基于PLC与触摸屏的电机变频调速系统

1、毕业设计（论文）题 目： 基于PLC与触摸屏的电机变频调速系统 系 部： 电子工程系 专 业： 电气自动化 学 号： 10137207 学生姓名： 文峰 指导教师： 王立凤 职 称： 讲师 二0一二 年 月 日 目录摘要1前 言2第一章 变频器调速系统的方案确定41.1变频器调速系统41.2系统的控制要求71.3 方案的确定7第二章 变频调速系统的硬件设计82.1 PLC82.2 变频器122.3 外部电路设计14第三章 变频调速系统的软件设计153.1 编程软件的介绍153.2 PLC的工作原理173.3 PLC编程语言193.4 基本指令简介203.5 可编程控制器梯形图设计规则223.6

2、 变频调速系统程序设计23第四章 触摸屏的设计284.1 触摸屏的介绍284.2 触摸屏基础知识294.3 触摸屏的使用294.4 软件简单介绍304.5 实施内容与步骤32第五章 结 论35参考文献36致 谢36摘要介绍了基于西门子PLC 和台达触摸屏的交流电机变频调速实验系统的硬件结构及软件设计。开关量输入的触摸屏和外部按钮的双重方式提高了调速系统运行的可靠性,模块化程序设计思想增强了程序的扩展性和实用性。该系统的实验运行结果表明,人机交互界面友好,运行安全稳定,有利于加强学生对简单工业控制系统的设计思想的掌握,达到了较好的实验教学效果。关键词:可编程控制器;触摸屏;变频器;调速系统Abs

3、tractThe design of hardware and sof tware of a f requency conversion speed system based on Siemens PLC andHitech touch screen are int roduced. Since the switch signals are input dually by touch screen and external buttons ,respectively ,the speed regulating system is of higher reliability. Moreover

4、,the modularization programming methods enhance the extensibility and applicability. Practical test proves that this system is of performable human interface and higher stability and security ,it is helpful to enlighten the design idea of modern cont rolling systems for student s ,and thus acquires

5、better teaching effect .Keywords :programmable logic cont roller ;touch screen ;f requency converter ; speed regulation system前 言 最先制作成电动机的人是德国的雅可比，在两个U型电磁铁中间，装异六臂轮，每臂带两根棒型磁铁。通电后，棒型磁铁与U型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用，带动轮轴转动。后来，雅可比做了一具大型的装置安在小艇上，用320个丹尼尔电池供电，1838年小艇在易北河上首次航行，时速只有2.2公里，与此同时，美国的达文波特也成功地制出了驱动印刷机的电动机，印

6、刷过美国电学期刊电磁和机械情报，但这两种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太大，不实用。直到第一台实用直流发动机问世，电动机被广泛应用。1870年比利时工程师格拉姆发明了直流发电机。在设计上，直流发电机和电动机很相似。后来，格拉姆证明向直流发电机输入电流，其转子会像电动机一样旋转。于是，这种格拉姆型电动机大量制造出来，效率也不断提高。与此同时，西门子开始着手研究由电动机驱动的车辆，于是西门子公司制成了世界电车。1879年，在柏林工业展览会上，西门子不冒烟的电车赢得观众的一片喝彩，西门子电机车当时只有3马力，后来美国发明大王爱迪生实验室的电机车已达1215马力，但当时的电动机全是直流电

7、机，只限于驱动电车。1888年南斯拉夫出生地美国发明家特斯拉发明了交流电动机，它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流电。1902年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想。同步电动机工作原理同感应电动机一样，由定子产生旋转磁场，转速固定不变，不受负载影响。因此同步电动机特别适用于钟表、电唱机和磁带录音机。当今世界，电动机的发展已成为衡量一个国家现代化的标准之一。近二十年来，科学技术突飞猛进，随着电力电子技术、计算机技术和控制理论发展，电机调速技术得到迅速发展，使得电机的应用不再局限于

8、工业应用而且在商业及家用设备等各个领域获得更加广泛的应用；而随着新材料如稀土永磁材料Nd-Fe-B、磁性复合材料的出现，更给电动机设计插上翅膀，各种新型、高效、特种电机层出不穷。这些都极大地丰富了电机理论，拓宽了电机的应用领域，同时也给电机设计和制造工艺提出更高的要求。变频技术是近年来国际家电领域全面开发和应用的一项高新技术，它采用新型变频器，将50Hz的固定供电频率转换为30-130Hz的变化频率，实现电动机运转频率的自动调节，达到节能和提高效率的目的。上个世纪80年代初，变频器实现了商品化。在近20年的时间内，经历了由模式控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两大发展过程。80年代初

9、采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。到了90年代初，BJT通用变频器的容量达到了600KVA，400KVA以下。前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时间，IGBT变频器的单机容量已达8000KVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。变频器主要电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强

10、，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速。电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展。特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验，并不断融入软件功能。日益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即可以把原有生产机械的工艺水平“升级”，达到以往无法达到的境界，使其成为一种具有高度软件控制功能的新机种。目前出现了一类“多控制方式”通用变频器。例如安用公司的VS616G5变频器就有：无PG（速度传感器）V/f控制；有PG V/f控制；

11、无PG矢量控制；有PG矢量控制等四种控制方式。通过控制面板，可以控制上述四种控制方式中的一种，一满足用户的需要。通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械/各类生产工艺的适应性不断增强。最初通用变频器仅是用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相应的扩展。如搬运机械，从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器。各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、加工中心超速伺服机的精确位置控制都应用通用变频器。

12、本系统是通过可编程控制三相交流异步电动机的调速功能。具体内容如下：在理论研究的基础上，对变频器调速系统进行总体的设计。对变频器调速系统进行硬件设计，包括变频器参数的设置、变频开环调速、多段速控制以及触摸屏通讯方式的设计。在硬件设计的基础上，对变频调速系统进行软件设计，包括程序的编写和分析。实现调速系统的触摸屏设计。第一章 变频器调速系统的方案确定1.1变频器调速系统变频调速系统由变频器，电动机和控制系统三大部分构成，有时还包括负载。变频器是一个能改变频率的交流电源，它是系统的核心。控制系统主要由控制器和电流，转速等检测仪器组成，用于按照给定指令，调节电动机的转速和控制电动机的转矩，完成传动任务

13、。电动机主要是异步电动机，少数场合用同步电动机。负载即各类工作机械，设备，用于完成各种生产任务。整个变频调速系统如下图所示。电源变频器电动机负载控制系统传感器器电气变量驱动信号电气变量机械变量指令输入图1.1 变频调速系统三相交流异步电动机的结构和工作原理当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的

14、感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。图1.2 变频调速原理三相异步电动机的转速和频率关系的表达式： n=60f(1-s)/p式中n为异步电动机的转速 f为异步电动机的频率 s为电动机转差率 p为电动机极

15、对数由上式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，变频器就是通过改变电动机的电源频率实现速度调节的。变频器是通过对电力半导体器件的通断控制将电压和频率固定不变的交流电电源变换为电压或频率可变的交流电的电能控制装置。在实际应用时，不仅要实现调速，还要求机械系统能满足机械特性和调速指标。变频调速的基本控制方式 1）V/f控制 按照下图所示的电压，频率关系对变频器的频率和电压进行控制，称为V/f控制方式。基频以下可以实现恒转矩调速，基频以上则可以实现恒功率调速。 图1.3V/f控制是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，通用性强，经济性好，是目前通用变频器产品中使用较多

16、的一种控制方式。但在V/f控制方式下，如果富在变化，转速也会随之变化，转速的变化量与转差率成正比。V/f控制的静态调速精度较差，可采用转差频率方式来提高调速精度。2）转差频率控制 转差频率控制方式是闭环控制。根据速度传感器的检测，求出转差频率，再把它与速度设定值相叠加，以该叠加值作为逆变器的频率设定值，实现了转差补偿的闭环控制，这种控制方式称为转差频率控制方式。由于转差补偿的作用，调速精度提高了。采用V/f控制方式和转差控制方式的控制思想都建立在异步电动机的静态数学模型上，因此动态性能指标不高，采用矢量控制方式可提高变频调速的动态性能。3）矢量控制 根据交流电动机的动态数学模型，利用坐标变换的

17、手段，将交流电动机的定子电流分解成磁场分量和转矩分量电流，并分别加以控制，即模仿直流电动机的控制方式对电动机的磁场和转矩分别进行控制，可获得类似于直流调速系统的动态性能。 矢量控制方法的出现，是异步电动机变频调速在电动机的调速领域里全方位地处于优势地位。但是，矢量控制技术需要对电动机参数进行正确估算。1.2系统的控制要求本文通过PLC控制变频器达到变频调速的目的，从而实现交流电机的正反转、起停、加速、减速控制以及速度的调节，并且能够在触摸屏上进行操作，控制电机调速。本系统的结构如图所示。图1.3 系统的结构图1.3 方案的确定 电动机的选择在变频电机中，电动机类型选择的原则是，在满足工作机械对

18、于托动系统要求的前提下，所选电动机应尽可能结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。因此，在选用电动机种类时，若机械工作对拖行系统无过高的要求，应优先选用交流电动机。在交流电动机中，笼型异步电动机结构简单、运行可靠、维护方便，对起动性能无过高要求的调速系统，应优先考虑。在电机工作中起动、制动比较频繁，为提高生产率，又要求电动机具有较大的起动、制动转矩以缩短起动制动时间，同时还有一定的调速要求，所以本设计采用笼型异步电动机，其参数为：型号：WDJ26；电压：380V；接法：角接；转速：1430r/min；功率：40W；电流：0.2A；频率：50HZ；绝缘等级：E； 变频器的选择根据用途对变频器进行

19、分类，变频器可以分为通用型系统型和专用型变频器。西门子公司的MICROMASTER 440变频器简称MM440变频器，由微处理器控制，采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极晶体管作为功率输出器件。它居于矢量控制性能;内置的制动单元等等。以西门子的0.75W MM440变频器为例，变频器的部分技术参数如下：额定功率：0.75Kw输入功率：4763hz输出功率：0650Hz功率因素：0.98过载能力：150%,60s保护特性：过电压和欠电压保护.短路和接地保护.过负载保护.变频器过热和电动机过热保护.电机失步保护.参数连锁保护.电动机锁定保护。第二章 变频调速系统的硬件设计2.1 PLC可编程逻辑控

20、制器（Programmable Logic Controller，PLC）实质是一种专用于工业控制的计算机，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/输出控制各种类型的机械或生产过程。图2.1可编程逻辑控制器其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 1）电源 行间距大点可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将

21、PLC直接连接到交流电网上去 2中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环

22、运行，直到停止运行。 为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 3存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 4输入输出接口电路1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。 2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 5功能模块 1高速计数器的工作模式高速

23、计数器有12种工作模式，模式0模式2采用单路脉冲输入的内部方向控制加/减计数；模式3模式5采用单路脉冲输入的外部方向控制加/减计数；模式6模式8采用两路脉冲输入的加/减计数；模式9模式11采用两路脉冲输入的双相正交计数。S7-200 CPU224有 HSC0-HSC5六个高速计数器，每个高速计数器有多种不同的工作模式。高速计数器的工作模式和输入端子的关系及说明如表3-1所示。选用某个高速计数器在某种工作方式下工作后，高速计数器所使用的输入不是任意选择的，必须按系统指定的输入点输入信号。如HSC1在模式11下工作，就必须用I0.6为A相脉冲输入端，I0.7为B相脉冲输入端，I1.0为复位端，I1

24、.1为启动端。表2-1 高速计数器的工作模式和输入端子的关系及说明 HSC编号及其对应 的输入 端子HSC模式功能及说明占用的输入端子及其功能HSC0I0.0I0.1I0.2HSC4I0.3I0.4I0.5HSC1I0.6I0.7I1.0I1.1HSC2I1.2I1.3I1.4I1.5HSC3I0.1HSC5I0.40单路脉冲输入的内部方向控制加/减计数。计数方向控制位=0，减计数；计数方向控制位=1，加计数。脉冲输入端1复位端2复位端起动3单路脉冲输入的外部方向控制加/减计数。计数方向控制端=0，减计数；计数方向控制端=1，加计数。脉冲输入端方向控制端4复位端5复位端起动6两路脉冲输入的单相

25、加/减计数。加计数有脉冲输入，加计数；减计数端脉冲输入，减计数。加计数脉冲输入端减计数脉冲输入端7复位端8复位端起动9两路脉冲输入的双相正交计数。A相脉冲超前B相脉冲，加计数；A相脉冲滞后B相脉冲，减计数。A相脉冲输入端B相脉冲输入端10复位端11复位端起动说明：表中表示没有注意：同一个输入端不能用于两种不同的功能。高速计数器当前模式未使用的输入端均可用于其他用途，如作为中断输入端或作为数字量输入端。例如，如果在模式2中使用高速计数器HSC0，模式2使用I0.0和I0.2，则I0.1可用于边缘中断或用于HSC3。表2-2 高速计数器的控制字节HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5说明

26、SM37.0SM47.0SM57.0SM147.0复位有效电平控制：0=复位信号高电平有效；1=低电平有效SM37.1SM47.1SM57.1启动有效电平控制：0=启动信号高电平有效；1=低电平有效SM37.2SM47.2SM57.2SM147.2正交计数器计数速率选择：0=4计数速率；1=1计数速率SM37.3SM47.3SM57.3SM137.3SM147.3SM157.3计数方向控制位：0=减计数；1=加计数SM37.4SM47.4SM57.4SM137.4SM147.4SM157.4向HSC写入计数方向：0=无更新；1=更新计数方向SM37.5SM47.5SM57.5SM137.5SM

27、147.5SM157.5向HSC写入新预置值0=无更新；1=更新预置值SM37.6SM47.6SM57.6SM137.6SM147.6SM157.6向HSC写入新的当前值：0=无更新；1=更新当前值SM37.7SM47.7SM57.7SM137.7SM147.7SM157.7HSC允许：0=禁用HSC；1=启用HSC2高速计数器的控制字和状态字定义了计数器和工作模式之后，还要设置高速计数器的有关控制字节。每个高速计数器均有一个控制字节，它决定了计数器的计数允许或禁用，方向控制（仅限模式0、1和2）或对所有其他模式的初始化计数方向，装入当前值和预置值。控制字节每个控制位的说明如表3-2所示。每个

28、高速计数器都有一个状态字节，状态位表示当前计数方向以及当前值是否大于或等于预置值。每个高速计数器状态字节的状态位如表3-3所示。只有在执行中断服务程序时，状态位才有效，目的是使其它事件能够产生中断以完成更重要的操作。表2-3 高速计数器状态字节的状态位HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5说明SM36.5SM46.5SM56.5SM136.5SM146.5SM156.5当前计数方向状态位：0 = 减计数；1 = 加计数SM36.6SM46.6SM56.6SM136.6SM146.6SM156.6当前值等于预设值状态位：0 = 不相等；1 = 等于SM36.7SM46.7SM56.7S

29、M136.7SM146.7SM156.7当前值大于预设值状态位：0 = 小于或等于；1 = 大于6通信模块PLC通讯模块的功能是，当PLC本身的通讯口不够使用时，因为有可能PLC需要和多台第三方仪器进行通讯。这时就需要用到通讯模块，通讯模块有很多类型，常见的有串口模块（RS232、RS485、RS422）和以太网通讯模块2.2 变频器变频器（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。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改

30、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。变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。 整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。 高容量电容：存储转换后的电能。 逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。控制方式低压通用变频输出电压为380650V，输

31、出功率为0.75400kW，工作频率为0400Hz，它的主电路都采用交直交电路。其控制方式经历了以下四代。1U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式： 其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因

32、此人们又研究出矢量控制变频调速。1变频器设置表2-4 快速调试参数表参数号出厂值设置值 说 明P070022命令源选择由端子排输入P100022频率设定值选择为“模拟输入”P112010.005.00 斜坡上升时间P112110.005.00 斜坡下降时间2设置模拟信号控制、端子控制参数按表2-5所示设置数字输入端子控制参数。表2-6 数字输入/输出端子、控制参数表参数号出厂值设置值说 明P070111ON接通正转、OFF1停止命令P0702122ON接通反转、OFF1停止命令P0705159故障确认P072511PNP/NPN 数字输入选择PNP方式P0731152.7数字输出1的功能选择变

33、频器故障P075600ADC类型选择单极性电压输入0+10VP075700ADC输入特性标定的x1值(V/mA)P07580.00.0ADC输入特性标定的y1值P07591010ADC输入特性标定的x2值(V/mA)P0760100.0100.0ADC输入特性标定的y2值P076100ADC死区的宽度(V/mA)P103210禁止反转的MOP设定值选择允许反向P200050.0050.00基准频率(Hz)2.3 外部电路设计系统元件I/O分配表2-1表2-7 I/O分配输入部分输出部分元件PLC输入点触摸屏对应元件PLC输出点启动按钮SB0M0.0正转/停止 M0.2停止按钮SB1M0.1（2

34、） 绘制PLC硬件接线图及硬件连接（对图描述）图2 电机恒速控制电路图 第三章 变频调速系统的软件设计3.1 编程软件的介绍STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。STEP7-Micro/WIN32编程软件的主界面外观如下图所示界面一般可以分成以下几个区：标题栏、菜单条（包含8个主菜单项）、工具条（快捷按钮）、引导条（快捷操作窗口）、指令树（快捷操作窗口）、输出窗口、状态条和用户窗口（可同时或分别打开5个用户窗口）。除菜单

35、条外，用户可以根据需要决定其他窗口的取舍和样式。（1）菜单条 在菜单条中共有8个主菜单选项，各主菜单项的功能如下。1）文件（File）菜单项可完成如新建、打开、关闭、保存文件、导入和导出、上载和下载程序、文件的页面设置、打印预览和打印设置等操作。2）编辑（Edit）菜单项提供编辑程序用的各种工具，如选择、剪切、复制、粘贴程序块或数据块的操作，以及查找、替换、插入、删除和快速光标定位等功能。3）视图（View）菜单项可以设置编程软件的开发环境，如打开和关闭其他辅助窗口（如引导窗口、指令树窗口、工具条按钮区），执行引导条窗口的所有操作项目，选择不同语言的编程器（LAD、STL或FBD），设置3种程

36、序编辑器的风格（如字体、指令盒的大小等）。4）可编程控制器（PLC）菜单项用于实现与PLC联机时的操作，如改变PLC的工作方式、在线编译、清除程序和数据、查看PLC的信息、以及PLC的类型选择和通信设置等。5）调试（Debug）菜单项用于联机调试。6）工具（Tools）菜单项可以调用复杂指令（如PID指令、NETR/NETW指令和HSC指令），安装文本显示器TD200，改变用户界面风格（如设置按钮及按钮样式、添加菜单项），用“选项”子菜单可以设置三种程序编辑器的风格（如语言模式、颜色等）。7）窗口（Windows）菜单项的功能是打开一个或多个窗口，并进行窗口间的切换。可以设置窗口的排放方式（如

37、水平、垂直或层叠）。8）帮助（Help）菜单项可以方便地检索各种帮助信息，还提供网上查询功能。而且在软件操作过程中，可随时按F1键来显示在线帮助。（2）工具条 将STEP7-Micro/WIN32编程软件最常用的操作以按钮形式设定到工具条，提供简便的鼠标操作。可以用“视图”菜单中的“工具”选项来显示或隐藏3种按钮：标准、调试和指令。（3）引导条 在编程过程中，引导条提供窗口快速切换的功能，可用“视图”菜单中的“引导条”选项来选择是否打开引导条。引导条中有以下七种组件。1）程序块（Program Block）由可执行的程序代码和注释组成。程序代码由主程序（OB1）、可选的子程序（SBR0）和中断

38、程序（INT0）组成。2）符号表（Symbol Table）用来建立自定义符号与直接地址间的对应关系，并可附加注释，使得用户可以使用具有实际意义的符号作为编程元件，增加程序的可读性。例如，系统的停止按钮的输入地址是I0.0，则可以在符号表中将I0.0的地址定义为stop，这样梯形图所有地址为I0.0的编程元件都由stop代替。当编译后，将程序下载到PLC中时，所有的符号地址都将被转换成绝对地址。3）状态图（Status Chart）用于联机调试时监视各变量的状态和当前值。只需要在地址栏中写入变量地址，在数据格式栏中标明变量的类型，就可以在运行时监视这些变量的状态和当前值。4）数据块（Data

39、Block）可以对变量寄存器V进行初始数据的赋值或修改，并可附加必要的注释。5）系统块（System Block）主要用于系统组态。系统组态主要包括设置数字量或模拟量输入滤波、设置脉冲捕捉、配置输出表、定义存储器保持范围、设置密码和通信参数等。在本附录中对系统组态的设置不作详细介绍。6）交叉索引（Cross Reference）可以提供交叉索引信息、字节使用情况和位使用情况信息，使得PLC资源的使用情况一目了然。只有在程序编辑完成后，才能看到交叉索引表的内容。在交叉索引表中双击某个操作数时，可以显示含有该操作数的那部分程序。7）通信（Communications）可用来建立计算机与PLC之间的

40、通信连接，以及通信参数的设置和修改。在引导条中单击“通信”图标，则会出现一个“通信”对话框，双击其中的“PC/PPI”电缆图标，将出现“PG/PC”接口对话框，此时可以安装或删除通信接口，检查各参数设置是否正确，其中波特率的默认值是9600。设置好参数后，就可以建立与PLC的通信联系。双击“通信”对话框中的“刷新”图标，STEP7-Micro/WIN32将检查所有已连接的S7-200的CPU站，并为每一个站建立一个CPU图标。建立计算机与PLC的通信联系后，可以设置PLC的通信参数。单击引导条中“系统块”图标，将出现“系统块”对话框，单击“通信口（Port）”选项，检查和修改各参数，确认无误后

41、，单击“确认（OK）”按钮。最后单击工具条的“下载（Download）”按钮，即可把确认后的参数下载到PLC主机。用指令树窗口或视图（View）菜单中的选项也可以实现各编程窗口的切换。（4）指令树 指令树提供编程所用到的所有命令和PLC指令的快捷操作。可以用视图（View）菜单的“指令树”选项来决定其是否打开。（5）输出窗口 该窗口用来显示程序编译的结果信息。如各程序块的信息、编译结果有无错误以及错误代码和位置等。（6）状态条 状态条也称任务栏，用来显示软件执行情况，编辑程序时显示光标所在的网络号、行号和列号，运行程序时显示运行的状态、通信波特率、远程地址等信息。（7）程序编辑器 可以用梯形图

42、、语句表或功能表图程序编辑器编写和修改用户程序。（8）局部变量表 每个程序块都对应一个局部变量表，在带参数的子程序调用中，参数的传递就通过局部变3.2 PLC的工作原理（不完整）当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段， 可编程逻辑控制器即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段

43、中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，

44、在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制

45、器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。3.3 PLC编程语言PLC的用户程序，是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制规范，按照实际需要使用的功能来设计的。只要用户能够掌握某种标准编程语言，就能够使用PLC在控制系统中，实现各种自动化控制功能。 根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），PLC有五种标准编程语言：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）、结构文化本语言（ST

46、）。这五标准编程语言，十分简单易学。 3.3.1梯形图语言（LD）梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。 梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。 梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。 3.3.2、指令表语言（IL）指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言

47、一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。图3就是与图2PLC梯形图对应的指令表。 指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。 3.3.3、功能模块图语言（FBD）功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。 功能模块图编程

48、语言的特点：功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。 3.3.4、 顺序功能流程图语言（SFC）顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使

49、程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。图5是一个简单的功能流程编程语言的示意图。 顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。 3.3.5、结构化文本语言（ST）结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言。在大中型的PLC系统中，常采用结构化文本来描述控制系统

50、中各个变量的关系。主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。 结构化文本编程语言采用计算机的描述方式来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。结构化文本编程语言的特点：采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧，对工程设计人员要求较高。直观性和操作性较差。3.4 输入输出点分配（名字不合适）1.根据任务分析，PLC需要2个输入点，3个输出点，输入输出点分配见表3

51、-8。表3-1 输入输出点分配表输 入输 出输入继电器输入元件名称输出继电器输出元件名称I0.0CHA脉冲输入Q0.0INV5正转I0.4INV19变频运行Q0.1INV6反转Q0.4INV7复位2组态软件变量与PLC的地址分配根据任务分析，触摸屏的组态软件变量与PLC的的地址分配见表3-2。表3-2 组态软件变量与PLC的地址分配表 输 入 输 出名称PLC地址组态软件变量名称PLC地址组态软件变量启动M0.0启动运行状态M2.0运行状态:0停止1运行停止M0.1停止变频故障灯M2.4运行故障:0无1有正反转M0.2正反转:0正转1反转电机状态VW0电机状态:0停止1正转2反转手自动M0.3

52、手动自动:0手动1自动手动输出VD750手动输出%复位按钮M0.4复位实际输出VD850实际输出%参数修改M1.0PID参数:0显示1修改模拟输出AQW0032000设定值VD600设定转速曲线实际VW950曲线实际值:字实际值VD500运行转速曲线设定VW952曲线设定值:字增益VD912P参数采样时间VD916Ts参数积分时间VD920Ti参数微分时间VD924Td参数3.双击STEP 7-Micro/WIN图标，创建一个新的工程项目并命名为电机恒速控制。表3-3 电机控制符号表符号地址注释I0.0脉冲输入变频故障I0.4变频故障:变频器21正转Q0.0正转:变频器5反转Q0.1反转:变频

53、器6变频复位Q0.4复位:变频器16启动M0.0启动:触摸屏停止M0.1停止:触摸屏正反转M0.2正反转:0正转1反转手自动M0.3手动自动:0手动1自动复位按钮M0.4复位运行状态M2.0运行状态:0停止1运行变频故障灯M2.4运行故障:0无1有参数修改M1.0PID参数:0显示1修改电机状态VW0电机状态:0停止1正转2反转脉冲数VD100200ms脉冲数实际值VD500实际转速值:实数实际值字VW550实际转速值:字设定值VD600设定转速值手动输出VD700手动输出01手输出百VD750手动输出0100PID输出VW800PID输出032000实输出百VD850实际输出0100模拟输出AQW0032000PID参数VD9124个PID参数曲线实际VW950曲线实际值:字曲线设定VW952曲线设定值:字3.5 变频调速系统程序设计图3 电机恒速控制梯形图主程序图3 电机恒速控制梯形图主程序（续）图4 电机恒速控制梯形图子程序1（初始化HSC0）图5 电机恒速控制梯形图子程序2（PID参数修改）图6 电机恒速控制梯形图子程序3（输出显示）图6 电机恒速控制梯形图子程