触摸屏与PLC及变频器控制系统的应用李伟--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

触摸屏与PLC及变频器控制系统的应用李伟

发表时间：2020/12/31 来源：《基层建设》2020年第24期作者：李伟

[导读] 摘要：在现代自动化领域可编程序控制器（PLC）、触摸屏及变频器一直起着重要的作用。

        包钢白云鄂博铁矿矿山设备检修公司内蒙古包头 014080
        摘要：在现代自动化领域可编程序控制器（PLC）、触摸屏及变频器一直起着重要的作用。组合应用PLC、触摸屏及变频器，采用通信方式对变频器进行控制来实现系统控制功能，用户可以通过触摸屏控制系统的运行。通过触摸屏和PLC联合使用，能够在触摸屏中直接设定目标值与理论值进行比拟。并可实时监控到系统中实际值的大小，实现报警、诊断等功能。
        关键词：触摸屏；PLC控制系统；变频器
        一、引言
        触摸屏是结合显示器使用的一种绝对坐标定位系统，反映速度快，节省空间，易于交流，操作灵便的输入设备；可编程控制器（PLC）有运算速度快、指令丰富、功能强大、可靠性高、使用便利、编程方便、抗干扰能力强等特点；变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果。利用触摸屏、PLC及变频器配合应用是提升电气自动化控制工作效率，促使电气工程逐步实现自动化。
        二、触摸屏、PLC及变频器的工作原理
        1.触摸屏
        1.1 触摸屏的原理
        为了操作上的方便，人们用触摸屏代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接受触摸信号，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。
        1.2 触摸屏的主要类型
        （1）电阻式触摸屏
        利用压力感应进行控制电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理光滑防擦的塑料层它的内表面也涂有一层涂层在他们之间有许多细小的（小于1/1000英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘，当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再根据模拟鼠标的方式运作这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。
        （2）红外线触摸屏
        红外线触摸屏安装简单，只需在显示器上加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点距架框的四边排列了红外线发射管及接收管，在屏幕表面形成一个红外线网。用户以手指触摸屏幕某一点，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，电脑便可即时算出触摸点的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，适宜某些恶劣的环境条件。
        （3）电容式触摸屏
        电容技术触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，最外层是一薄层矽土玻璃保护层，夹层ITO涂层作为工作面，四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。
        （4）表面声波式触摸屏
        表面声波式触摸屏输入是一种最面声波是一种沿介质表面传播的机械波。该种触摸屏的角上装有超声波换能器。能发送一种高频声波跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标位置。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因新颖的触摸输入技术。该触摸屏是由传送换能器、接收换能器、反射板及控制器所组成。它不采用膜层结构，而是采用廉价的压电陶瓷换能器。位于触摸输入屏四周的反射阵列对表面声波进行空间取样，再次向多路平行路径反射。位于各发送器对面的反射声波检测阵列合成每束反射声波，变成连续的反射声波，变成连续的返射声波交替地对水平和垂直方向进行扫描。手指一触摸到触摸输入屏某个部位，该部位的表面波强度便能与触摸压力成正比地衰减。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        2.可编程控制器（PLC）
        2.1 PLC工作原理
        PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
        PLC扫描的工作方式主要分三个阶段，即输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段。
        （1）PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。
        （2）PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
        （3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。
        2.2 PLC 硬件组成
        PLC的主机由CPU、存储器（EPROM、RAM）、输入/输出单元、外设I/O接口、通信接口及电源组成。
        3.变频器
        3.1 变频器的工作原理
        是应用变频技术与微电子技术的原理，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备，变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。
        三、触摸屏与PLC和变频器如何连接
        变频器可以由plc控制触摸屏充当数据输入和显示的功能，也可以直接用触摸屏通信控制变频器。连接方法当然和选择的控制方式有关系，变频器的控制主要针对运转（正反转、停止）和频率给定两方面。在实际应用当中运行多采用端子控制，方便且稳定，用PLC的数字输出端子Y0、Y1接变频器的正转端子和反转端子，而频率给定常用有模拟量和通信两种。
        1.模拟量
        PLC与变频器模拟量连接线除了混合型的，一般的PLC基本单元是不带模拟量模块的，需要进行添加扩展模块进行数模转换。这个模块有电流输出和电压输出对应变频器上的电压电流输入，有的变频器的这个端子电压AVI和电流输入ACI是分开的，有的则公用一个AI用过跳线或者开关进行切换。接线还是很简单的，模块的输出接到变频器的模拟量输入即可。
        2.通信方式
        PLC与变频器的通信协议有许多，接线方法要根据协议进行选择，我们以常用的MODBUS协议的RS485接口为例来说明。RS485有全双工和半双工的，全双工是四根线接法，半双工是两跟线接法其中的接受和发送的+短接，接受和发送的-进行短接，在变频器的通信控制中多采用半双工的传输方式。在变频器侧也有对应的RS485接口，接口的形式在不同的变频器上不一样的，有的是电话线接口RJ11，有的网线接口RJ45，有的则直接以端子接口给出。这在我们接线中需要注意选择那种通信端口和线缆。其中还有端子的定义要依据变频器手册进行查询。
        3.触摸屏与变频器通信
        除了PLC可以和变频器进行通信控制外，触摸屏其实是也具有通信功能，能同变频器进行通信，从它的背部的通讯口引出RS485的两根通信线缆与变频器进行连接。这个com的针脚定义需要查询触摸屏的硬件手册，会详细介绍的。如果通讯失败在触摸屏上会显示设备无响应的提示，这时候就需要检测接线是否正确，通信参数是否一致。
        总的来说，拿到一个变频器进行接线首先确定控制方法是采用模拟量还是通讯，然后阅读变频器手册查找控制回路接线示意图，了解端子定义的内容后再进行接线。
        四、结束语
        在系统采用触摸屏及PLC模拟量控制变频器，可以使系统运行平稳可靠。首先，PLC输入输出点占用量减少；其次，变频器的运行频率可以进行较为灵活的变化；再次，系统具有更好的扩展性能。通过触摸屏上的组态画面就可进行设定，监视设备运行状况，同时可以查询设备故障信息，大大提高系统的自动化水平及对现场设备的监控能力。