PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-1200機(jī)型）課件 項(xiàng)目五任務(wù)2分揀系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

《PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-1200機(jī)型）》分揀系統(tǒng)的程序設(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)檢查與評價(jià)目錄第一部分任務(wù)描述根據(jù)控制要求編寫PLC系統(tǒng)的程序并下載運(yùn)行。一、任務(wù)描述1.控制要求（1）設(shè)備的工作目標(biāo)是完成對金色殼、塑料白芯、塑料金芯和塑料黑芯工件進(jìn)行分揀。為了在分揀時(shí)準(zhǔn)確推出工件，要求使用旋轉(zhuǎn)編碼器作定位檢測。并且工件材料和芯體顏色屬性應(yīng)在推料氣缸前的適應(yīng)位置被檢測出來。（2）設(shè)備上電和氣源接通后，若工作單元的三個氣缸均處于縮回位置，則“正常工作”指示燈HL1常亮，表示設(shè)備已準(zhǔn)備好。否則，該指示燈以1Hz頻率閃爍。（3）若設(shè)備已準(zhǔn)備好，按下啟動按鈕，系統(tǒng)啟動，“設(shè)備運(yùn)行”指示燈HL2常亮。當(dāng)傳送帶入料口人工放下已裝配的工件時(shí)，變頻器立即啟動，驅(qū)動傳動電動機(jī)以頻率固定為30Hz的速度，把工件帶往分揀區(qū)。（4）如果工件為金屬外殼件，則該工件對到達(dá)1號滑槽中間，傳送帶停止，工件對被推到1號槽中；如果工件為白色芯或金屬芯塑料殼工件，則該工件對到達(dá)2號滑槽中間，傳送帶停止，工件對被推到2號槽中；如果工件為黑色芯塑料殼工件，則該工件對到達(dá)3號滑槽中間，傳送帶停止，工件對被推到3號槽中。工件被推出滑槽后，該工作單元的一個工作周期結(jié)束。僅當(dāng)工件被推出滑槽后，才能再次向傳送帶下料。

如果在運(yùn)行期間按下停止按鈕，該工作單元在本工作周期結(jié)束后停止運(yùn)行。圖5-18分揀系統(tǒng)外觀圖一、任務(wù)描述2.任務(wù)目標(biāo)（1）掌握高數(shù)計(jì)數(shù)器指令及參數(shù)配置。

（2）掌握PLC與變頻器模擬量控制。（3）能繪制系統(tǒng)的外部接線圖。

（4）能編寫分揀系統(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)一套。（2）已經(jīng)接線完畢的分揀系統(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。（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)施二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----認(rèn)識高數(shù)計(jì)數(shù)器PLC的普通計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過程與掃描工作方式有關(guān),CPU通過每一個掃描周期讀取一次被測信號的方法來捕捉被測信號的上升沿，被測信號的頻率較高時(shí)，會丟失計(jì)數(shù)脈沖，因此普通計(jì)數(shù)器的最高工作頻率一般僅有幾十赫茲。高速計(jì)數(shù)器可以對普通計(jì)數(shù)器無能為力的高速事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。（1）高數(shù)計(jì)數(shù)器的功能S7-1200V4.0CPU提供了最多6個高速計(jì)數(shù)器，CPU1211C可以使用HSC1～HSC3，CPU1212C可以使用HSC1～HSC4，使用信號板DI2/DO2后，它們還可以使用HSC5。CPU1214C可以使用HSC1～HSC6。

HSC有4種工作模式:內(nèi)部方向控制的單相計(jì)數(shù)器，外部方向控制的單相計(jì)數(shù)器，兩路計(jì)數(shù)脈沖輸入的雙向計(jì)數(shù)器和A/B相計(jì)數(shù)器。在用戶程序使用HSC之前，應(yīng)為HSC組態(tài)，設(shè)置HSC的計(jì)數(shù)模式。大多數(shù)HSC的參數(shù)只能在項(xiàng)目的設(shè)備組態(tài)中設(shè)置，某些HSC的參數(shù)在設(shè)備組態(tài)中初始化，以后可以用程序來修改。高速計(jì)數(shù)器有兩種功能:頻率測量功能和計(jì)數(shù)功能。某些HSC模式可以選用3種頻率測量的周期（0.01s、0.1s和1.0s）來測量頻率值。頻率測量周期決定了多長時(shí)間計(jì)算和報(bào)告一次新的頻率值。得到的是根據(jù)信號脈沖的計(jì)數(shù)值和測量周期計(jì)算出的頻率平均值，頻率的單位為Hz(每秒的脈沖數(shù)）。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----認(rèn)識高數(shù)計(jì)數(shù)器

1217C可測量的脈沖頻率最高為1MHz，其他型號的S7-1200V4.0CPU可測量到的單相脈沖頻率最高為100kHZ，A/B相最高為80kHz。如果使用信號板還可以測量單相脈沖頻率高達(dá)200kHz的信號，A/B相最高為160kHz。S7-1200V4.0CPU和信號板具有可組態(tài)的硬件輸入地址，因此可測量到的高速計(jì)數(shù)器頻率與高速計(jì)數(shù)器號無關(guān)，而與所使用的CPU和信號板的硬件輸入地址有關(guān)。

CPU集成點(diǎn)輸入的最大頻率見表5-11，信號板輸入的最大頻率見表5-12。表5-11CPU集成點(diǎn)輸入的最大頻率CPUCPU輸入通道運(yùn)行階段:單相或兩個相位運(yùn)行階段:A/B計(jì)數(shù)器或A/B計(jì)數(shù)器的四相1211Cla.0到la.5100kHz80kHz1212Cla.0到la.5100kHz80kHzla.6,la.730kHz20kHz1214C和1215Cla.0到la.5100kHz80kHzla.6到Ib.530kHz20kHz1217Cla.0到la.5100kHz80kHzla.6到lb.130kHz20kHzIb.2到Ib.5(.2+，.2-到.5+，.5-)1MHz1MHz表5-12信號板輸入的最大頻率SB信號板SB輸入通道運(yùn)行階段:單相或兩個相位運(yùn)行階段:A/B計(jì)數(shù)器或A/B計(jì)數(shù)器的四相SB1221，200kHzle.0到le.3200kHz160kHzSB1223，200kHzle.0，le.1200kHz160kHzSB1223le.0，le.130kHz20kHz二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----認(rèn)識高數(shù)計(jì)數(shù)器（2）高數(shù)計(jì)數(shù)器的默認(rèn)地址表5-13給出了用于高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖、方向控制和復(fù)位的輸入點(diǎn)的地址。同一個輸入點(diǎn)不能同時(shí)用于兩種不同的功能，但是高速計(jì)數(shù)器當(dāng)前模式未使用的輸入點(diǎn)可以用于其他功能。例如HSC1未使用外部復(fù)位輸入I0.3時(shí)，可以將10.3用于邊沿中斷或用于HSC2。表5-13高數(shù)計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)描述默認(rèn)輸入地址功能HSCHSC1I0.0，I4.0，監(jiān)視PTO0脈沖I0.1，I4.1，監(jiān)視PTO0方向I0.3

HSC2I0.2，I4.2，監(jiān)視PTO1脈沖I0.3，I4.3，監(jiān)視PTO1方向I0.1HSC3I0.4I0.5I0.7HSC4I0.6I0.7I0.5HSC5I1.0或I4.0I1.1或I4.1I1.2HSC6I1.3I1.4I1.5模式內(nèi)部方向控制的單相計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖

計(jì)數(shù)復(fù)位計(jì)數(shù)或測頻外部方向控制的單相計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖方向計(jì)數(shù)復(fù)位計(jì)數(shù)或測頻兩路計(jì)數(shù)脈沖輸入的計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)脈沖減計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)復(fù)位計(jì)數(shù)或測頻

A/B相正交計(jì)數(shù)器A相脈沖B相脈沖Z相脈沖計(jì)數(shù)或測頻監(jiān)視脈沖列輸出（PTO）計(jì)數(shù)脈沖方向

二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----認(rèn)識高數(shù)計(jì)數(shù)器

HSC1和HSC2可以分別用來監(jiān)視脈沖列輸出PTO1和PTO2。I4.0和4.1是2DI/2DO信號板的輸入點(diǎn),10.0～I(xiàn)1.5是CPU集成的輸入點(diǎn)，復(fù)位信號和Z相脈沖僅用于計(jì)數(shù)模式。數(shù)字量IO點(diǎn)指定給HSC、PWM（脈沖寬度調(diào)制)和PTO（脈沖列輸出）后，不能用監(jiān)視表的強(qiáng)制功能來修改這些IO點(diǎn)。HSC1～HSC6的當(dāng)前值的數(shù)據(jù)類型為DInt,默認(rèn)的地址為ID1000～I(xiàn)D1020，如表5-14所示，可以在組態(tài)時(shí)修改地址。由于CPU121IC和CPU1212C集成的輸入點(diǎn)較少，它們不支持某些HSC,具體的情況見S7-1200的系統(tǒng)手冊。表5-14HSC默認(rèn)地址高速計(jì)數(shù)器（HSC）當(dāng)前值數(shù)據(jù)類型當(dāng)前值默認(rèn)地址HSC1DIntID1000HSC2DIntID1004HSC3DIntID1008HSC4DIntID1012HSC5DIntID1016HSC6DIntID1020二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----認(rèn)識高數(shù)計(jì)數(shù)器（3）高數(shù)計(jì)數(shù)器輸入點(diǎn)濾波時(shí)間

高速計(jì)數(shù)器輸入點(diǎn)濾波時(shí)間與可檢測到的最大頻率關(guān)系如表5-15所示。按分揀單元三相異步電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速1500r/min,即25r/s，考慮減速比1:10，所以分揀站主動軸轉(zhuǎn)速理論最大值2.5r/s，編碼器500線（500pls/r）,所以PLC脈沖輸入的最大頻率為2.5*500=1250pls/s，即1.25kHz，實(shí)際運(yùn)行達(dá)不到此速度，故可選0.4millisec。表5-15輸入濾波器時(shí)間和可檢測到的最大輸入頻率關(guān)系輸入濾波器時(shí)間可檢測到的最大輸入頻率輸入濾波器時(shí)間可檢測到的最大輸入頻率0.1microsec1MHz0.05millisec10KHz0.2microsec1MHz0.1millisec5KHz0.4microsec1MHz0.2millisec2.5KHz0.8microsec625KHz0.4millisec1.25KHz1.6microsec312KHz0.8millisec625Hz3.2microsec156KHz1.6millisec312Hz6.4microsec78KHz3.2millisec156Hz10microsec50KHz6.4millisec78Hz12.8microsec39KHz10millisec50Hz20microsec25KHz12.8millisec39Hz

20millisec25Hz二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----高數(shù)計(jì)數(shù)器組態(tài)（1）組態(tài)步驟

①在設(shè)備組態(tài)界面，選擇CPU的“屬性”選項(xiàng)卡，并選擇“DI14/DO10”設(shè)置“數(shù)字量輸入”通道0和通道1的輸入濾波器時(shí)間，如圖5-19所示。

②在設(shè)備組態(tài)界面，選擇CPU的“屬性”選項(xiàng)卡，并選擇某一高速計(jì)數(shù)器，如“HSC1”。

③在“常規(guī)”欄中選擇“啟用該高速計(jì)數(shù)器”復(fù)選項(xiàng),如圖5-20所示。圖5-19輸入濾波器設(shè)置圖5-20啟用高數(shù)計(jì)數(shù)器二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----高數(shù)計(jì)數(shù)器組態(tài)（1）組態(tài)步驟

④在“功能”欄中,可以設(shè)置“計(jì)數(shù)類型”為“計(jì)數(shù)”“頻率”和“軸”,如圖5-21所示。

⑤在“初始值”欄中,可以設(shè)置“初始計(jì)數(shù)器值”和“初始參考值”，在“同步輸入”欄中，若選用“使用外部同步輸入”復(fù)選項(xiàng)，“同步輸入的信號電平”可以選擇“高電平有效”或“低電平有效”,如圖5-22所示。圖5-21設(shè)置高數(shù)計(jì)數(shù)器的功能圖5-22恢復(fù)為初始值設(shè)置二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----高數(shù)計(jì)數(shù)器組態(tài)（1）組態(tài)步驟

⑥在“事件組態(tài)”欄中，可以啟用“為計(jì)數(shù)器值等于參考值這一事件生成中斷”，“為同步事件生成中斷”，“外部復(fù)位事件生成中斷”，“方向變化事件生成中斷”復(fù)選項(xiàng)，如圖5-23所示。

⑦在“硬件輸入”欄中，設(shè)置“時(shí)鐘發(fā)生器A的輸入”地址，“時(shí)鐘發(fā)生器B的輸入”地址，如圖5-24所示。圖5-23事件組態(tài)設(shè)置圖5-24硬件輸入設(shè)置二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----高數(shù)計(jì)數(shù)器組態(tài)（1）組態(tài)步驟

⑧在“I/O地址”欄中，可以設(shè)定輸入起始地址，系統(tǒng)提供默認(rèn)值如圖5-25所示。圖5-25I/O地址設(shè)置二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----高數(shù)計(jì)數(shù)器組態(tài)（2）高數(shù)計(jì)數(shù)器指令

高速計(jì)數(shù)器指令的符號如圖5-26所示，需要使用指定背景數(shù)據(jù)塊用于存儲參數(shù)。必須先在項(xiàng)目的PLC設(shè)備配置中組態(tài)高速計(jì)數(shù)器，然后才能在程序中使用高數(shù)計(jì)數(shù)器指令。HSC改備配置包括選擇計(jì)數(shù)模式、IO連接、中斷分配，以及作為高數(shù)計(jì)數(shù)器還是設(shè)備來測量脈沖頻率。無論是否采用程序控制,均可操作高速計(jì)數(shù)器，其指令各參數(shù)功能說明如表5-16所示。圖5-26高速計(jì)數(shù)器指令表5-16高數(shù)計(jì)數(shù)器指令各參數(shù)功能說明參數(shù)參數(shù)類型數(shù)據(jù)類型說明HSCINHW_HSC高數(shù)計(jì)數(shù)器硬件標(biāo)識符DIRINBool1=使能新方向請求CVINBool1=使能新的計(jì)數(shù)器值RVINBool1=使能新的參考值PERIODINBool1=使能新的頻率測量周期值（僅限頻率測量模式）NEW_DIRINInt新方向：1=正方向，-1=反方向NEW_CVINDint新計(jì)數(shù)器值NEW_RVINDint新參考值NEW_PERIODINInt以秒為單位的新頻率測量周期值：0.01S，0.1S,1SBUSYOUTBool處理狀態(tài)STATISOUTWord功能狀態(tài)，顯示錯誤代碼二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)準(zhǔn)備----高數(shù)計(jì)數(shù)器組態(tài)（3）脈沖數(shù)計(jì)算

計(jì)算工件在傳送帶上的位置時(shí)，需確定每兩個脈沖之間的距離即脈沖當(dāng)量。分揀單元主動軸的直徑為d=43mm，則減速電動機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周，皮帶上工件移動距離L=π?d=3.14×43=135.02mm。故脈沖當(dāng)量μ=L/500≈0.27mm。按圖5-27示安裝尺寸，當(dāng)工件從下料口中心線移動時(shí)：移至第1個推桿中心點(diǎn)時(shí)，約發(fā)出622個脈沖；移至第2個推桿中心點(diǎn)時(shí)，約發(fā)出509個脈沖；移至第3個推桿中心點(diǎn)時(shí)，約發(fā)出1303個脈沖。圖5-27分揀系統(tǒng)安裝尺寸圖應(yīng)該指出的是，上述脈沖當(dāng)量的計(jì)算只是理論上的。實(shí)際上各種誤差因素不可避免，例如傳送帶主動軸直徑（包括皮帶厚度）的測量誤差，傳送帶的安裝偏差、張緊度，分揀單元整體在工作臺面上定位偏差等等，都將影響理論計(jì)算值。因此理論計(jì)算值只能作為估算值。脈沖當(dāng)量的誤差所引起的累積誤差會隨著工件在傳送帶上運(yùn)動距離的增大而迅速增加，甚至達(dá)到不可容忍的地步。因而在分揀單元安裝調(diào)試時(shí)，除了要仔細(xì)調(diào)整盡量減少安裝偏差外，尚須現(xiàn)場測試脈沖當(dāng)量值。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)實(shí)施----系統(tǒng)控制分析

由前述的供料系統(tǒng)工作過程介紹可見，分揀過程是一個順序控制的過程，是分揀單元的主要控制過程。但這一順控過程在什么條件下可以啟動；而啟動以后，在什么情況下順控過程停止？這些條件必須在順控程序外部確定。因此，我們除了需要完成分揀過程的動作，還要考慮系統(tǒng)的狀態(tài)信號，這些狀態(tài)信號包括上電初始化、故障檢測、工作狀態(tài)顯示、系統(tǒng)啟動條件檢查、啟動和停止操作等環(huán)節(jié)。為便于實(shí)施，將這些環(huán)節(jié)簡稱為主程序的狀態(tài)檢測和啟停控制部分。動作順序如圖5-28所示。圖5-28動作順序二、任務(wù)準(zhǔn)備與實(shí)施任務(wù)實(shí)施----狀態(tài)功能圖繪制

分揀單元的初始步在設(shè)備啟動時(shí)就被置位，同時(shí)運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志ON后，如果入料口上有工件，經(jīng)延時(shí)確認(rèn)后，電機(jī)啟動，將工件輸送到傳感器檢測區(qū)。動作完成后，轉(zhuǎn)移到流向分析步，根據(jù)檢測條件進(jìn)行工件的分揀，分揀完成后返回初始位置，這樣就完成了一個工作周期，如果運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志仍然為ON，開始下一周期的分揀工作。如圖5-29所示。圖5-29程序流程圖二、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)1.編程思路（1）分揀單元的主要工作過程是分揀控制，可編寫一個子程序供主程序調(diào)用，工作狀態(tài)顯示的要求比較簡單，可直接在主程序中編寫，也可寫一個子程序供主程序調(diào)用。（2）主程序的流程與前面所述的供料單元是類似的。（3）分揀控制子程序也是一個步進(jìn)順控程序，編程思路如下：①當(dāng)檢測到待分揀工件下料到進(jìn)料口后，調(diào)用CTRL_HSC，以固定頻率啟動變頻器驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。②當(dāng)工件經(jīng)過安裝傳感器支架上的光纖探頭和電感式傳感器時(shí)，根據(jù)2個傳感器動作與否，判別工件的屬性，決定程序的流向。HSC1當(dāng)前值與傳感器位置值的比較可采用觸點(diǎn)比較指令實(shí)現(xiàn)。③根據(jù)工件屬性和分揀任務(wù)要求，在相應(yīng)的推料氣缸位置把工件推出。推料氣缸返回后，步進(jìn)順控子程序返回初始步。分揀系統(tǒng)由變頻器驅(qū)動、高速計(jì)數(shù)部分構(gòu)成。變頻器的作用是驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器的作用是通過編碼器信號的輸入來判斷電動機(jī)是否運(yùn)動到位。變頻器的設(shè)置在任務(wù)1中已經(jīng)介紹過。因此，此處需要對高速計(jì)數(shù)器模塊進(jìn)行設(shè)置。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.程序輸入

（1）系統(tǒng)啟動與停止

分揀系統(tǒng)啟停條件和供料系統(tǒng)類似，這里不再詳細(xì)敘述。其參考程序段如圖5-30所示。狀態(tài)顯示較為簡單，此處不做贅述。圖5-30分揀系統(tǒng)啟動與停止二、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.程序輸入（2）分揀系統(tǒng)的主要工作過程分揀工藝過程是一個步進(jìn)順控程序，初始步M20.0在PLC啟動時(shí)被置位。只要料口檢測有料，便初始化高速計(jì)數(shù)器，同時(shí)給出變頻器輸出頻率信號，延時(shí)時(shí)間到，啟動電機(jī)運(yùn)行，進(jìn)入工件檢測步，當(dāng)確認(rèn)工件屬性后，在流向分析步里分析工件去處。當(dāng)推桿推出后，進(jìn)入返回步，復(fù)位工件屬性標(biāo)志，然后返回初始步。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行條件為ON，入料口有工件時(shí)，啟動高速計(jì)數(shù)器，同時(shí)延時(shí)1S確認(rèn)有料。延時(shí)時(shí)間到，同時(shí)以固定轉(zhuǎn)速1啟動電動機(jī)正轉(zhuǎn)，步進(jìn)程序轉(zhuǎn)移至檢測步M20.2。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)當(dāng)工件移動至傳感器檢測區(qū)時(shí)，檢測白金芯，并置位標(biāo)識M4.1。檢測金屬外殼，并置位標(biāo)識M4.0。

同時(shí)步進(jìn)程序轉(zhuǎn)移至流向分析步M20.3。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)流向分析步當(dāng)檢測為白金芯時(shí)，步進(jìn)程序轉(zhuǎn)移至推桿2動作步M20.4。當(dāng)檢測為金屬外殼時(shí)，步進(jìn)程序轉(zhuǎn)移至推桿1動作步M20.5。當(dāng)檢測為黑芯時(shí)，步進(jìn)程序轉(zhuǎn)移至推桿3動作步M20.6。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)推桿1