng)用技術(shù)提高了工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)設(shè)備的效率，解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)操作復(fù)雜，新產(chǎn)品生產(chǎn)周期長等問題，有利于人員培訓(xùn)及提高企業(yè)市場競爭力。本文結(jié)合現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的實(shí)際情況，完成了對(duì)塑膠吹膜機(jī)的改造，應(yīng)用PLC，觸摸屏及變頻器的綜合控制技術(shù)完成了溫度，速度的控制，提高了電氣控制的可靠性，縮短了維修時(shí)間，減少了維修的工作量，降低了設(shè)備零部件的損壞率。因此該技術(shù)可以在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)當(dāng)?shù)玫綇V泛的應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。