1、引言

近幾年，隨著微電腦技術的不斷進步，人們對自動化控制系統要求越來越高，采用現代自動化控制技術對減輕勞動強度、保證工程及產品質量、加快施工速度、提高勞動生產率和降低生產建設成本起著很重要的作用。觸摸屏結合PLC在變頻節能系統中的應用是一種自動控制的趨勢，因為PLC本身有著運算速度高、指令豐富、功能強大、可靠性高、使用方便、編程靈活、抗干擾能力強等特點，而觸摸屏（人機介面）在工藝參數較多需要人機交互時使用又使整個自動化控制系統的功能得到很大的加強。

通過觸摸屏和PLC結合使用，可以在觸摸屏中直接設定目標值（壓力及溫度等），通過PLC與實際值（傳感器的測量值）進行比較運算，直接向變頻節能系統發出運算指令（模擬信號），調節變頻器的輸出頻率。并可實時監控到被控系統實際值的大小及變頻器內的多個參數，實現報警、記錄等功能。一般PLC結合觸摸屏的閉環調節的變頻節能系統如下圖所示。

2、系統主要硬件組成

系統硬件由可編程控制器（含數字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入模塊）、觸摸屏一臺、變頻器、傳感器及若干電器元件組成。各部分說明如下：

(1) PLC：選用SIEMENS公司的S7-200系列CPU224（配數字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入模塊）。通過接收開關量、模擬量輸入經處理后輸出開關量、模擬量去控制繼電器的動作，同時與觸摸屏進行實時通訊，為觸摸屏的顯示提供數據，并對于觸摸屏發出的信息進行處理等。

(2) 觸摸屏采用SIEMENS公司MP370。實現人機對話，與PLC系統進行數據傳送和交換，將設定參數寫入PLC，也可將PLC、傳感器及變頻器內部參數讀入觸摸屏，實現了模擬量、數字量的實時監控，目標值的設定以及報警記錄等。

(3) 變頻器：采用SIEMENS公司440系列，通過USS4協議可由觸摸屏通過PLC設置其內部參數，根據PLC發送過來的數據（模擬量）值調節水泵或風機的轉速，并將其內部運行參數反饋到PLC及觸摸屏。

(4) 壓力、溫度等傳感器：將被控制系統（水系統或風系統）的實際參數值轉變成電信號上傳至PLC和觸摸屏。

(5) 電氣元件：給PLC、觸摸屏、變頻器及傳感器等供電，完成各種操作及驅動等。

3、觸摸屏特點功能

觸摸屏監控器是90年代出現的新型可編程終端，是新一代高科技人機界面產品。適于在惡劣的工業環境中應用，作為人機界面可代替普通或工控計算機，具有交互性好，可靠性高，編程簡單，與PLC聯結簡便等特點。觸摸屏的主要功能有：

(1) 主要用于實時顯示設備或系統在操作狀態方面的實時信息。
(2) 觸摸屏上的觸摸按鈕可產生相應的開關信號、數字信號（數值）、字符給PLC進行數據交換,從而產生相應的動作控制系統或設備的運行。
(3) 可多幅畫面重疊或切換顯示，顯示圖形、字符串、報警信息、歷史記錄、趨勢圖等。

4、PLC在系統中的作用

PLC作為控制單元，是整個系統的控制核心。通過接收開關量、模擬量輸入經處理后輸出開關量、模擬量去控制繼電器、變頻器及電磁閥等的動作，主要體現以下幾方面的作用：

1) 初始化變量，設置自由通訊口協議和中斷協議。
2) 與觸摸屏進行實時通訊，為觸摸屏的顯示提供數據，并對觸摸屏輸入的信息進行處理。
3) 完成數字量與模擬量的相互轉換。
4) 邏輯控制及PID等運算。
5) 發送模擬（數字）等調節變頻器的輸出頻率。
6) 通過USS4協議讀寫變頻器內部參數。
7) 判錯傳遞數據信息、報警信息等。

5、觸摸屏畫面設計

觸摸屏畫面由ProTool等專用軟件進行設計，然后從支持工具（個人電腦）中下載到觸摸屏即可使用。觸摸屏畫面總數應在其存儲空間允許的范圍內，各畫面之間盡量做到可相互及強制切換。

(1) 主畫面的設計

在支持工具上，創建一個歡迎頁面或被控主系統畫面作為主畫面，該畫面嫩進入到各分畫面。各分畫面均能一步返回主畫面。若是將被控主系統畫面作為主畫面，則應在畫面中顯示被控系統的一些住要參數，以便在此畫面上對整個被控系統有大至的了結。

(2) 控制畫面的設計

該種畫面主要用來控制被控設備的啟停及顯示變頻器內部的參數，也可將變頻器參數的設定做在其中。該種畫面的數量在觸摸屏畫面中占的最多，其具體畫面數量由實際被控設備決定。

(3) 參數設置頁面的設計

該畫面主要是對變頻器的內部參數進行設定，同時還應顯示參數設定完成的情況，實際制做時還應考慮加密的問題。

(4) 實時趨勢頁面的設計

該畫面住要是以曲線記錄的形式來顯示被控值、變頻器的主要工作參數（如輸出頻率）等的實時狀態。

(5) 信息記錄頁面的設計

該畫面主要是記錄可能出現的設備損壞、過載、數值超范圍和系統急停等故障。另外該畫面還可記錄各設備啟停操作，作為憑證。

(6) 節能畫面的設計

該畫面主要是記錄和顯示變頻器的累積用電數及實時節電狀態，以便向用戶展示變頻節能的好處，也可用來與其它的節電測量作比較。

6、結束語

在變頻節能系統中采用觸摸屏作為人機交互工具，簡單直觀，便于操作；提高了整個變頻節能系統以及企業的硬件檔次。隨著微電腦技術的不斷發展，觸摸屏本身的成本也在不斷的降低，再與PLC在系統中結合使用，在幾乎未提高系統裝置多少成本的前提下，就實現了整個被控系統的質的飛躍，這種結合必將更多的應用在未來的各種生產系統中，并成為自動化控制發展的一個亮點。