PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-1200機(jī)型）課件 項(xiàng)目六任務(wù)3多工作站通訊的輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

《PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-1200機(jī)型）》多工作站通訊的輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)主講教師：×××Microbot目錄010203第一部分：任務(wù)描述第二部分：任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施第三部分：任務(wù)檢查與評(píng)價(jià)目錄第一部分任務(wù)描述現(xiàn)有輸送系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)，需要將這三個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)組建成網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)工作，完成系統(tǒng)接線原理圖設(shè)計(jì)、組網(wǎng)設(shè)計(jì)、PLC程序編寫，實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)輸送功能。一、任務(wù)描述1.控制要求（1）輸送單元在通電后，按下“復(fù)位”按鈕I2.2，執(zhí)行復(fù)位操作，使抓取機(jī)械手裝置回到原點(diǎn)位置。（2）機(jī)械手到達(dá)原點(diǎn)后，各工作站準(zhǔn)備就緒且轉(zhuǎn)換開關(guān)處于接通狀態(tài)，按下“啟動(dòng)”按鈕I2.0，輸送單元向供料系統(tǒng)發(fā)出供料請(qǐng)求信號(hào)，供料系統(tǒng)在完成供料后反饋出供料完成信號(hào)，輸送系統(tǒng)接到供料完成信號(hào)后開始抓取供料系統(tǒng)料臺(tái)上的工件。抓取的順序是：手臂伸出→手爪夾緊抓取工件→提升臺(tái)上升→手臂縮回。（3）機(jī)械手手臂縮回后，擺臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手裝置從供料系統(tǒng)向分揀系統(tǒng)運(yùn)送工件，到達(dá)分揀系統(tǒng)傳送帶上方入料口后，然后把工件放下，動(dòng)作順序是：手臂伸出→提升臺(tái)下降→手爪松開放下工件→手臂縮回。（4）放下工件動(dòng)作完成后發(fā)送請(qǐng)求分揀，機(jī)械手手臂縮回，然后執(zhí)行返回原點(diǎn)的操作。伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手裝置以400mm/s的速度返回，返回900mm后，擺臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，然后以100mm/s的速度低速返回原點(diǎn)停止。一、任務(wù)描述2.任務(wù)目標(biāo)（1）了解S7-1200通訊知識(shí)。（2）掌握PROFINETIO系統(tǒng)組建方法。（3）能編寫多工作站通訊輸送系統(tǒng)的PLC程序。一、任務(wù)描述3.實(shí)施條件（1）已經(jīng)安裝完畢的S7-1200系列PLC系統(tǒng)3套。（2）已經(jīng)接線完畢的供料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)。（3）已經(jīng)安裝好博途軟件或者仿真實(shí)訓(xùn)軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。（4）電工工具一套。4.安全提示（1）PLC所有模塊的安裝與接線必須在斷電的情況下操作。（2）在安裝接線完成后，必須由指導(dǎo)教師檢查后才能上電運(yùn)行。（3）在通電的情況下，不能用手去觸摸任何金屬端子。（4）出現(xiàn)任何異常情況先斷電，并立即向指導(dǎo)教師報(bào)告。目錄第二部分任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施前五個(gè)項(xiàng)目，PLC系統(tǒng)都是獨(dú)立工作的，如果要想將PLC信號(hào)發(fā)送給另外一臺(tái)PLC，有很多種方式，最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)I/O連接，如果要想實(shí)現(xiàn)PLC之間更多數(shù)據(jù)交換，將使用到PLC通信功能。本項(xiàng)目“機(jī)械手到達(dá)原點(diǎn)后，向供料系統(tǒng)發(fā)出供料允許信號(hào)，供料系統(tǒng)在完成供料后反饋出供料完成信號(hào)，輸送系統(tǒng)接到供料完成信號(hào)后開始抓取供料系統(tǒng)料臺(tái)上的工件?！?、“伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手裝置從供料系統(tǒng)向分揀系統(tǒng)運(yùn)送工件，到達(dá)分揀系統(tǒng)傳送帶上方入料口后等待分揀系統(tǒng)發(fā)送放料信號(hào)”等要求都需要PLC之間傳輸信號(hào)，這就需要技術(shù)人員掌握通信的知識(shí)。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----了解網(wǎng)絡(luò)通信基本概念1.串行通信和并行通信

串行通信和并行通信是兩種不同形式的數(shù)據(jù)輸送方式。串行通信是以二進(jìn)制的位為單位逐位傳送數(shù)據(jù)，設(shè)備之間只需要兩根線就可以進(jìn)行傳輸信號(hào)，其中一根為信號(hào)線，另一根為信號(hào)地線。并行通信可以按多位傳送數(shù)據(jù)，有更多的信號(hào)地線。由于串行通信結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、抗干擾能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制通信中。2.串行通信的接口RS-232和RS-485是典型的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，RS232最大通信距離為15m，最高傳輸速率為20kbit/s，只能一對(duì)一通信。RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps，傳輸距離達(dá)1200米，允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)，成為首選的串行接口。西門子PPI通信、MPI通信和PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通信的物理層都是RS-485。3.工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)是以太網(wǎng)技術(shù)和通用工業(yè)協(xié)議的結(jié)合，是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用延伸。近年來(lái)，為滿足高實(shí)時(shí)性的工業(yè)應(yīng)用需求，各大工業(yè)自動(dòng)化公司和標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛提出了各種工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這些方案建立在IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展以提高實(shí)時(shí)性，并做到與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的無(wú)縫對(duì)接。西門子S7-1200集成了PROFINET以太網(wǎng)接口可以與計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面以及其他S7PLC通信。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----認(rèn)識(shí)PROFINET現(xiàn)場(chǎng)總線1.

PROFINET現(xiàn)場(chǎng)總線PROFINET是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)，PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱門應(yīng)用。

根據(jù)響應(yīng)時(shí)間的不同，PROFINET支持下列三種通訊方式：（1）TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP是IT領(lǐng)域關(guān)于通信協(xié)議方面事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，響應(yīng)時(shí)間在100ms的量級(jí)，足夠滿足于工廠控制級(jí)的應(yīng)用。（2）實(shí)時(shí)（RT）通訊對(duì)于傳感器和執(zhí)行器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求更為嚴(yán)格，因此，PROFINET提供了一個(gè)優(yōu)化的、基于以太網(wǎng)第二層的實(shí)時(shí)通訊通道，通過(guò)該實(shí)時(shí)通道，極大地減少了數(shù)據(jù)在通訊棧中的處理時(shí)間，PROFINET實(shí)時(shí)通訊（RT）的典型響應(yīng)時(shí)間是5-10ms。（3）同步實(shí)時(shí)（IRT）通訊在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通訊中，對(duì)通訊實(shí)時(shí)性要求最高的是運(yùn)動(dòng)控制（MotionControl），PROFINET的同步實(shí)時(shí)（IRT）技術(shù)可以滿足運(yùn)動(dòng)控制的高速通訊需求，在100個(gè)節(jié)點(diǎn)下，其響應(yīng)時(shí)間要小于1ms，抖動(dòng)誤差要小于1μs，以此來(lái)保證及時(shí)的、確定的響應(yīng)。PROFINET只需要一條工業(yè)以太網(wǎng)電纜就能滿足自動(dòng)化領(lǐng)域的需求，使用銅質(zhì)線纜最多126個(gè)節(jié)點(diǎn)，支持5km，使用光纖可以多于1000個(gè)節(jié)點(diǎn)，最長(zhǎng)支持150km，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最多8個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)網(wǎng)段最長(zhǎng)1000m。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----認(rèn)識(shí)PROFINET現(xiàn)場(chǎng)總線2.

PROFINETIO系統(tǒng)PROFINETIO系統(tǒng)是一種分布式的控制系統(tǒng)，它采用生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，包括三種角色：IO控制器(IOController)、IO設(shè)備(IODevice)和IO監(jiān)視器(IOSupervisor)，其中：IO控制器：PROFINETIO系統(tǒng)的主站，一般來(lái)說(shuō)是PLC的CPU模塊。IO控制器執(zhí)行各種控制任務(wù)，包括：執(zhí)行用戶程序、與IO設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、處理各種通信請(qǐng)求等。IO設(shè)備：PROFINETIO系統(tǒng)的從站，由分布于現(xiàn)場(chǎng)的、用于獲取數(shù)據(jù)的IO模塊組成。IO監(jiān)視器：IO監(jiān)視器用來(lái)組態(tài)、編程，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)下載到IO控制器中，還可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷和監(jiān)控。最常見的IO監(jiān)視器是用戶的編程電腦。IO控制器即可以作為數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者，向組態(tài)好的IO設(shè)備輸出數(shù)據(jù)，也可以作為數(shù)據(jù)的消費(fèi)者，接收IO設(shè)備提供的數(shù)據(jù)；對(duì)于IO設(shè)備也與此類似，它消費(fèi)IO控制器的輸出數(shù)據(jù)，也作為生產(chǎn)者，向IO控制器提供數(shù)據(jù)；一個(gè)PROFINETIO系統(tǒng)至少由一個(gè)IO控制器和一個(gè)IO設(shè)備組成，通常IO監(jiān)視器作為臨時(shí)角色進(jìn)行調(diào)試或診斷。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)

本項(xiàng)目中，輸送系統(tǒng)既要與供料系統(tǒng)通信，也要和分揀系統(tǒng)通信，因此設(shè)置輸送系統(tǒng)的PLC為PROFINETIO控制器，供料系統(tǒng)和分揀系統(tǒng)的PLC為智能IO設(shè)備。IO控制器和智能IO設(shè)備都是PLC，都有各自的系統(tǒng)存儲(chǔ)器區(qū)，IO控制器不能用IO設(shè)備的硬件I、Q地址直接訪問(wèn)它們。IO設(shè)備的傳輸區(qū)（I、Q地址區(qū)）是IO控制器與智能IO設(shè)備的用戶程序之間的通信接口，用戶程序?qū)鬏攨^(qū)定義的I區(qū)接收到的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并用傳輸區(qū)定義的Q區(qū)輸出處理的結(jié)果。IO控制器與智能IO子安通過(guò)傳輸區(qū)自動(dòng)地周期性進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。根據(jù)系統(tǒng)控制要求定義I、Q。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)1.數(shù)據(jù)的規(guī)劃（1）通訊數(shù)據(jù)區(qū)規(guī)劃。表6-7通訊數(shù)據(jù)區(qū)規(guī)劃表IO控制器中的地址傳輸方向智能設(shè)備中的地址輸送系統(tǒng)Q300-Q309供料系統(tǒng)I300-I309輸送系統(tǒng)I300-I309供料系統(tǒng)Q300-Q309輸送系統(tǒng)Q330-Q339分揀系統(tǒng)I300-I309輸送系統(tǒng)I330-I339分揀系統(tǒng)Q300-Q309（2）輸送站（I/O控制器）接收、智能設(shè)備站發(fā)送的通信數(shù)據(jù)定義表。表6-8輸送站（I/O控制器）接收、智能設(shè)備站發(fā)送的通信數(shù)據(jù)定義表主站接收區(qū)地址數(shù)據(jù)意義供料站數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)地址分揀站數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)地址I300.0供料站全線模式Q300.0I300.1供料站準(zhǔn)備就緒Q300.1I300.2供料站運(yùn)行狀態(tài)Q300.2I300.3工件不足Q300.3I300.4工件沒有Q300.4I300.5供料完成Q300.5I300.6金屬工件Q300.6I330.0分揀站全線模式Q300.0I330.1分揀站準(zhǔn)備就緒Q300.1I330.2分揀站運(yùn)行狀態(tài)Q300.2I330.3分揀站允許進(jìn)料Q300.3I330.4分揀完成Q300.4二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)（3）輸送站（I/O控制器）發(fā)送、智能設(shè)備站接收的通信數(shù)據(jù)定義表，如表6-9。表6-9輸送站（I/O控制器）發(fā)送、智能設(shè)備站接收的通信數(shù)據(jù)定義表主站數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)地址數(shù)據(jù)意義供料站數(shù)據(jù)接收區(qū)地址分揀站數(shù)據(jù)接收區(qū)地址Q300.0全線運(yùn)行I300.0Q300.1全線停止I300.1Q300.2全線復(fù)位I300.2Q300.3全線急停I300.3Q300.4請(qǐng)求供料I300.4Q300.5供料站聯(lián)機(jī)I300.5Q330.0全線運(yùn)行I300.0Q330.1全線停止I300.1Q330.2全線復(fù)位I300.2Q330.3全線急停I300.3Q330.4請(qǐng)求分揀I300.4Q330.5分揀站聯(lián)機(jī)I300.5QW331變頻器寫入頻率IW301（4）IP地址規(guī)劃，如表6-10。表6-10IP地址規(guī)劃工作站IP輸送系統(tǒng)192.168.3.1供料系統(tǒng)192.168.3.2分揀系統(tǒng)192.168.3.5二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)2.PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)

（1）建立通訊連接

在系統(tǒng)中添加三臺(tái)PLC，分別命名分揀站、供料站、輸送站，右擊輸送站PLC的PN接口，選擇“添加IO系統(tǒng)”，生成PROFINETIO系統(tǒng)，見圖6-38。（2）輸送站PLC設(shè)置將輸送站PLC設(shè)置為“192.168.1.3”。見圖6-38。圖6-38建立通訊連接圖6-39輸送站PLC以太網(wǎng)地址設(shè)置二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)（3）供料站PLC設(shè)置圖6-40供料站PLC以太網(wǎng)地址設(shè)置圖6-41供料站PLC的操作模式及傳輸區(qū)設(shè)置二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)（3）分揀系統(tǒng)PLC設(shè)置與供料系統(tǒng)一致，IP為192.168.3.5，數(shù)據(jù)傳輸區(qū)見表6-7。

通過(guò)以上設(shè)置，PLC之間就建立了連接，下載到真實(shí)設(shè)備的時(shí)候需要使用路由器進(jìn)行連接，見圖6-42。圖6-42通訊系統(tǒng)連接圖二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)實(shí)施----PLC接線原理圖設(shè)計(jì)多工作站通訊的輸送系統(tǒng)需要在單站功能的接線原理圖6-14中增加按鈕和轉(zhuǎn)換開關(guān)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)的啟動(dòng)、停止、復(fù)位、聯(lián)機(jī)和單機(jī)工作切換，具體分配如下：I2.0啟動(dòng)，I2.1停止，I2.2復(fù)位，I2.3轉(zhuǎn)換。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)實(shí)施----編程思路及程序設(shè)計(jì)

因供料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)的工作要求沒有發(fā)生變化，其動(dòng)作流程與單站的流程是一致的，不同之處在于聯(lián)機(jī)工作時(shí)發(fā)送啟動(dòng)命令，各工作站能按“供料-輸送-分揀”這樣的工作流程自動(dòng)運(yùn)行，如果物料充足，正常情況下系統(tǒng)將一直自動(dòng)運(yùn)行。輸送程序中聯(lián)機(jī)信號(hào)主要包括聯(lián)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、聯(lián)機(jī)停止、聯(lián)機(jī)復(fù)位、請(qǐng)求供料、請(qǐng)求分揀等，都是通過(guò)傳輸區(qū)I、Q信號(hào)傳輸。1.輸送主程序設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)聯(lián)機(jī)就緒標(biāo)志。當(dāng)供料站、分揀站、輸送站（主站）都就緒以后，系統(tǒng)就緒標(biāo)志置位，“供料站準(zhǔn)備就緒”、“分揀站準(zhǔn)備就緒”信號(hào)來(lái)自于供料站、分揀站的Q300.1。見圖6-43。圖6-43系統(tǒng)就緒二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)實(shí)施----編程思路及程序設(shè)計(jì)2．輸送運(yùn)行控制子程序設(shè)計(jì)（1）準(zhǔn)備就緒，接受到啟動(dòng)信號(hào)后，發(fā)送“請(qǐng)求供料”信號(hào)，系統(tǒng)開始工作。見圖6-44。圖6-44系統(tǒng)開始供料(2)輸送站放下工件后，向分揀站發(fā)送“請(qǐng)求分揀”信號(hào)。見圖6-45。圖6-45系統(tǒng)開始分揀除了在輸送系統(tǒng)添加聯(lián)機(jī)運(yùn)行程序外，還需要在供料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)中添加聯(lián)機(jī)相關(guān)信號(hào)程序，系統(tǒng)才能正常聯(lián)機(jī)工作。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)實(shí)施----編程思路及程序設(shè)計(jì)使用網(wǎng)線連接計(jì)