畢業(yè)設(shè)計（論文）基于HMI的電機調(diào)速系統(tǒng)

1、1 緒論1.1 前言隨著科技的飛速發(fā)展，越來越多的機器與現(xiàn)場操作都趨向于使用人機界面，plc控制器強大的功能及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理也呼喚一種功能與之匹配而操作又簡便的人機的出現(xiàn)，觸摸屏的應(yīng)運而生無疑是21世紀(jì)自動化領(lǐng)域里的個巨大的革新。觸摸屏作為一種最新的輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。觸摸屏具有堅固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術(shù)，只要用手指輕輕地指碰觸摸屏上的圖符或字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直接了當(dāng)，這種技術(shù)極大方便了那些不懂機器操作的用戶。觸摸屏的應(yīng)用范圍非常廣闊，主要有公共信息的查詢，如電信局、銀行、電力等部門的業(yè)務(wù)查詢；地鐵

2、站的售票系統(tǒng)、企業(yè)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮等。觸摸屏有如此眾多的應(yīng)用，我們把它使用在機器或生產(chǎn)線上，便于工人進行速度調(diào)節(jié)，對機器生產(chǎn)過程中的各種異常情況做出反應(yīng)，是非常有必要的，觸摸屏，變頻器，plc是現(xiàn)在機器電控系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的元件，用三者組成調(diào)速系統(tǒng)，對大部分機器具有實用性，所以這套調(diào)速系統(tǒng)的研究具有理論與現(xiàn)實意義。1.2 變頻調(diào)速原理變頻調(diào)速器將電網(wǎng)中的三相交流電整流成直流電后，通過逆變器再將直流電逆變成電壓可調(diào)、頻率可調(diào)的三相交流電驅(qū)動異步電動機，實現(xiàn)調(diào)速和節(jié)電。三相異步電機轉(zhuǎn)速為：n2=n1（1-s）=60f1（1-s）/p（2-1）式1.1在式1.1中：n2-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min;

3、n1-同步轉(zhuǎn)速；p-極對數(shù)；f1-電源頻率，hzs-轉(zhuǎn)差率。由上式可知：轉(zhuǎn)速可以通過改變電源頻率、繞組的極對數(shù)或轉(zhuǎn)差率等進行改變，一般p、s不變，即n2f1。1.3 變頻調(diào)速的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望交流傳動與控制技術(shù)是目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，這是和電力電子器件制造技術(shù)、變流技術(shù)控制技術(shù)以及微型計算機和大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展密切相關(guān)。 通用變頻器作為早個商品開始在國內(nèi)上市，是近十年的事，銷售額逐年增加，于今全年有超過數(shù)十億元（rmb）的市場。其中各種進口品牌居多，功率小至百瓦大至數(shù)千千瓦；功能簡易或復(fù)雜；精度低或高；響應(yīng)慢或快：有pg（測速機）或無pg;有噪音或無噪音等等。 對于許多用戶來說,

4、這十年中經(jīng)歷了多次更新，現(xiàn)所使用的變頻器大都屬于目前最為先進的機型如果從應(yīng)用的角度來說，我們的水準(zhǔn)與發(fā)達國家沒有什么兩樣。作為國內(nèi)制造商,通過這十年來對國外的先進技術(shù)進行銷化，也正在積極地進行國產(chǎn)變頻器的自主開發(fā)努力追趕世界發(fā)達國家的水平。 回顧近十年來國外通用變頻器技術(shù)的發(fā)展對于深入了解交流傳動與控制技術(shù)的走向，以及如何站在高起點上結(jié)合我國國情開發(fā)我國自己的產(chǎn)品應(yīng)該說具有十分積極的意義.通用變頻器的發(fā)展是世界高速經(jīng)濟發(fā)展的產(chǎn)物。其發(fā)展的趨勢大致為：1）主控一體化 日本三菱公司將功率芯片和控制電路集成在一快芯片上的dipipm（即雙列直插式封裝）的研制已經(jīng)完成并推向市場。一種使逆變功率和控制電

5、路達到一體化，智能化和高性能化的hvic（高耐壓ic）soc（system on chip）的概念已被用戶接受，首先滿足了家電市場低成本、小型化、高可靠性和易使用等的要求。因此葉以展望，隨著功率做大，此產(chǎn)品在市場上極具競爭力。 2）小型化 用日本富士（fuji）電機的三添勝先生的話說，變頻器的小型化就是向發(fā)熱挑戰(zhàn)。這就是說變頻器的小型化除了出自支撐部件的實裝技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計的大規(guī)模集成化，功率器件發(fā)熱的改善和冷卻技術(shù)的發(fā)展已成為小型化的重要原因。abb公司將小型變頻器定型為compactm他向全球發(fā)布的全新概念是，小功率變頻器應(yīng)當(dāng)象接觸器、軟起動器等電器元件一樣使用簡單，安裝方便，安全可靠。 3

6、）低電磁噪音化 今后的變頻器都要求在抗干擾和抑制高次諧波方面符合emc國際標(biāo)準(zhǔn)，主要做法足在變頻器輸入側(cè)加交流電抗器或有源功率因數(shù)校正（active power factor correction apfc）電路，改善輸入電流波形降低電網(wǎng)諧波以及逆變橋采取電流過零的開關(guān)技術(shù)。而控制電源用的開關(guān)電源將推崇半諧振方式，這種開關(guān)控制方式在3050mhz時的噪聲可降低1520db。 4）專用化 通用變頻器中出現(xiàn)專用型家族是近年來的事。其目的是更好發(fā)揮變頻器的獨特功能并盡可能地方便用戶。如用于起重稅負(fù)載的 arb acc系列，用廣交流電梯的 siemens mico340系列和fuji frn5000g

7、11ud系列，其他還有用于恒壓供水、上作機械主軸傳動、電源再生、紡織、機車牽引等專用系列。 5）系統(tǒng)化 作為發(fā)展趨勢，通用變頻器從模擬式、數(shù)字式、智能化、多功能向集中型發(fā)展。最近，日本安川由機提出了以變頻器，伺服裝置，控制器及通訊裝置為中心的”d&m&c”概念，并制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。目的是為用戶提供最佳的系統(tǒng)。因此可以預(yù)見在今后變頻器的高速響應(yīng)件和高性能什將是基本條件。1.4 本課題的任務(wù)與要求利用觸摸屏的串口通信控制松下plc與變頻器系統(tǒng)，實現(xiàn)對交流三相異步電動機的多段調(diào)速控制。具體的控制系統(tǒng)連接框圖如下：圖1.1 系統(tǒng)連接框圖2 可編程序控制器plc2.1 plc概述可編程序控制器是在繼電器

8、控制和計算機控制的基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動裝置。國際電工委員會（iec）與1985年1月對可編程控制器做了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字、模擬的輸入與輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則設(shè)計”。世界上plc產(chǎn)品可按地域分成三大流派：美國、歐洲和日本。日本的plc技術(shù)是由美國引

9、進的，但日本的主推定位在小型plc上，在小型機領(lǐng)域中頗具盛名。某些用歐美的中型機或大型機才能實現(xiàn)的控制，日本的小型機就可以解決。在開發(fā)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機，所以格外受用戶歡迎。日本有許多plc制造商，如三菱、歐姆龍、松下、東芝等，在世界小型plc市場上，日本產(chǎn)品約占有70的份額。松下 plc是目前國內(nèi)比較常見的plc產(chǎn)品之一，其功能完備，性價比高。松下的小型plc有：fp-x、fp0、fp1、fp、fp-e系列等；中型plc為：fp2、fp2sh、fp3系列plc等。2.2 plc的結(jié)構(gòu)及其功能從結(jié)構(gòu)上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i

10、/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 2.2.1 cpu的構(gòu)成 cpu是plc的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套plc至少有一個cpu，它按plc的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。cpu主要由運算器、控制器、寄

11、存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析cpu的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。cpu的控制器控制cpu工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。cpu速度和內(nèi)存容量是plc的重要參數(shù)，它們決定著plc的工作速度，io數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 2.2.2 i/o模塊 plc與電氣回路的接口

12、，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o分為開關(guān)量輸入（di），開關(guān)量輸出（do），模擬量輸入（ai），模擬量輸出（ao）等模塊。 常用的i/o分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20ma,0-20ma）、電壓型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用io外

13、，還有特殊io模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按i/o點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，i/o模塊可多可少，但其最大數(shù)受cpu所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 2.2.3 電源模塊 plc電源用于為plc各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24v的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220vac或110vac），直流電源（常用的為24vdc）。 2.2.4 底板或機架 大多數(shù)模塊式plc使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使cpu能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。 2.2.5 plc系統(tǒng)的其它設(shè)備

14、 1）編程設(shè)備：編程器是plc開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器plc一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。 2）人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。 3）plc的通信聯(lián)網(wǎng)：依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點說法

15、。 plc具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使plc與plc 之間、plc與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)plc具有rs-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。plc的通信現(xiàn)在主要采用通過多點接口（mpi）的數(shù)據(jù)通訊、profibus 或工業(yè)以太網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)。2.3 松下plc的基本特點（1）超高速處理基本指令只需0.32s，可快速掃描。小型plc內(nèi)，通過高速處理速度0.32sec，也可對應(yīng)要求高速掃描的用途。（2）充裕的大容量充裕的程序容量達到32k步。注釋區(qū)域也可以充分保證。2通過超過小型plc范疇的高程序容量32k步，可對應(yīng)隨著將來設(shè)

16、備擴展而產(chǎn)生的范圍廣泛的各種應(yīng)用。（3）廣泛的擴展性i/o最多300點?？赏ㄟ^功能擴展插件，使擴展范圍更進一步擴大。也可控制成本。還有，利用擴展fp0適配器，最多可連3臺現(xiàn)有的fp0擴展單元。（4）可靠的安全性通過8位密碼和禁止上傳功能，有效保護程序。（5）配備usb端口3通過普通usb電纜（ab型），可與計算機實現(xiàn)簡便連接。 1 基本指令占35和高級指令（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送、四則運算）占65組合而成的5k步的程序；2 c14型為16k步；3 c14型未具備此功能。松下公司近幾年plc產(chǎn)品，具有指令系統(tǒng)功能強的特點；有的機型還提供可以用fp-basic語言編程的cpu及多種智能模塊，為復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)提供

17、了軟件支持；fp系列各種plc都配置通信機制，由于它們使用的應(yīng)用層通信協(xié)議具有一致性，這給構(gòu)成多級plc網(wǎng)絡(luò)和開發(fā)plc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序帶來方便。2.4 松下fp plc的介紹2.4.1 單元的特點與功能1）存儲容量大fp體積小，功能強大，它擁有一個中型的plc的所有功能。12k的編程容量已經(jīng)成為fp的一個典型特性。因此在編程時，你不必?fù)?dān)心有剩余多少存儲空間。另外，數(shù)據(jù)寄存器的容量為32k字，因此設(shè)備能夠處理大量的數(shù)據(jù)的編譯和重復(fù)操作。2）全方位的通信功能使用工具口（rs232c）是主機單元的又一典型特征，通過它主機能夠與觸摸屏或電腦實現(xiàn)通信。此外，我們還可選擇帶有rs232c和rs485接口的通

18、信卡實現(xiàn)通信功能。安裝一個雙通道的rs232c型通訊卡，主機就能通過rs232口實現(xiàn)與兩套外設(shè)的連接。全方位通訊功能意味著不僅能實現(xiàn)1：n通訊，而且能實現(xiàn)plc鏈接功能（最多達16站）。3）一臺fp通過rs232口能控制兩臺外設(shè)使用雙通道rs232型通訊卡實現(xiàn)與兩套設(shè)備之間的通信。圖2.1 通信特征1（rs232口）4）1：n通信功能（最多達99站）當(dāng)使用單通道rs485型通訊卡時，最多可實現(xiàn)99個站之間的通信。圖2.2 通信特征2（c-net）5）通過plc- link功能，每臺plc都能共享網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)。當(dāng)使用單通道rs485型通訊卡時，通信連接如下：圖2.3 通信特征3（plc-link

19、）6）通過高速計數(shù)器和脈沖輸出實現(xiàn)位置控制高速計數(shù)器和脈沖輸出功能是fp又一個典型特征。脈沖輸出功能實現(xiàn)高達100khz的梯形加減控制，通過步進電機和伺服電機就能實現(xiàn)位置控制。7）高速計數(shù)器的五種方式加輸入模式，減輸入模式，雙向輸入，單個輸入，方向偏差輸入最大計數(shù)速度：單向：50khz 雙向：20khz圖2.4 高速計數(shù)器8）脈沖輸出實現(xiàn)位置控制 脈沖輸出能實現(xiàn)四種形式：脈沖/信號輸出，cw/cww輸出 使用單通道：最大可達100khz 使用雙通道：最大可達60khz圖2.5 脈沖輸出9 ）模擬量控制模擬電位計是fp的又一典型特征，它能夠用作為模擬計數(shù)器，而且模擬單元也可用作為智能模塊。2.4

20、.2 fp端子排列圖圖2.6 fp端子接線圖 (i/o連接器)注：輸入電路的四個com接線端的內(nèi)部是連接的。輸出電路的兩個(+)接線端的內(nèi)部是連接的。輸出電路的兩個(-)接線端的內(nèi)部是連接的。2.4.3 fp系列控制單元的i/o點數(shù) fp控制單元的i/o點數(shù)是固定的，如下表2.1i/o分配晶體管的輸出類型輸入(16點)x0xf輸出(16點)y0yf2.4.4 fp的電源接線方法1）電源的接線使用電源電纜(附件)來連接電源設(shè)備的方法。圖2.7 fp電源的接線2）電源與設(shè)備的接線使用單元自帶的電源電纜來連接電源-灰： 24v dc-藍： 0v -綠： 接地3）電源電纜將電源電纜的灰色線和藍色線絞在

21、一起，以減少噪音的不利影響。4）電源設(shè)備類型為了避免非正常電壓從電源設(shè)備電纜中傳給系統(tǒng)，使用一個帶有內(nèi)部保護電路的隔離電源。這個單元是一個非隔離的設(shè)備。如果使用一個沒有內(nèi)部保護電路的隔離電源，就務(wù)必在電源供電電路中加入保護元件，如保險絲。5）電源設(shè)備電壓電源的額定電壓為24 v dc，操作電壓范圍21.6-26.4 v dc。電源接通先后的順序 (接通的順序)：控制單元的電源先關(guān)，然后再關(guān)斷輸入/輸出設(shè)備的電源。如果輸入/輸出設(shè)備的電源在控制單元的電源控制之前關(guān)閉，則控制單元會檢測到干擾信號，引起設(shè)備的誤動作。確認(rèn)控制單元和擴展單位的電源來自同一個電源，而且兩者的電源應(yīng)同時地打開和關(guān)閉。2.4

22、.5 松下fpplc的應(yīng)用fp型的plc采用通信模塊插件充實通信功能，可以實現(xiàn)最大100khz的位置控制，體現(xiàn)免維護性及考慮數(shù)據(jù)備份的結(jié)構(gòu)，具有高速、豐富的實數(shù)運算功能。fp依照小型plc的標(biāo)準(zhǔn)在保持機身小巧、使用簡便的同時，加載中型plc的功能。大幅度充實通信功能、大幅度提升位置控制性能，實現(xiàn)卓越的維護性?？紤]到設(shè)備組裝后的維護問題，采用flash rom內(nèi)置方式。fp可以對數(shù)據(jù)寄存器區(qū)進行完全備份，日歷時鐘的數(shù)據(jù)也能由電池后備，配備有2個分辨率為1/1000的模擬量調(diào)節(jié)旋鈕，可以作為模擬量定時器等使用。在16點輸出中的12點，采用了帶短路保護功能的晶體管。為了防止出廠后的意外改寫程序或保護

23、原始程序不被竊取，fp可以設(shè)置密碼功能。其i/o注釋可以與程序一同寫入本體，大幅提高了系統(tǒng)保存性。同時，fpplc實現(xiàn)了pid控制的指令化，可以進行自整定，實現(xiàn)簡便、高性能的控制。2.5 plc的發(fā)展前景plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力，機械制造、汽車裝卸、造紙、紡織、環(huán)保及娛樂等各行各業(yè)。它的應(yīng)用大致可分為以下幾種類型：用于開關(guān)邏輯量的控制、用于機械加工的數(shù)字控制、用于機器人控制、用于閉環(huán)過程控制及構(gòu)成dcs、用于實現(xiàn)工廠的無人化管理。3 觸摸屏簡介觸控屏（touch panel）又稱為觸控面板，是個可接收觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按

24、鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動各種連結(jié)裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。3.1 觸摸屏的工作原理為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，再送給cpu，它同時能接收cpu發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。3.2 觸摸屏的特點及

25、發(fā)展隨著社會信息化的快速發(fā)展，觸摸屏的應(yīng)用日趨普及。到目前為止，在我國觸摸屏產(chǎn)品已逐漸形成了產(chǎn)業(yè)。觸摸屏輸入是一種新穎輸入技術(shù)，它靠觸摸顯示器的屏幕來輸入數(shù)據(jù)的。操作方式簡單，使用者無需再通過鼠標(biāo)和鍵盤，僅用手指觸摸屏幕上的圖形、表格或提示標(biāo)志，便可從屏幕上得到其所需的各種信息。因此，觸摸屏的功能的強大與否將會直接影響使用者的操作意愿。觸摸屏輸入完全摒棄了鍵盤的繁瑣輸入，使得人機交互只需手指輕輕一觸即可。我們可用觸摸屏輸入來代替諸如鍵盤、光筆、操縱桿、滾球、鼠標(biāo)及數(shù)字轉(zhuǎn)換器等數(shù)據(jù)輸入設(shè)備，或取代分立開關(guān)與薄膜開關(guān)之類的面板操作裝置。它的優(yōu)點在于操作簡更直觀、圖像清晰、堅固耐用及節(jié)省空間。并且，

26、它適用范圍廣泛，可配用于一切電子顯示器，也可與顯示器制成一體，具有人機交互性佳，操作方便，使用靈活，效率高及輸入速度快等特點。因此，觸摸屏輸入裝置將會成為未來各種電子信息產(chǎn)品的主流技術(shù)之一。觸摸屏輸入以其人機交互簡便性，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制、公共信息咨詢（如銀行、電信局、稅務(wù)局、郵政、電力、公用電話機與公共問詢系統(tǒng)）、金融證券交易市場、商業(yè)自動化、翻譯機、辦公室自動化（oa） 、家用電器及軍事指揮控制系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。在消費領(lǐng)域內(nèi)，觸摸屏輸入日趨增多地應(yīng)用于家用電器、多媒體教學(xué)、銷售終端機（pos）、房地產(chǎn)預(yù)售、餐館預(yù)約、游戲機、飛機與車船預(yù)訂和城市導(dǎo)游機等，可以說觸摸屏的應(yīng)用真是無處不在。

27、它能有如此廣泛應(yīng)用的最重要的因素就是使用方便和經(jīng)久耐用。在商業(yè)應(yīng)用中，金融業(yè)務(wù)部門已普遍使用此種觸摸屏輸入，如醫(yī)療器械、銀行自動出納機。高檔的先進電子測量儀器儀表、醫(yī)療信息管理系統(tǒng)及辦公室自動化系統(tǒng)亦使用觸摸屏輸入。當(dāng)前觸摸屏大致有電容式、電阻式【15】、表面聲波式和紅外式等類型。其中在觸摸屏中四線式電阻觸摸屏使用最廣泛, 且符合簡便、高效的原則, 與迅猛發(fā)展的計算機網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)相結(jié)合, 使用者僅需通過手指點觸屏幕, 就能進行信息檢索、數(shù)據(jù)分析。隨著使用計算機作為信息來源的與日俱增，觸摸屏以其堅固耐用、易于操作、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點， 使得系統(tǒng)設(shè)計師們感到使用觸摸屏的確具有相當(dāng)大的優(yōu)

28、越性。觸摸屏對于各種應(yīng)用領(lǐng)域的嵌入式設(shè)備已經(jīng)不再是可有可無的東西，而是必不可少的設(shè)備。它極大的簡化了嵌入式產(chǎn)品的使用，即使是對計算機一無所知的人，也照樣能夠信手拈來，使計算機展現(xiàn)出更大的魅力。解決了公共信息市場上計算機所無法解決的問題。4 變頻器的介紹4.1 變頻器的組成和工作原理變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它主要由兩部分電路構(gòu)成，一是主電路（整流模塊、電解電容和逆變模塊），二是控制電路（開關(guān)電源板、控制電路板）。cpu就安裝在控制電路板上，變頻器的操作軟件燒錄在cpu上，同一型號的變頻器軟件是固定的，唯一例外的就是三晶變頻器，軟件可根據(jù)使用需求

29、更改。變頻器實際上就是一個逆變器.它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?然后用電子元件對直流電進行開關(guān).變?yōu)榻涣麟?一般功率較大的變頻器用可控硅.并設(shè)一個可調(diào)頻率的裝置.使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào).用來控制電機的轉(zhuǎn)數(shù).使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào).變頻器廣泛用于交流電機的調(diào)速中.變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實際逐漸走向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動電流小，運行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。一般分為

30、整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。 1）整流電路整流電路的功能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。整流電路一般都是單獨的一塊整流模塊.2）平波電路平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動，為了抑制電壓波動采用電感和電容吸收脈動電壓(電流)，一般通用變頻器電源的直流部分對主電路而言有余量，故省去電感而采用簡單電容濾波平波電路。3）控制電路現(xiàn)在變頻調(diào)速器基本系用16位、32位單片機或dsp為控制核心，從而實現(xiàn)全數(shù)字化控制。變頻器是輸出電壓和頻率可調(diào)的調(diào)速裝置。提供控制信號的回路稱為主控制電路，控制電路由以下電路構(gòu)成:頻率、電壓的

31、“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”。運算電路的控制信號送至“驅(qū)動電路”以及逆變器和電動機的“保護電路變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉(zhuǎn)拒控制、pid或其它方式4）逆變電路逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時間使上橋、下橋的功率開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷。從而可以在輸出端u、v、w三相上得到相位互差120電角度的三相交流電壓。、4.2 松下變頻器vfo系列的特點1）操作簡單：采用了新設(shè)計的調(diào)頻電位器，使調(diào)頻操作簡單輕松；而且用操作盤就可容易地操作正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)；2）可由plc直接調(diào)節(jié)頻率：可直接接收plc的pwm信號并可控制

32、電動機頻率；同時可與我公司plc(fp0等)配套使用，無需模擬i/o單元；3）功能齊全的小型產(chǎn)品：8段速控制制動功能；再試功能；根據(jù)外部sw調(diào)整頻率增減和記憶功能；再生制動功能的充實；400v系列型:內(nèi)置制動電路；200v系列型:內(nèi)置0.4-1.5kw電阻；0.2kw電路沒有制動電阻；0.4kw是外部設(shè)置的同包裝電阻；4.3 變頻器的安裝4.3.1 垂直安裝如不垂直安裝，會降低變頻器的散熱效果，導(dǎo)致發(fā)生問題和故障。4.3.2 避開下列場所1）有直射日光照射的地方2）溫度大或有水汽的地方3）漂浮油污、粉塵、棉沉的地方4）有風(fēng)雨、水滴、油滴的地方5）有腐蝕性氣體、爆炸性氣體或火性氣體的場所6）安裝

33、在木材等可燃性材質(zhì)上或置于可燃物品上面7）震動較大的地方4.3.3 周圍溫度不要超過容許溫度設(shè)置在發(fā)熱物體附近或置于箱內(nèi)，會使變頻器周圍溫度變高，而降低壽命。容許周圍溫度10到50。4.4 變頻器端子罩內(nèi)部的說明圖4.1 變頻器端子罩內(nèi)部4.5 操作板的說明圖4.2 操作板的說明4.6 控制線路的接線方法圖4.3 控制線路的接線圖4.4 端子功能及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)4.7 運行中要注意的危險事項1）一定要把端子罩合上在接通輸入電源，另外，通電時請勿打開端子罩，以免觸電。2）不要用濕手鍵盤或按鍵，以避免觸電。3）變頻器在通電時，即使處于停止?fàn)顟B(tài)也不要觸摸變頻器的端子，以免觸電。4）stop鍵不是設(shè)計用于緊

34、急停止的鍵，要另外安裝緊急停止鍵，以避免受傷。4.8 功能說明及參數(shù)設(shè)定4.8.1 選擇運行指令（參數(shù)p08）可選擇用操作板（面板操作）或用外空操作的輸入信號來進行運行停止和正反轉(zhuǎn)。圖4.5指令及控制端子連接4.8.2 頻率設(shè)定信號（p09）可選擇利用板前操作或用遙控操作的輸入信號來進行頻率設(shè)定信號的操作。圖4.6 頻率信號設(shè)定及控制端子連接4.8.3 sw1、sw2、sw3功能選擇（參數(shù)p19、20、21）設(shè)定sw1、sw2、sw3（控制電路端子no.7、8、9）的控制功能。參數(shù)p19、20、21設(shè)定數(shù)值為“0”，用sw1、sw2、sw3三個開關(guān)信號可選擇8種頻率進行控制。（1速：參數(shù)p09

35、的設(shè)定信號，2速：參數(shù)p32p38的設(shè)定頻率）圖4.7 sw1、sw2、sw3功能的設(shè)定4.8.4 第28速（參數(shù)p3238）可設(shè)定進行多速運行的第28速頻率。參數(shù)p32：設(shè)定第2速頻率參數(shù)p33：設(shè)定第3速頻率參數(shù)p34：設(shè)定第4速頻率參數(shù)p36：設(shè)定第5速頻率參數(shù)p36：設(shè)定第6速頻率參數(shù)p37：設(shè)定第7速頻率參數(shù)p38：設(shè)定第8速頻率數(shù)據(jù)設(shè)定范圍：最小頻率pmin為0hz，最大頻率為50hz。4.9 變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存，直流電機的維護量加大，單機容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方

36、便、價格低廉的異步電動機。但異步電動機的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于是，從20世紀(jì)30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究，然而進展緩慢【13】。在相當(dāng)長的時期內(nèi)，直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進入逐步代替直流調(diào)速的時代。大約經(jīng)過30年的應(yīng)用與實踐，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而制造商仍熱在不斷提高變頻器的可靠性，以實現(xiàn)變頻器的進一步小型化、輕量化、高性能化和多功能化及無公害化等領(lǐng)域不斷的創(chuàng)新。衡量一臺變頻器性能的優(yōu)劣，

37、一要看其輸出的交流電壓的諧波對負(fù)載的影響，二要看對電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)，三要看本身的能量損耗。5 電機調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)我們選定觸摸屏作為上位機，通過觸摸屏上的按鍵來調(diào)節(jié)頻率，這就需要在觸摸屏、plc和變頻器之間建立起一個可靠的通訊方式?？删幊炭刂破髯鳛橄到y(tǒng)控制核心，是觸摸屏指令的執(zhí)行中樞和變頻器的指令觸發(fā)機構(gòu)。以下是系統(tǒng)元件的連接與調(diào)試。5.1 觸摸屏與plc之間的連接觸摸屏的電源由plc提供，為24 v dc的直流電源，plc的com端接觸摸屏的“24 v負(fù)”，plc的“24 v正”接觸摸屏的“24 v正”，觸摸屏同時也要接地；pc與觸摸屏的通信通過rs 232c通信電纜通過串口通信的

38、方式實現(xiàn)，連接完成后將電腦上制作好的用戶畫面?zhèn)髦劣|摸屏，完成pc與觸摸屏的通信；pc與plc的通信通過一條松下plc編程電纜線實現(xiàn)，連接完成后再將pc機上編制好的梯形圖程序下載至plc。觸摸屏上電后直接進入所設(shè)計的畫面，操作人員可以根據(jù)需要直接通過人機交互的方式，對plc進行控制和監(jiān)視。5.2 plc與變頻器之間的通訊連接根據(jù)4.6的控制電路接線介紹，故變頻器控制電路端子no.3與plc共要地， plc的輸出端y5（電機正轉(zhuǎn)）接端子no.5，y6（電機反轉(zhuǎn)）接端子no.6，y0、y1、y2分別接端子no.7、no.8、no.9。5.3 plc實現(xiàn)電機的正、反轉(zhuǎn)設(shè)計x0：正轉(zhuǎn)按鈕 x1：反轉(zhuǎn)按鈕

39、 x2：停止按鈕y5：電機的正轉(zhuǎn) y6：電機的反轉(zhuǎn)r0、r1、r2：x0、x1、x2所對應(yīng)觸摸屏上的按鍵。plc控制電機正反轉(zhuǎn)梯形圖編輯如下：圖5.1 電機正反轉(zhuǎn)梯形圖5.4 plc實現(xiàn)電機的多段調(diào)速控制通過設(shè)定sw1.2.3（控制電路端子no.7.8.9）的控制功能，實現(xiàn)對電機的多速控制。將sw功能設(shè)定為多速功能時的sw輸入組合動作如下表所示。表5.1 sw功能設(shè)定為多速功能時的sw輸入組合注：第1速為用參數(shù)p09所設(shè)定的頻率設(shè)定信號的指令值，第28速為用參數(shù)p3238所設(shè)定的頻率。x3a分別為段速18的控制按鈕；r3a分別為x3a對應(yīng)的觸摸屏上的按鍵。根據(jù)以上端口的對應(yīng)關(guān)系，程序設(shè)計的梯形

40、圖如下：圖5.2 電機多段調(diào)速控制梯形圖5.5 變頻器的參數(shù)設(shè)置根據(jù)上述變頻器的使用方法，結(jié)合本設(shè)計的任務(wù)要求，現(xiàn)將參數(shù)p08：設(shè)為“3”參數(shù)p09：設(shè)為“0”且設(shè)定第1速頻率，0hz參數(shù)p19、20、21：均設(shè)為“0”參數(shù)p32：設(shè)定第2速頻率，5hz參數(shù)p33：設(shè)定第3速頻率，10hz參數(shù)p34：設(shè)定第4速頻率，15hz參數(shù)p36：設(shè)定第5速頻率，20hz參數(shù)p36：設(shè)定第6速頻率，25hz參數(shù)p37：設(shè)定第7速頻率，30hz參數(shù)p38：設(shè)定第8速頻率，35hz在操作板上用“電位器設(shè)定方式”設(shè)定頻率，用“正傳運行/反轉(zhuǎn)運行方式”實現(xiàn)正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能。旋轉(zhuǎn)操作板上的頻率設(shè)定鈕的角度進行設(shè)定，m

41、in.的位置是停止，max.的位置是最大設(shè)定頻率。6觸摸屏軟件設(shè)計觸摸屏人機交互界面的開發(fā)平臺，采用松下電工公司研發(fā)的windows環(huán)境下使用的編程軟件gt10，該軟件類似于組態(tài)軟件，不用編制程序，只須將相關(guān)元件拖到預(yù)先定義的畫面上，根據(jù)需要設(shè)置相關(guān)參數(shù)、合理配置地址即可完成操作。6.1 觸摸屏實現(xiàn)電機多段調(diào)速控制的界面圖圖6.1 多段調(diào)速控制界面圖本設(shè)計是利用觸摸屏控制松下plc與變頻器系統(tǒng)，實現(xiàn)對交流三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)及多段調(diào)速控制。對于多段調(diào)速界面，此處設(shè)置了七種轉(zhuǎn)速選擇觸摸鍵位，正反轉(zhuǎn)各一個觸摸鍵位，停止鍵一位；當(dāng)輸入頻率寫入輸入框后，需要按動寫入按鍵，將頻率寫入plc,通過plc

42、發(fā)送到變頻器進行控制。按動讀取鍵位時，變頻器的實時運行頻率顯示在輸出頻率框內(nèi)。6.2 松下觸摸屏gtwin畫面的制作6.2.1 基本畫面制作基本畫面base screen是最簡單的畫面，只能顯示文字信息及簡單圖形。但在畫面上，可以粘貼各種具有一定功能的部件（part），實現(xiàn)對plc的操作及顯示。其操作步驟：1）用鼠標(biāo)雙擊所選取的畫面編號。2）在工具欄中點擊需要的按鈕（文字/直線等）。3）用鼠標(biāo)點擊輸入位置，輸入“電機頻率控制”等。如圖圖6.2 基本畫面的制作6.2.2 粘貼部件選擇相應(yīng)的部件粘貼到基本畫面，設(shè)置屬性以后，即可實現(xiàn)所需的操作顯示功能。其步驟為：） 制作基本畫面，輸入文字信息。）

43、在部件庫中選擇所需部件。） 點擊所需部件拖拉到基本畫面。） 在所需的位置釋放，根據(jù)需要調(diào)整大小。） 雙擊部件打開【屬性設(shè)置】窗口，如下圖。圖6.3 粘貼部件及屬性窗口6.2.3 按鍵屬性設(shè)置1）基本設(shè)置（basic setup）圖6.4 屬性的基本設(shè)置“alternate”選項中，正轉(zhuǎn)按鈕設(shè)置為r0，反轉(zhuǎn)按鈕設(shè)置為r1，停止按鈕設(shè)置為r2，段速18分別設(shè)置為r3a。2）操作條件設(shè)置（valid condition）圖6.5 操作條件設(shè)置3）顯示文字（character）圖6.6 顯示文字設(shè)置在“character string”選項中設(shè)置所用的11個按鈕名稱，有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、段速18。7

44、plc編程軟件設(shè)計7.1 plc編程軟件概述由于各plc生產(chǎn)廠家設(shè)置的指令系統(tǒng)不同，所以其各自的配套編程軟件也不同。日本松下電工公司開發(fā)的plc編程軟件有三種，一個是dos環(huán)境下使用的npst-gr；另兩個是windows環(huán)境下使用的軟件fpwin-gr和fpsoft。前兩種軟件粉中、英文兩個版本，后一種只有英文版。這三種軟件雖然使用的環(huán)境不同，但他們的功能和操作步驟大同小異，均可支持所有松下電工生產(chǎn)的plc產(chǎn)品，其中包括fp0、fp1、fp2、fp3、fp5、fp10、fp-m和fp-c。用戶可以用它們實現(xiàn)以下功能：對plc程序和注釋的輸入與編輯；程序的檢查；運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)的監(jiān)控及測試；系統(tǒng)

45、寄存器和plc各種系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置；程序清單和監(jiān)控結(jié)果等文檔的打??；數(shù)據(jù)傳輸及文件管理等。本設(shè)計使用了新近開發(fā)出來的fpwin-gr軟件。附錄a是松下plc編程軟件的基本使用流程圖，除了“編程軟件系統(tǒng)設(shè)置”和“plc設(shè)置”步驟除外，其余步驟順序可以自由改變。7.2 軟件fpwin-gr的使用介紹本軟件是運行在windows環(huán)境下的plc編程工具軟件。因為沿用了windows的基本操作，所以在短時間內(nèi)即可掌握。同時，迄今為止用npst創(chuàng)建的文件也仍然可以使用。因此，有效地利用過去的軟件資產(chǎn)。除創(chuàng)建、編寫程序以外，本軟件也全部支持當(dāng)前狀態(tài)監(jiān)控等的現(xiàn)場調(diào)試功能。7.2.1 fpwin-gr軟件的主要特

46、點1）具備3種程序編輯模式：符號梯形圖編輯模式、布爾梯形圖模式、布爾非梯形圖模式2）注釋功能：既可以為各個繼電器及輸出指令添加注釋文字，又便于對程序進行修改。3）查找功能：可以查找程序中所使用的繼電器或寄存器，也可以對注釋及指令進行查找。4）調(diào)試功能：可以在在線模式下對程序的語法錯誤進行檢查，以及進行在線測試(test)運行。5）監(jiān)控功能：可以使生成的程序動作，在顯示畫面中對梯形圖、以及布爾形式中的繼電器、寄存器、輸入狀態(tài)等進行監(jiān)控。此外，還可以同時打開2個以上的窗口，對多個plc的程序進行監(jiān)控。6）系統(tǒng)寄存器的置位、復(fù)位：可以對plc內(nèi)部的系統(tǒng)寄存器進行置位復(fù)位操作。7）i/o分配：可以通過

47、本軟件進行i/o單元分配，將單元的實際安裝狀況登錄到plc。8）程序傳輸：可以將編輯完成的程序傳輸?shù)絧lc中，也可以由plc讀出其中的程序。9）在線編輯：可以在畫面中顯示plc內(nèi)部程序的同時，進行程序編輯。10）打印功能：可以打印輸出梯形圖、布爾形式助記符等程序清單、系統(tǒng)寄存器設(shè)置內(nèi)容、i/o列表等。此外，在執(zhí)行打印之前，也可以預(yù)覽實際的打印結(jié)果。7.2.2 fpwin-gr的基本操作1）啟動fpwin-gr請點擊windows的開始按鈕，再單擊程序，然后將光標(biāo)指向nais control，在選中fpwin-gr后單擊fpwin gr。畫面將顯示以下內(nèi)容：圖7.1 啟動fpwin-gr時的畫面

48、2）創(chuàng)建新程序選擇文件 = 新建或雙擊工具欄中的圖標(biāo)。在生成新文件時，將顯示選擇plc機型對話框，如下如所示：圖7.2 新建程序時的畫面3）選擇機型進行選擇時，可以用鼠標(biāo)雙擊相應(yīng)的機型名稱。也可以將光標(biāo)移至所需機型名稱處后，按enter鍵; 也可以單擊機型名稱后再單擊ok。(如果在保存本次設(shè)置前點擊出選中標(biāo)記，則本次所指定的機型將成為下次啟動時的初始值)4）畫面構(gòu)成及各部名稱此軟件主要分為：標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、編輯畫面、狀態(tài)欄、功能鍵欄、輸入?yún)^(qū)段欄、輸入欄、注釋顯示欄、數(shù)字鍵欄，如下圖。圖7.3 軟件fpwin-gr的畫面構(gòu)成部件名稱7.2.3 rs232通信設(shè)置設(shè)置與plc通信時的計算機

49、一側(cè)的rs232c通信的通信條件。在本軟件中，在一般情況下即使不進行本設(shè)置，也能自動地搜索與plc相符合的條件。本設(shè)置是在已經(jīng)確立了與plc通信的情況下修改通信條件。1）啟動用于rs232c的通信條件設(shè)置時，請利用菜單選擇選項 = 通信設(shè)置。然后請在網(wǎng)絡(luò)類型中選擇c-net(rs232c)。畫面將出現(xiàn)如下對話框。圖7.4 rs232c的通信條件設(shè)置2）在各項目中設(shè)置與plc通信的條件。各項目的說明如下：端口 ： 請在com1com5中選擇。(初始值：com1)波特率 ： 在1200115200bps中選擇。(初始值：9600)數(shù)據(jù)長 ： 請選擇利用7位或8位傳送一個字節(jié)。(初始值：8bit )停止位 ： 請選擇1位或2位。(初始值：1bit)奇偶校驗 ： 請選擇無校驗、奇校驗或偶校驗。(初始值：奇校驗)超時 ： 請設(shè)置與plc的通信超時時間(060秒)。(初始值：5秒)自動通信的設(shè)置內(nèi)容 ：請選擇當(dāng)與plc之間的通信條件不同時、所需查找相符條件的項目。(初始值：全部選中)，當(dāng)全部項目都未被選中時，不自動查找通信條件。8 總結(jié)基于h