毕业设计（论文）-生产线中基于HMI的电机调速系统.doc

无锡职业技术学院毕业设计说明书 无锡职业技术学院系别（部、分院） 班 级 姓 名 学 号 课 题 名 称 生产线中基于HMI的 电机调速系统指 导 教 师： 职 称： 指 导 教 师： 职 称： 年 月 日无锡职业技术学院毕 业 设 计 任 务 书 2012 年2 月8日 毕业设计题目生产线中基于HMI的电机调速系统指导教师职称专业名称班级学生姓名学号设计要求1. 电气控制原理图，梯形图、PLC编程2.接线图、元器件选择3.外文翻译（3000字）4.完成毕业设计说明书一份；完成毕业课题的计划安排序号内容时间安排1电气控制原理图，梯形图、PLC编程2012.2.10至2012.2. 252接线图、元器件选择2011.2. 26至2012.3.153外文翻译（3000字）2012.3.15至2012.3.254整理毕业设计说明书并定稿，准备答辩2012.3.25至2012.4.55答辩2012.4.5至2012.4.10答辩提交资料外文资料翻译，毕业设计调研报告，毕业设计说明书，相关图纸。计划答辩时间2012.4.5-2012.4.10 无锡职业技术学院机电技术学院2012 年 2 月 8 日毕 业 设 计 说 明 书题 目：生产线中基于HMI的电机调速系统英文题目 ： motor speed control system for HMI on the production line 学生姓名： 专 业： 指导教师： 职 称： 毕业设计说明书提交日期： 地址： 摘要介绍了PLC在传送带速度控制系统中的应用，同时也详细地叙述了系统中相关控制项目的设计方案及具体实现方法。触摸屏在交流变频调速系统的应用与发展，阐述了应用于实验室教学活动中的触摸屏在可编程控制器（PLC）控制变频器完成多段速和无级调速两种速度控制模式中的应用。本系统是对传送带控制的系统，该设备适用于流水线生产等，也可以把生产出的货物进行传送到特定的地方。本次系统设计实际使用产品均为西门子系列产品，说明书主要就plc，hmi，变频器的选择以及其相关参数，做了详细的介绍，并给出了具体的程序以及相应的工控软件的介绍。实际运行证明，该系统成本低，运行可靠，柔性强，响应速度快，安全性较高。关键词：西门子系列PLC,HMI,变频器，多段调速，无极调速，生产线调速Abstract Introduced PLC in conveyer belts speed control system application, simultaneously also in detail narrated in the system to be connected the control project design proposal and the concrete realization method.the touch screen in AC variable frequency speed control system application and development, elaborated the application in laboratory teaching activities in the touch screen in the programmable logic controller ( PLC ) control inverter finished multistage speed with stepless speed regulation two kinds of speed control mode of. This system is a system which controls to conveyer belts, this equipment is suitable for the production-runs and so on, also may the cargo which produces carry on transmits to the specific place.The system design using the actual products are Siemens series manual main plc, hmi, the choice of the inverter and its associated parameters, do a detailed introduction, and gives specific procedures and the introduction of industrial control software.The actual operation proves, the system is low cost, reliable operation, flexible, fast response speed, high safety. Key words: SIEMENS PLC, HMI, inverter, more speed, stepless speed regulation目 录第一章 引言. .5第二章 设计思路 、调研报告. .62.0 设计思路. .62.1 变频器调速及HMI的发展现状与前景. .72.2 PLC.HMI.变频器的系统控制介绍. .8第三章 PLC.HMI.变频器型号及其应用软件的选择93.0 相关设备选择注意事项. .93.1 PLC、模拟量模块的型号选择. . 123.2 HMI的型号选择 . .133.3 变频器的型号选择 . . 153.4 工业软件的选择. . .17第四章 PLC.HMI程序、功能设计. .194.0 PLC及HMI的程序设计思路. .194.1PLC.HMI应达到的功能. .194.2PLC模拟量I/O扩展模块. .19 4.3确定PLC的I/O分配、程序.21 4.4确定HMI的连接、变量.21 4. 5 确 定 HMI 的 函 数 属 性 . .22 4.6 HMI的详细设定. .23第五章 变频器功能、参数设计285.1 变频器的功能设计.295.2 变频器的参数设计 28第六章 电气接线图及PLC程序 . .30 6.1线图程序图（详见附件）.30第七章 结论. .37致谢38参考文献.39英文翻译.40中文原文42第一章 引 言随着社会的飞速发展和城市建设规模的扩大，工业生产自动化水平的提高，对产品的质量、设备的稳定性等问题提出了越来越高的要求，我国工业自动化配置相对落后，机组的控制主要依靠值班人员的手动操作，控制过程烦琐，安全系数较低，而且手动控制无法对设备的需求和变化及时反馈并做出显示。生产线、设备常保持在超压等的状态下运行，对设备寿命、产品数量、质量以及现代企业连续加工生产造成不了估量的损失。论文结合现状，设计了一套基于可编程逻辑控制器 (PLC)的生产线电机变频调速试验系统，具有很高的可靠性和实用性 ,其触摸屏可实时显示电机转速 ,并做出调节，且整个系统体积小、结构简单。在本系统中，在HMI中调节电机速度后，生产线由电机驱动进行物品的传送，并提供了电机的四种速度的选择，并可以在HMI中进行微调，操作人员可以在生产线上用两个拨动开关进行实时的速度选择。这样可以在生产线中做不同的产品是进行不同的物品传输速度控制。同时本套系统也可以进行相应的简化，例如一个按钮气动生产线，HMI进行单一速度直接控制，不进行物理速度选择。第二章 设计思路、调研报告2.0 设计思路三相电机的控制一般使用变频器来进行。本次设计的系统就是利用触摸屏控制PLC，再利用PLC进行模拟量控制变频器来实现三相电机的速度控制，进而控制生产线的传输速度。变频调速原理：变频调速器将电网中的三相交流电整流成直流电后，通过逆变器可将直流电逆变成电压可调、频率可调的三相交流电驱动异步电动机，实现调速和节电。三相异步电机转速为：n2=n1(1-s)=60f1(1-s)/p(2-1)在式中： n2转子转速， rmin； N1同步转速； p极对数； f1电源频率Hz； s转差率； 由上式可知；转速可以通过改变电源频率、绕组的极对数或转差率等进行改变，一般p,s不变。具体的控制系统连接图如下：对此进行编制PLC、HMI 程序，设定变频器有关参数，得以实现以下功能：（1） PLC 采用模拟量输出模块控制变频器运行。设置SA1、SA2 两个选择开关，根据两个选择开关的状态，使变频器按照四种不同的速度运转。在编写程序前，应采用导线连接有关电路。（2） 变频器的具体运转速度有HMI 设定（如20HZ、35HZ、42HZ、48HZ），由于模拟量输出模块具有一定的线性精度，变频器运行时频率允许有一定的线性误差，但如果改变HMI 的设定值（如20HZ改为25HZ，变频器的输出频率应该随之变化）。（3） HMI至少有以下画面：主画面、运行画面、设定画面。运行画面应包含以下内容：目前运转在第几速度、当前运行的频率；设定画面应能设定四种速度的值；主画面应显示进入按钮及推出系统按钮。画面之间的切换应流畅无误。（4） 设置变频器内部有关参数，使变频器的工作状态符合实际的要求。（5） 系统应有启动、停止按钮。按下启动按钮，变频器按照选择按钮所选择的频率运行。改变选择按钮状态，变频器的运行频率应随之变化。2.1变频器调速及HMI的发展现状与前景交流传动与控制技术是目前发展最为迅速的技术之一，这是和电子期间制造技术、交流技术控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞速发展密切相关。自从通用变频器问世以来，变频器调速在各个领域得到了广泛的应用。变频器产生的主要目的是速度控制，应用于印刷、电梯、纺织、机床和生产流水线等领域，由于中国是能源消耗大国，而中国的能源储备又相对贫乏，因此或加大力提倡节能措施，其中着重介绍了变频器调节技术。在水泵、中央空调等领域，变频器可以取代传统的通过限流阀和回流旁路技术，充分发挥节能效果；在火山、冶金、矿山、建材行业，高压变频调速的交流电机系统的经济价值已逐步得以体现。 一般，变频器有手动调速、多段调速、模拟量调速和通信调速等调速方式。其中手动调速是基本调速方式，使用最简单，成本最低；数字量多段调速可以设定速度段是有限的，而且不能做到无级调速；而外部模拟量输入可以做到无级调速，而且模拟量可以是电压信号或则电流信号，使用比较灵活，因此被应用的范围较广。通用变频器的发展是世界告诉经济发展的产物。其发展趋势大致为：1） 主控一体化2） 小型化3） 低电磁噪音化4） 专用化5） 系统化 自动化控制水平越来越高，控制过程也越来越复杂。那么作为控制系统的缔造者人，将如何干预与监视这些控制过程呢？人机界面技术正是在这一需求下产生的。 人机界（HMI）面顾名思义就是人与控制过程交流信息的窗口，这个窗口包括指示灯、显示仪表、主令按钮、开关和电位器等。人可以通过这个窗口，下达控制指令，也可以通过这个窗口观测被控系统的运行状态。人机界面把控制过程变得清楚与透明。 作为控制系统的核心部件，PLC与人机界面的结合是必不可少的。过去采用按钮和指示灯作为人机界面装置，提供的信息少而且操作困难，采用数码管和拨码开关，又会占用大量的PLC I/O资源。随着计算机技术的发展，人机界面装置逐步出现了屏幕显示的面板或触摸屏的形式，同时它们的防护等级与可靠性完全按照工业现场设计，从而成为PLC系统的最佳拍档。 HMI的发展趋势大致为：1）人机界面成为用户体验的不可分割的一部分；2）基于现代最佳软件技术的革新；3）用于整体解决方案的开放式平台构架；2.2 PLC.HMI.变频器的系统控制介绍 本次毕业设计是关于PLC. HMI. 变频器的综合系统集成设计。目的是通过HMI. 造作，改变变频器的频率，控制三相异步电动机按照不同的频率传输信号从而使电动机按不同的转速进行转动。第三章 PLC、HMI、变频器的型号选择3.0 相关设备选择注意事项 在进行相关的设备选择时，要注意集合实际使用情况，以避免设备性能过剩，或者设备性能不足。考虑其兼容性与实用性，本次使用的控制设备均为西门子设备。也可根据自身实际情况选择其他设备。如三菱PLC，昆仑通态触摸屏，等。3.1 PLC的型号选择 西门子（SIEMENS）公司生产在我国的编程控制器应用相当广泛，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(CN)，S7-1200, S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。 西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。 SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。 3.1.1 S7-200 CPU 的技术性能S7-200 CPU 将微处理器.集成电源和多个数字量I/O点集成在一个紧凑的盒子中。西门子的CPU 的中央处理器是32位的。西门子提供多种类型的CPU，以使用各种应用要求。本次设计选择的是S7-200 CPU226 ，具体参数如下：（1）一般性能 S7-200 CPU226的一般性能如下表所示。电源电压波动DC 20.4-28.8V，AC 84-264V（47-63Hz）环境温度、湿度水平安装0550C，垂直安装0450C，595%大气压8601080hPa保护等级IP20到IEC529输出给传感器的电压DC 24V（20.4-28.8V）输出给传感器的电流280mA，电子式短路保护（600mA）为扩展模块提供的输出电流660mA程序存储器8K字节/典型值为2.6K条指令数据存储器2.5K字存储器子模块1个可插入的存储器子模块数据后备整个BD1在EEPROM中无需维护在RAM中当前的DB1标志位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持，后备时间190h（400C时120h），插入电池后备200天编程语言LAD，FBD，STL程序结构一个主程序块（可以包括子程序）程序执行自由循环。中断控制，定时控制（1255ms）子程序级8级用户程序保护3级口令保护指令集逻辑运算、应用功能位操作执行时间0.37s扫描时间监控300ms（可重启动）内部标志位256，可保持：EEPROM中0112计数器0256，可保持：256，6个高速计数器定时器可保持：256，4个定时器，1ms30s16个定时器，10ms5min236个定时器，100ms54min接口一个RS485通信接口可连接的编程器/PCPG740P = 2 * ROMAN II，PG760P = 2 * ROMAN II，PC（AT）本机I/O数字量输入：14，其中4个可用作硬件中断，14个用于高速功能数字量输出：10，其中2个可用作本机功能，模拟电位器：2个可连接的I/O数字量输入/输出：最多94/74模拟量输入/输出：最多28/7（或14）AS接口输入/输出：496最多可接扩展模块7个（2）输入特性S7-200 CPU226的输入特性如表1-2所示。表1-2 S7-200 CPU226输入特性类型源型或汇型输入电压DC 24V，“1信号”：14-35A，“0信号”：0-5A，隔离光耦隔离，6点和8点输入电流“1信号”：最大4mA输入延迟（额定输入电压）所有标准输入：全部0.2-12.8ms（可调节）中断输入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可调节）高速计数器：（I0.0-0.5）最大30kHz（3）输出特性S7-200 CPU226输出特性如表1-3所示。表1-3 S7-200 CPU226的输出特性类型晶体管输出型继电器输出型额定负载电压DC 24V（20.4-28.8V）DC 24V（4-30V）AC24-230V（20-250V）输出电压“1信号”：最小DC 20VL+/L-隔离光耦隔离，5点继电器隔离，3点和4点最大输出电流“1信号”：0.75A“1信号”：2A最小输出电流“0信号”：10sA“0信号”：0mA输出开关容量阻性负载：0.75A灯负载：5W阻性负载：2A灯负载：DC30W，AC200W本次采用的是晶体管输出型。（4） 扩展单元的主要技术特性S7-200系列PLC是模块式结构，可以通过配接各种扩展模块来达到扩展功能、扩大控制能力的目的。目前S7-200主要有三大类扩展模块。 （4.1）通讯扩展模块 ：除了CPU集成通讯口外，S7-200还可以通过通讯扩展模块连接成更大的网络。S7-200系列目前有两种通讯扩展模块：PROFIBUS-DP扩展从站模块（EM277）和AS-i接口扩展模块（CP243-2）。（4.2）输入/输出扩展模块 ： S7-200 CPU上已经集成了一定数量的数字量I/O点，但如用户需要多于CPU单元I/O点时，必须对系统做必要的扩展。CPU221无I/O扩展能力，CPU 222最多可连接2个扩展模块（数字量或模拟量），而CPU226和CPU226最多可连接7个扩展模块。（4.3）热电偶/热电阻扩展模块 ： 热电偶、热电阻模块（EM231）是为CPU222，CPU224，CPU226设计的，S7-200与多种热电偶、热电阻的连接备有隔离接口。用户通过模块上的DIP开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障的方向。3.1.2模拟量模块的选择（1）模拟量I/O扩展模块的规格模拟量I/O扩展模块的规格包括模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出模块。部分模拟量模块的规格见下表 1-4表1-4模拟量I/O扩展模块规格表模块型号输入点输出点电压功耗/W电源要求DC 5VDC 24VEM23202DC 24V220mA70mAEM23541DC 24V230mA60mA（2）要实现 PLC 对 变频器 的模拟量调速应选择 EM232 模块。3.2 HMI的型号选择 HMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。3.2.1触摸屏的工作原理触摸屏工作时，用手或其它物体触摸触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或文字的位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测器件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器的屏幕上，用于检测用户触摸的位置，接收后送至触摸屏控制器，触摸屏控制器将收到的信息转换成触点坐标，再送给CPU，它同时接收CPU发来的命令，并加以执行。3.2.2触摸屏的分类 电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏3.2.3西门子TP-177A 触摸屏的联机 计算机与西门子TP-177A 触摸屏之间的联机最为好的方案就是使用PPI电缆。西门子TP-177A 触摸屏有一个RS-422/85接口，西门子CPU226CN 型可编程控制器有两个编程口，实际上就是RS-485接口，两者互联实现通信采用通信电缆。 西门子TP-177A 触摸屏和西门子CPU226CN 型可编程控制器的RS-422/85接口都采用DB9的物理接口形式，其针脚定义见下表.表3.2-1 针脚定义针脚号码信号0号埠/1号埠1屏蔽外壳接线224V回流逻辑中性线3RS-485信号BRS-485信号B4请求发送RTS(TTL)55V回流逻辑中性线6+5V+5V7+24V+24V8RS-485信号ARS-485信号A9不相关0位协议选择（输入）3.2.4触摸屏的尺寸选择 选择TP 177A 6”即选择屏幕为6寸的屏幕大小。3.3 变频器的型号选择 选择变频器时，要注意电机的功率以及变频器的最大输出功率。 3.3.1 变频器的概念变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。 3.3.2 PWM和PAM的不同点是什么？ PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调制方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脉冲幅值调制) 缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。3.3.3电压型与电流型有什么不同？ 变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 3.3.4为什么变频器的电压与频率成比例的改变？ 任何电动机的电磁转矩都是电流和磁通相互作用的结果，电流是不允许超过额定值的，否则将引起电动机的发热。因此，如果磁通减小，电磁转矩也必减小，导致带载能力降低。 由公式E=4.44*K*F*N* 可以看出，在变频调速时，电动机的磁路随着运行频率fX是在相当大的范围内变化，它极容易使电动机的磁路严重饱和，导致励磁电流的波形严重畸变，产生峰值很高的尖峰电流。 因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。3.3.5西门子M440变频器 西门子M440变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极性晶体管（IGBT）作为功率输出器件，它具有很高的运行可靠性和功能多样性。脉冲宽度调制的开关频率也是可选的，降低了电动机的运行的噪音。M440变频器的核心部件是CPU单元，根据设定的参数，经过运算输出控制正弦波信号，再经过SPWM调制，放大输出正弦交流电驱动三相异步电动机运转。M440变频器是一个智能化的数字变频器，在基本操作板上可进行参数设置，参数课分为四个级别：（1） 标准级，可以允许访问经常作用的参数。（2） 扩展级，允许扩展访问参数范围，例如变频器的I/O功能。（3） 专家级，只供专家使用，即高级用户。（4） 维修级，只供授权的维修人员使用，具有密码保护。主要特征: （1）200V-240V 10%，单相/三相，交流，0.12kW-45kW；（2） 380V-480V10%，三相，交流，0.37kW-250kW； （3）矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制； （4）高过载能力，内置制动单元； （5） 三组参数切换功能。（6）控制功能： 线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点设定v/f控 制，磁通电流控制免测速矢量控制，闭环矢量控制，闭环转矩控制，节能控制模式； （7）标准参数结构，标准调试软件； （8） 数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个； （9）独立I/O端子板，方便维护； （10）采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接； （11）内置PID控制器，参数自整定； （12）集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP/Device-Net通讯模块； （13）具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程； （14）可实现主/从控制及力矩控制方式； （15）在电源消失或故障时具有自动再起动功能； （16）灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性； （17）快速电流限制（FCL），防止运行中不应有的跳闸； （18）有直流制动和复合制动方式提高制动性能。 （19）保护功能 过载能力为200%额定负载电流，持续时间3秒和150%额定负载电流， 持续时间60秒； （20）过电压、欠电压保护； （21）变频器、电机过热保护； （22）接地故障保护，短路保护； （23）闭锁电机保护，防止失速保护； （24）采用PIN编号实现参数连锁。 3.4 工业软件的选择 西门子的工业软件分为三个不同的种类：（1） 编程和工程工具 编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。本次采用的PLC编程软件就是STEP 7-Micro/WIN。(STEP 7-Micro/WIN软件截图)（2）基于PC的控制软件 基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了Windows NT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。WinAC提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC与SIMATIC S7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP 7），编制的程序既可运行在WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。（3）人机界面软件 人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。本次运用的HMI软件为WinCC。（WinCC软件截图）第四章 编制PLC.HMI程序完成的功能设计4.0 PLC及HMI的程序设计思路在设计PLC程序时要更具实际所需要的功能来进行程序的编写，从简，配合硬件的选择与应用来编写程序。HMI的编辑要考虑个人因素，大众化，要给人一种一目了然的感觉，看到触摸屏上的画面就知道应该进行怎样的操作。4.1 PLC、HMI 应达到的功能 4.1.1 PLC S7-200 与 西门子TP-177A 的简述S7-200 CPU 将微处理器.集成电源和多个数字量I/O点集成在一个紧凑的盒子中。西门子的CPU 的中央处理器是32位的。西门子提供多种类型的CPU，以使用各种应用要求。西门子TP-177A 触摸屏有一个RS-422/85接口，西门子CPU226CN 型可编程控制器有两个编程口，实际上就是RS-485接口，两者互联实现通信采用通信电缆。 4.1.2 PLC、HMI 应达到的功能 （1）PLC 采用模拟量输出模块控制变频器运行。设置SA1、SA2 两个选择开关，根据两个选择开关的状态，使变频器按照四种不同的速度运转。在编写程序前，应采用导线连接有关电路。 （2）HMI至少有以下画面：主画面、运行画面、设定画面。运行画面应包含以下内容：目前运转在第几速度、当前运行的频率；设定画面应能设定四种速度的值；主画面应显示技能测试字样及进入按钮。画面之间的切换应流畅无误。4.2 PLC模拟量I/O扩展模块我国的工频是50Hz，EM232 模拟量模块的数字量输入范围是032000，其模拟量输出范围是05V。将频率的数值050对应的PLC数值032000，也就是把数值032000 等分为50份，每份640。S7-200 系列的模拟量模块用于输入和输出电流或者电压信号。模拟量输入模块有两个参数容易混淆，即模拟量转换的分辨率和模拟量转换的精度（误差）。分辨率是A/D 模拟量转换芯片的转换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。若S7-200 模拟量模块的转换分辨率是12位，能够反映模拟量变化的最小单位是满量程的1/4096。模拟量转换的精度除了取决于A/D转换的分辨率，还受到转换芯片的外围电路的影响。在实际应用中，输入的模拟量信号会有波动、噪声和干扰，内部模拟电路也会产生噪声、漂移，这些都会对转换的最后精度造成影响。这些因素造成的误差要大于A/D芯片的转换误差。当模拟量的扩展模块的输入点/输出点有信号输入或者输出时，LED 指示灯不会亮，这点与数字量模块不同，因为西门子模拟量模块上的指示灯没有与电路相连。使用模拟量模块时，要注意以下问题：（1） 模拟量模块有专用的扁平电缆（与模块打包出售）与CPU 通信，并通过此电缆由CPU 向模拟量模块提供5V DC 的电源。此外，模拟量模块必须外接24V DC 电源。（2） 每个模块能同时输入/输出电流或者电压信号。双极性就是信号在变化的过程中要经过“零”，单极性不过零。由于模拟量转换为数字量是有符号整数，所以双极性信号对应的数值会有负数。在S7-200 中，单极性模拟量输入/输出信号的数值范围是032000；双极性模拟量信号的数值范围是-32000+32000。（3） 一般电压信号比电流信号容易受干扰，应优先选用电流信号。电压型的模拟量信号，由于输入端的内阻很高（S7-200 的模拟量模块为10兆欧），极易引入干扰。一般电压信号是用在控制设备柜内电位器设置，或者距离非常近、电磁环境好的场合。电流型信号不容易受到传输线沿途的电磁干扰，因此在工业现场获得广泛的应用。电流信号可以传输比电压信号远得多的距离。（4） 对于模拟量输出模块，电压型和电流型信号的输出信号的接线不同，各自的负载接到各自的端子上。（5） 模拟量输出模块总是要占据两个通道的输出地址。即便有些模块（6） （EM235）只有一个实际输出通道，它也要占用两个通道的地址。在编程计算机和CPU 实际联机时，使用STEP7-Micro/WIN 的菜单命令“PLC/信息（Information）”,可以查看CPU 和扩展模块的实际I/O 地址分配。4.3 确定PLC的I/O分配、程序表4-1 PLC I/O分配表地址名称功能I0.0SB1系统启动按钮I0.1SB2系统停止按钮I0.2SA1速度改变按钮I0.3SA2速度改变按钮Q0.0启动变频器4.4确定HMI的连接、变量 4.4.1确定HMI的连接（1） 在设备选择中展开Panel 选中设备“TP 177A 6”（2） 在通信连接中自动生成连接1，选择 SIMATIC S7 200 作为通信驱动程序，保存。（3） 在选择通信的波特率为“9600”，这个数据与 S7-200 系列 PLC 的默认波特率一致，（4） 在选择网络配置文为“PPI”，即通信协议，由于只有一台PLC，因此默认地址为“2”，通常不需要改变，但注意这个地址必须与PLC的地址一致。 4.4.2确定HMI的变量 PLC程序与HMI画面对应的变量对应表HMI 变量表变量名称含义变量一VW0频率一变量二VW2频率二变量三VW4频率三变量四VW6频率四变量五VB0第几种速度变量六VW12当前频率4.5 确 定 HMI 的 函 数 属 性 4.5.1 HMI的画面功能 HMI至少有以下画面：主画面、运行画面、设定画面。运行画面应包含以下内容：目前运转在第几速度、当前运行的频率；设定画面应能设定四种速度的值；主画面应显示技能测试字样及进入按钮。画面之间的切换应流畅无误。HMI要保证画面之间的切换应流畅无误就必须对应各自的函数关系才好。 4.5.2西门子人机界面的函数属性西门子的人机界面有很多函数，可分为记录函数、用户管理函数、画面函数、位处理函数、打印函数、设置函数、报警函数、配方函数、系统函数、键盘函数、用于画面对象的热键函数和其它函数。一般而言越高档的人机界面函数越丰富，使用越方便。以下是几个常用的函数。 （1）位函数：InvertBit、ResetBit、SetBit、SetBitWhileKeyPressed。 （2）计算函数：IncreaseValue、SetValue （3）画面函数：ActivateScreen:将画面切换到指定的画面。使用“ActivateScreen”系统函数可以从根画面切换到永久性窗口，反之亦然。 ActivatePreviousScreen:将画面切换到当前画面之前激活的画面。如果先前没有激活任何画面，则画面切换不执行。最近调用的10个画面被保存。当切换到不再保存的画面时，会输出一条系统消息。 （4）用户管理：Logoff、Logon、GetUserName、GetPassword （5）报警函数：EditAlarm、ShowAlarmWindow、ClearAlarmBuffer、AcknowledgeAlarm。 ( 6 )其他函数：StopRuntime 推出HMI.本次设计主要针对的是画面，所以用到了对按钮控制的画面函数为： 退出：stop、运行、设定、主画面：ActivateScreen；事件为单击。4.6 HMI的详细设定（1）建立新项目。 （2）更具选用的触摸屏选型号（3）编辑连接选项 连接特征：通讯驱动程序选择S7 200；网络中配置文选择PPI通信；HMI设备中波特率选择9600；PLC设备地址更具实际地址选择。（4）编辑变量表PS：更具上文的变量表进行相应的输入（5）进行画面设计主画面PS：退出系统使用按钮，属性中事件选择单击，函数为其他函数StopRuntime。运行画面事件选择单击，函数为画面ActivateScreen（作用为跳转到运行画面）运行画面PS：主画面事件选择单击，函数ActivateScreen，画面名选择主画面（其作用为跳转至主画面）其它按钮更具其所需要的作用进行相关的是定。当前平率 00选择I/O域常规中类型选择输出，过程中变量选择当前平率，格式中进行相应的格式类型与格式样式。设定画面PS：其中各按钮与I/O域的设定更具相关的所需要的事件函数以及变量来设定相应的画面编辑结束后点击下载，下载至HMI中进行调试。第五章 变频器程序参数设计5.1 变频器的功能设计变频器的具体运转速度有HMI 设定（如20HZ、35HZ、42HZ、48HZ），由于模拟量输出模块具有一定的线性精度，变频器运行时频率允许有一定的线性误差，但如果改变HMI 的设定值（如20HZ改为25HZ，变频器的输出频率应该随之变化）。5.2 变频器的参数设计 5.2.1变频器的运行和相关参数的设置变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围，使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象。 控制方式：即速度控制、转距控制、P