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基于flexible触摸屏正反转控制系统设计

摘要：以德国西门子公司的人机触摸屏samart line 700IE和S7-200PLC来实现三相异步电动机正反转运行。本设计一开始叙述了继电接触器控制的常规控制逻辑电路，接着在PLC控制设计的基础上，通过基于触摸屏控制电动机正反转运行，设计出电路和程序。通过这种方法替代了继电-接触器简单控制，做到了复杂控制的自动化控制的优

点，而且可以做到人机画面的交流。

关键词：触摸屏, PLC , 电动机

Flexible touch screen control system design based on positive inversion

Abstract: with the German company Siemens man-machine touch screen samart line 700IEand S7-200PLC to realize the positive operation of three-phase asynchronous motor. This design first describes the control logic circuit controls the relay contactor control, based on the PLC design, through the touch screen to control the motor running on, design the circuitand program. Relay - contactor control instead of simply by this method, so the complex control automatic control.Some images, and can be human-computer communication.

Key words: touch screen, PLC, motor

目录

第一章 绪论

1.1 引言...............................................................4

1.2 课题的研究容.......................................................4

第二章 电机的正反转运行控制

2.1    设计要求........................................................5

2.1.1  控制要求........................................................5

2.1.2  控制工作原理....................................................5

2.1.3  电动机正反转控制电路的调试......................................6

2.2    使用触摸屏通过PLC控制电机正反转运行控制........................6

2.2.1  控制方案........................................................6

2.2.2  PLC资源分配及I/O分配接线图.....................................8

2.2.3  三相异步电动机正反转PLC控制的梯形图.............................9

2.2.4  触摸屏、PLC、三相异步电动机三者接线..............................10

第三章 S7-200PLC程序的编辑与下载及触摸屏编程

3.1    S7-200PLC程序的编辑与下载.....................................11

3.1.1  项目的建立与保存...............................................11

3.1.2  编辑程序.......................................................12                          

3.1.3  设置通信.......................................................13       

3.1.4  S7-200PLC程序编译与下载........................................14

3.2    Wincc Flexible触摸屏编程......................................15

3.2.1   项目介绍......................................................15 

3.2.2  建立项目与保存.................................................16

3.2.3  建立与PLC的通信连接...........................................17

3.2.4  触摸屏界面设设计...............................................18

3.2.5  编译与下载.....................................................25

第四章 控制系统运行

4.1  系统调试运行....................................................29

    4.2  总结............................................................30

小结并致谢.............................................................31

参考文献...............................................................32

毕业设计附录目录：

1.电机正反转控制原理图

2.外围接线图

 

第一章 绪论

 1.1 引言

在我国，三相异步电动机广泛的应用于工农业生产以及我们的生活中，几乎涉及各个领域。因此，对于客户的需求或使用环境的不同等等因素，对于其控制可以有多种方式，如继电-接触器控制、可编程序控制器（PLC）控制和触摸屏控制。

在这里，本设计将运用触摸屏功能控制电机正反转运行与停止。因此，在使用触摸屏控制中，对于PLC的使用是必不可少的。通过PLC和触摸屏两者的结合，不仅做到了自动化控制的要求，而且最重要的是可以进行人机界面的互动。

1.2课题的研究内容

本设计研究课题是基于flexible触摸屏正反转控制系统设计，通过触摸屏传送控制信号给PLC来进行三相异步电动机的正反转运行与停止控制。

在本设计中，要进行一些软件的下载并学会使用，如电路原理图绘制软件—ACE、 西门子S7-200PLC程序编辑软件—V4.0 STEP 7-Micro/WIN SP9和触摸屏项目设计软件—WinCC flexible 2008SP4，并进行电路原理图的绘制、程序设计与编辑以及触摸屏编程。

不单单是软件，其在硬件方面的准备也要充足。首先，查阅相关文献资料，对一些硬件设备的控制过程和应用进行相关的了解。如PLC、触摸屏和及电机的的选型以及如何使用并进行控制，这些都是必须要了解的。当然，一些其他元器件等硬件设备也要准备好，如接触器、中间继电器、开关电源、热继电器、断路器，我们只要了解如何使用它们，对于其结构和功能介绍就不详细叙述了。在整个设计思路规划好，绘制好整个系统电路图并进行线路的连接，连接完后进行一系列的相关的调试。

第二章 电机的正反转运行控制

2.1   设计要求

2.1.1 控制要求

 1.实现三相异步电动机的正转、反转、停止控制。

 2.具有防止相间短路的措施。

 3.具有过载保护环节。

2.1.2 控制工作原理

 三相异步电动机的正反转可借助正反向接触器KM1和KM2改变定子绕组的相序来实现，其控制的方法很多，如可用继电-接触器控制、PLC控制、触摸屏控制，但都必须保证正反向接触器KM1和KM2不会同时接通（在使用接触器控制的前提下。但在某些场合下，也可选择变频器作为驱动器，来驱动电机运行。），以免造成电动机短路故障，常用“互锁”电路来避免此类故障。如图2-1所示为继电接触器控制逻辑接线图-电动机正反转运行控制电路图。


线路分析如下：
如图2-1三所示是电动机正—反—停控制电路。
1.正向启动：当接通电源时，当按下复合按钮SB1时，KM1线圈通电，并通过KM1动合辅助触头自锁。同时KM2线圈因所在支路中的联动按钮SB1动断触头断开而确保断电，主电路中的KM1主触头闭合KM2主触头断开，三相电源线L1、L2、L3分别接入定子绕组U、V、W接线端子上，电动机正转运行。
2.反向启动：当按下复合按钮SB2时，KM1线圈因所在支路的SB2动断触头断开而断电，KM2线圈因所在支路的SB2动合触头闭合而通电，同时通过KM2动合辅助触头自锁，主电路中形成KM1主触头断开、KM2主触头闭合的状态，三相电源线L3、L2、L1分别接入定子绕组U、V、W接线端子上，电动机反转运行。
3.停止运行：当按下SB3时控制线路路中的线圈均断电，电动机停止运行。
4.互锁环节：KM1线圈与KM2线圈所在支路中既有电气互锁又有机械互锁。电气互锁：当KM1线圈通电时，KM2线圈因所在支路的KM1动断辅助触头断开而确保断电；反之，当KM2线圈通电，KM1线圈也为因所在支路的KM2动断辅助触头断开而确保断电。机械互锁：SB1和SB2之间的相互切换，在正向启动和反向启动的过程中已详细介绍。
这样有利于保证两个线圈不能同时通电，这样具有禁止功能在线路中起安全保护作用。
5.电动机的过载保护由热继电器FR完成。
热继电器FR在电气控制线路中是常见的。它主要用于电动机的过载保护。因为通电操作时，如果发生电流过大的现象，热继电器将根据过载电流的大小自动调整时间。过载电流大，热继电器动作时间较短；过载电流小，热继电器动作时间较长；而在正常额定电流时，热继电器长期保持无动作。
2.1.3 电动机正反转控制电路的调试
1.仔细检查线路，防止接错或线头接触不良等情况。另外要确保元器件的质量可靠。
2.在通电调试时，为了防止意外发生，断开电机连接。
3.如若调试时出现故障，可依次排除1项中可能出现的故障。
2.2   使用触摸屏通过S7-200PLC控制电机正反转运行
2.2.1 控制方案
1.采用触摸屏与S7-200PLC来实现三相异步电动机的运行与停止
①可编程序控制器简称PLC，是微电子技术、自动控制技术和通信技术相结合的一种新型的、通用的自动控制装置。由于它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易编程及合适工业环境下应用等一系列优点，因此在工业自动化、机电一体化、传统产业技术改造等方面的应用越来越广泛，成为现代工业三大支柱之一。
西门子公司具有品种非常丰富的PLC产品。S7-200、S7-1200和S7-200Smart小型PLC。S7-200/S7-1500是模块式大中型PLC。WinAC是在PC（个人计算机）上实现PLC功能的“软PLC”。
如图2-2所示为S7-200PLC顺序控制过程
PLC上电后，在系统程序的监控下周而复始地按一定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行等，


②触摸屏是一种智能化操作部件，用户只要用手指轻轻地触摸显示屏上的图文或文字就能实现对设备的操作，可显示设备运行状况和运行参数，还可以随时修改设备运行模式`设定运行参数。触摸屏可以取代过去设备的操作面板和指示仪表，以此达到人机交流的目的。 触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询：如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询：城市街头的信息查询；此外应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。将来，触摸屏还要走入家庭。
西门子Smart line700IE触摸屏的价格便宜，具有很高的性能价格比，是作为S7-200首选的人机界面。
在本毕业设计中使用西门子S7-200PLC {CPU226（CN）DC DC DC}的型号和西门子触摸屏Smart700IE的型号。可查阅相关书籍进行工作原理以及结构的详细了解，如参考文献中我列举了一系列与之相关的书籍。在第三章里，本文将详细介绍两者的使用以及下载通信。
2.电动机的正转、反转、停止按钮均组态在触摸屏上
由触摸屏发出指令信号控制PLC输出，从而控制电动机的运转与停止。其中通过触摸屏控制，电机的正转、反转、停止等控制按钮将不再分配PLC的I/O的输入通道地址，触摸屏上的“正转”、“反转”以及“停止”按钮按键需控制PLC的内部软继电器，故分配继电器元件M0.0、M0.1、M0.2。如表2-3所示
 表2-3：控制信号输入表

信号名称	正转	反转	停止
输入信号地址	M0.0	M0.1	M0.2

3.进行PLC梯形图的编辑及设计触摸屏界面
要进行一些相关软件的下载，如西门子S7-200PLC编程软件“V4.0STEP7-Micro/WIN SP9”和西门子触摸屏项目建立软件“Wincc Flexible 2008”（本计算机是windows7 64位操作系统）。可以根据一些相关书籍介绍或网站中下载，在这里我们将不再详细介绍。
其中WinCC  flexible是西门子的人机界面的组态软件，具有简单、高效、易于上手、功能强大的优点。基于表格的编辑器简化了变量、文本和报警信息等的生成和编辑。通过图形化配置，简化了复杂的组态任务。WinCC  flexible可以处理Windows字体，使用图库中大量的图形对象，可以快速方便地生成各种美观的画面。西门子Smart 700IE使用WinCC flexible 2008SP4组态。
STEP 7-Micro/WIN 是西门子S7-200PLC程序编辑软件，在本设计中使用西门子S7-200PLCCPU（CN）DC DC DC型号的程序编辑软件为V4.0 STEP 7-Micro/WIN SP9。



参考文献
[1]吴义彬，继电器用户手册[M].北京：国防工业出版社，1992      　
[3]常晓玲，电器控制系统与可编程控制器[M]. 北京：机械工业出版社，2004
[4]张铮，机电控制与PLC [M].北京：机械工业出版社，2008
[5]程子华，杨胜峰，视屏学工控—触摸屏应用技术 [M].北京：人民邮电出版社，2010
[6]徐占国，图解触摸屏.PLC.变频器.综合应用工程实践[M].北京：电子工业出版社，2010
[7]宋伯生，PLC编程理论算法及技巧[M].北京：机械工业出版社，2006
[8]王庭有，可编程控制器原理及应用[M].北京：国防工业出版社，2005                    
[9] 赵景波，阿伦，巩雪，零基础学西门子S7-200PLC.2版.北京：机械工业出版社，2013
[10]王建，徐洪亮，触摸屏实用技术[M].北京：机械工业出版社，2012
[11]廖常初，PLC编程及应用[M].4版 .北京：机械工业出版社，2013.