基于s7-1200系列PLC自動化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

1、廣州城建職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)題目基于S7-1200PLC自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所在系機(jī)電與信息工程學(xué)院專業(yè)班級14機(jī)電一體化2班_學(xué)生姓名程廣通學(xué)生學(xué)號1409010202指導(dǎo)老師曾一新廣州城建職業(yè)學(xué)院教務(wù)處制基于S7-1200PLC自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14機(jī)電一體化2班程廣通指導(dǎo)老師：曾一新摘要基于S7-1200PLC自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是加工、組裝的一套結(jié)合工業(yè)案例，按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，集成主流、常用工業(yè)控制設(shè)備的教學(xué)儀器。該系統(tǒng)設(shè)備采用西門子應(yīng)用于制造行業(yè)中的SIMATICS7-1200為核心，配合工業(yè)總線通訊接口，集成變頻器、人機(jī)界面、通信網(wǎng)絡(luò)、多種傳感器（顏色、姿勢、材質(zhì)辨別等），

2、實(shí)現(xiàn)自動化技術(shù)相關(guān)專業(yè)中PLC應(yīng)用技術(shù)教學(xué)、訓(xùn)練和考核。設(shè)備包含：自動送料功能模塊、傳送帶功能模塊、自動檢測功能模塊、氣動、電動機(jī)械手功能模塊、PLC與變頻器控制系統(tǒng)、直流調(diào)速模塊、步進(jìn)驅(qū)動模塊、報(bào)警功能模塊、人機(jī)界面PLC網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)等，構(gòu)成自動分揀與姿勢調(diào)整的主從工作站。關(guān)鍵詞S7-1200;西門子；PLC;自動化生產(chǎn)線目錄弓I言5第一章基于S7-1200PLC自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的概述6一、自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展6二、自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的組成7三、自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)運(yùn)行模式分析7第二章PLC結(jié)構(gòu)和工作原理及相關(guān)知識介紹8一、PLC組成與基本結(jié)構(gòu)8二、PLC的系

3、統(tǒng)結(jié)構(gòu)8三、PLC的基本工作原理9四、西門子S7-1200系列PLC功能特點(diǎn)9五、開放式用戶通信簡介11六、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理12七、西門子MM420變頻器介紹控制13第三章基于S7-1200PLC自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)16一、系統(tǒng)的工作原理16二、設(shè)計(jì)分析16三、可行性分析17四、可行性試驗(yàn)17五、PLC的選擇18第四章PLC的硬件和硬件組態(tài)設(shè)置20一、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器設(shè)置20二、變頻器參數(shù)設(shè)置20三、硬件組態(tài)22第五章系統(tǒng)硬件開發(fā)設(shè)26一、硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)26二、控制系統(tǒng)I/O地址分配26第六章系統(tǒng)軟件控制設(shè)計(jì)28一、控制要求28二、梯形圖編程流程圖31小結(jié)35參考文獻(xiàn)36引言本論文是

4、考慮到目前的自動化生產(chǎn)線發(fā)展的實(shí)際情況，現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備是現(xiàn)今生產(chǎn)中最為普遍的生產(chǎn)方式，以及最有發(fā)展前景的生產(chǎn)方式，由本論文作者結(jié)合相關(guān)資料編寫的一遍畢業(yè)論文。現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備的最大特點(diǎn)是它的綜合性和系統(tǒng)性，在這里，機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感測試技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到生產(chǎn)設(shè)備中；而系統(tǒng)性指的是，生產(chǎn)線的傳感檢測、傳輸與處理、控制、執(zhí)行與驅(qū)動等機(jī)構(gòu)在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作，有機(jī)地融合在一起?？删幊绦蚩刂破鳎≒LQ以其高抗干擾能力、高可靠性、高性能價格比且編程簡單而廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備中，擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)線

5、的大腦一一微處理單元的角色。因此，培養(yǎng)掌握機(jī)電一體化技術(shù)，掌握PLC技術(shù)及PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的技術(shù)人材是當(dāng)務(wù)之急。該論文設(shè)計(jì)的是一套基于PLC技術(shù)的自動化生產(chǎn)線設(shè)備系統(tǒng)可以模擬一個與實(shí)際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程，得到的一個非常接近于實(shí)際的自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)。從而縮短了理論與實(shí)際應(yīng)用之間的距離。自動分揀站需完成對上一單元送來的已加工、裝配的工件進(jìn)行分揀。使不同顏色、姿勢和材質(zhì)的工件從不同的料槽分流的功能。當(dāng)輸送站送來工件放到傳送帶上并為入料口光電傳感器檢測到時，即啟動變頻器，工件開始送入分揀區(qū)進(jìn)行分揀。第一章基于S7-1200PLC自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的概述、自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展我國人口

6、眾多，人均資源相對不足，可利用的土地越來越少，人口數(shù)量龐大。因此，對是否可持續(xù)發(fā)展的問題非常重視。由于以上的問題，自動化生產(chǎn)線這個擁有生產(chǎn)產(chǎn)品量大；產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠；在大批、大量生產(chǎn)中采用自動線能提高勞動生產(chǎn)率；穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件、縮減生產(chǎn)占地面積、降低生產(chǎn)成本；縮短生產(chǎn)周期、保證生產(chǎn)均衡性等優(yōu)點(diǎn)的一個控制系統(tǒng)。自動化的出現(xiàn)可謂是緩解了我國的是否可持續(xù)發(fā)展的問題。自動化生產(chǎn)線的聯(lián)結(jié)方式是剛性和柔性，即是機(jī)器與人的互相配合。自動化生產(chǎn)線的發(fā)展還是有點(diǎn)歷史的，從二十世紀(jì)20年代開始，隨著汽車、滾動軸承、小型電動機(jī)和縫紉機(jī)等工業(yè)發(fā)展，機(jī)械制造中開始出現(xiàn)自動線，最早出現(xiàn)的是

7、組合機(jī)床自動線。在二十世紀(jì)20年代之前，首先是在汽車工業(yè)中出現(xiàn)了流水生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線，隨后發(fā)展成為自動線。第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(jī)械制造業(yè)中，自動線的數(shù)目急劇增加。隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對商品的需求量也越來越大，不僅如此，對商品的質(zhì)量要求也日漸增高，這給我們的工業(yè)化生產(chǎn)帶來了很大的阻礙，在這樣嚴(yán)峻的情況下，自動生產(chǎn)線應(yīng)運(yùn)而生。自動化生產(chǎn)線的出現(xiàn)使得我們面臨的問題迎刃而解，自動化生產(chǎn)線一出現(xiàn)就受到了我們工業(yè)制造領(lǐng)域的熱捧成為了現(xiàn)代化工業(yè)中不可或缺的幫手，相較于人手來說產(chǎn)量高出太多，最重要的是它的技術(shù)很先進(jìn)，也能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。它的出現(xiàn)無疑是現(xiàn)代工業(yè)的巨大福音，可

8、以最大程度滿足市場對產(chǎn)品的需求量，提高勞動生產(chǎn)率，還能改善勞動的環(huán)境從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量，減少工人的數(shù)量和廠房的占地面積，降低商品的成本。但是由于引進(jìn)自動化設(shè)備費(fèi)用高、國內(nèi)自動化集成設(shè)備水平較低、國內(nèi)政策等問題，使得我國自動化生產(chǎn)水平陷入了尷尬的局面。二、自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的組成自動線的控制系統(tǒng)主要CPU的軟件程序控制系統(tǒng)、人機(jī)交換界面系統(tǒng)，以及輔助設(shè)備按照規(guī)定的工作循環(huán)和聯(lián)鎖要求正常工作，并設(shè)有故障尋檢裝置和信號裝置。為適應(yīng)自動線的調(diào)試和正常運(yùn)行的要求，控制系統(tǒng)有三種工作狀態(tài)：調(diào)整（手動）和自動。在調(diào)整狀態(tài)時可手動操作和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)單臺設(shè)備的各個動作；在自動狀態(tài)時自動線能連續(xù)工作?？刂葡到y(tǒng)有“

9、預(yù)?！笨刂茩C(jī)能，自動線在正常工作情況下需要停車時，能在完成一個工作循環(huán)、各機(jī)床的有關(guān)運(yùn)動部件都回到原始位置后才停車。自動線的其他輔助設(shè)備是根據(jù)工作需要和自動化程度設(shè)置的。為提高自動線的生產(chǎn)率，必須保證自動線的工作可靠性。影響自動線工作可靠性的主要因素是運(yùn)行的穩(wěn)定性和設(shè)備工作可靠性。自動線的發(fā)展方向主要是提高生產(chǎn)率和增大多用性、靈活性。為適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要，將發(fā)展能快速調(diào)整的可調(diào)自動線。三、自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)運(yùn)行模式分析在該自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中由手動和自動兩種運(yùn)行模式控制運(yùn)行系統(tǒng)。（一）手動運(yùn)行模式是指系統(tǒng)控制通過操作人員控制系統(tǒng)的運(yùn)行一個單個系統(tǒng)工作段，通常用于調(diào)試系統(tǒng)以及系統(tǒng)的維護(hù)。而

10、在本系統(tǒng)中，手動運(yùn)行模式是通過旋鈕把默認(rèn)的自動運(yùn)行模式切換為手動運(yùn)行模式的，然后在人機(jī)交換界面系統(tǒng)的觸摸屏上控制系統(tǒng)的單個工作段。（二）自動運(yùn)行模式是指系統(tǒng)控制通過一次啟動后不需要其他人為或其他控制自動自行連續(xù)完成整個系統(tǒng)預(yù)設(shè)的工作流程。在這個系統(tǒng)中，和手動運(yùn)行模式一樣通過旋鈕切換運(yùn)行模式。系統(tǒng)上電后系統(tǒng)就會自行工作，直至完成預(yù)設(shè)的工作流程。第二章PLC結(jié)構(gòu)和工作原理及相關(guān)知識介紹PLC組成與基本結(jié)構(gòu)PLC是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從廣義上講，PLC也是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的擴(kuò)展性與工業(yè)過程相連接的輸入/輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語言，具有更

11、適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此，PLC是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，它的實(shí)際組成與一般微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。而S7-1200PLC的結(jié)構(gòu)緊湊、功能全面、擴(kuò)展方便，其CPU模塊集成有工業(yè)以太網(wǎng)通信接口和多種工藝功能，可以作為一組件集成在完整的綜合自動化系統(tǒng)中。S7-1200PLC主要由CPU模塊、信號板、信號模塊、通信模塊和編程軟件組成，各種模塊安裝在標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)軌上。通過CPU莫塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計(jì)算機(jī)、其他CPU設(shè)備通信。二、PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CPU存儲器RAMF口ROM輸入輸出接口電路、電源、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)

12、備接口等。其內(nèi)部也是采用目前PLC種類多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件和微機(jī)相似。主要包括圖2-1PLC結(jié)構(gòu)示意圖總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如圖2-1所示。PLC控制系統(tǒng)有輸入量一PLC-輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算，處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)由控制部分、輸入和輸出部分組成。三、PLC的基本工作原理輸出端子輸出鎖

13、存器輸出儂像寄存器一寫-讀程序執(zhí)行讀用戶輸A設(shè)在用戶輸出設(shè)備圖2-2PLC的掃描工作過程由于PLC以微處理器為核心，故具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大的不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，若有鍵按下或I/O變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。PLC則是采用循環(huán)掃描的工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符號后返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的工作過程就是PLC的掃描循環(huán)工作過

14、程，一個循環(huán)掃描周期主要可分為3個階段，輸入刷新階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。如圖2-2所示PLC的掃描工作過程。制造行業(yè)中的創(chuàng)新系統(tǒng)解決方案一一模塊化控制器SIMATICS7-1200控制器具有模塊化、四、西門子S7-1200系列PLC功能特點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊、功能全面等特點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用，能夠保障現(xiàn)有投資的長期安全。由于該控制器具有可擴(kuò)展的靈活設(shè)計(jì)，符合工業(yè)通訊最高標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，以及全面的集成工藝功能，因此它可以作為一個組件集成在完整的綜合自動化解決方案中。通訊模塊集成工藝集成的PROFINET接口用于編程、HMI通訊和PLC間的通訊。此外它還通過開放的以太網(wǎng)協(xié)議支持與第三方設(shè)備的通訊。該

15、接口帶一個具有自動交叉網(wǎng)線(auto-cross-over)功能的RJ45連接器，提供10/100Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，它支持最多16個以太網(wǎng)連接以及下列協(xié)議：TCP/IPnative、ISO-on-TCP和S7通訊。SIMATICS7-1200CPU最多可以添加三個通訊模塊。RS485和RS232通訊模塊為點(diǎn)到點(diǎn)的串行通訊提供連接。對該通訊的組態(tài)和編程采用了擴(kuò)展指令或庫功能、USS驅(qū)動協(xié)議、ModbusRTU主站和從站協(xié)議，它們都包含在SIMATICSTEP7Basic工程組態(tài)系統(tǒng)中。 高速輸入SIMATICS7-1200控制器帶有多達(dá)6個高速計(jì)數(shù)器。其中3個輸入為100kHz,3個輸

16、入為30kHz,用于計(jì)數(shù)和測量。 高速輸出SIMATICS7-1200控制器集成了兩個100kHz的高速脈沖輸出，用于步進(jìn)電機(jī)或控制伺服驅(qū)動器的速度和位置。這兩個輸出都可以輸出脈寬調(diào)制信號來控制電機(jī)速度、閥位置或加熱元件的占空比。 存儲器用戶程序和用戶數(shù)據(jù)之間的可變邊界可提供最多50KB容量的集成工作內(nèi)存。同時還提供了最多2MB的集成裝載內(nèi)存和2KB的掉電保持內(nèi)存。SIMATIC存儲卡可選，通過它可以方便地將程序傳輸至多個CPU該卡還可以用來存儲各種文件或更新控制器系統(tǒng)的固件。 可擴(kuò)展的靈活設(shè)計(jì)信號模塊-多達(dá)8個信號模塊可連接到擴(kuò)展能力最高的CPU以支持更多的數(shù)字和模擬量輸入/輸出信號。信號板

17、-一塊信號板就可連接至所有的CPU由此您可以通過向控制器添加數(shù)字或模擬量輸入/輸出信號來量身定做CPU而不必改變其體積。SIMATICS7-1200控制器的模塊化設(shè)計(jì)允許您按照自己的需要準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)控制器系統(tǒng)五、開放式用戶通信簡介通過以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換，SIMATICS7-1200提供了開放式TCP/IP通信，有以下T通信塊：TCON,TSEND,TRCV與TDISCON（直接進(jìn)行連接與斷開流程）與TSEND_CTRCV_C（集成連接和斷開流程）。T通信塊支持以下協(xié)議：TCPnativeISO-on-TCP（動態(tài)數(shù)據(jù)長度的數(shù)據(jù)傳輸）在主站以及從站側(cè)，選擇了可直接進(jìn)行連接與斷開流程的通信塊：建立連接

18、的TCON發(fā)送數(shù)據(jù)的TSEN接收數(shù)據(jù)的TRCV斷開連接的TDISCON所選擇的協(xié)議為“ISO-on-TCP'。在OSI模式中，將“ISO-on-TCP協(xié)議添加至TCP協(xié)議中，從而獲得消息導(dǎo)向法這個優(yōu)點(diǎn)，這對于在SIMATIC系統(tǒng)之間的通信特別有幫助。對于在STEP7BasicV13中的連接組態(tài)，各個連接參數(shù)是通過IP地址認(rèn)定的。對于一個已組態(tài)的連接，在一個連接數(shù)據(jù)塊中保留連接資源，并保存連接參數(shù)?；锇榉?wù)器的IP地址也保存在這里。開放式T通信最多不能超過8個同步連接。在連接數(shù)據(jù)塊中改變IP地址，能夠在八個以上不同的通信伙伴服務(wù)器之間通過同一連接資源進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主站和從站分別有一個發(fā)送

19、和接收數(shù)據(jù)塊（Send_DB和Receive_DB）。主站通過TCON塊發(fā)送一個TCP/IP連接請求到第一個從站。確認(rèn)所建立的連接，伙伴也要執(zhí)行TCON塊。對于同步，則需要主站通過TSEND通信塊與用戶數(shù)據(jù)一起讀取系統(tǒng)時間與發(fā)送系統(tǒng)至從站。通過TRCV接收塊，從站接收在Receive_DB數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)。從站通過接收主站的接收時鐘同步其系統(tǒng)時間。然后從站1通過TSEND塊發(fā)送其用戶數(shù)據(jù)至主站。從站1的用戶數(shù)據(jù)通過在接收數(shù)據(jù)塊相關(guān)位置的TRCV塊存在主站側(cè)。然后主站通過TDISCON塊與從站1斷開連接。在接下來的從站中重復(fù)這個流程。在主站和最后一個從站的數(shù)據(jù)交換后，主站啟動與從站1的數(shù)據(jù)交換。在從

20、站側(cè)，則保留已建立的連接。因此必須調(diào)用TCON進(jìn)行初始化。啟動代碼為了便于調(diào)試，我們將提供帶有測試代碼和測試參數(shù)的軟件實(shí)例以供下載。這些軟件實(shí)例有助于初步了解組態(tài)實(shí)例并進(jìn)行測試。以便用戶可以對該組態(tài)實(shí)例中描述的產(chǎn)品的硬件和軟件接口進(jìn)行快速測試。六、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理（一）步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變角位移或線位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速，停止的位置只取決于控制脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)（二）脈沖數(shù)越多，電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度越大。（三）脈沖的頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，但不能超過最高頻率，否則電機(jī)的力矩迅速減小，電機(jī)不轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。通電后會吸引最近的齒A-

21、B-C-A時是逆時針A-C-B-A時為順時針這兩種工作方式時三相單三拍TCONTCONUserdatEjSendDBTSENDUserdataSlavenS7-1200userdataTimeJinieUserdataTRCVTSEND胃TRCV三相六拍A-AB-B-BC-C-CA-A三相雙三拍AB-BC-CA-AB當(dāng)某相定子勵磁后，它吸引轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的齒與該相定子磁極上的齒對齊，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個角度，換一相得電時，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)動一個角度。如此每相不停地輪流通電，轉(zhuǎn)子不停地轉(zhuǎn)動。電機(jī)運(yùn)行的方向和通電的相序有關(guān)，改變通電的相序，電機(jī)的運(yùn)行方向也就改變步距角；電機(jī)每拍轉(zhuǎn)動的角度步距角=360/(mzk),M

22、為定子繞組的相數(shù)。Z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。M相M拍時K為1,M相2M拍時K為2。七、西門子MM420變頻器介紹控制自動線上輸送單元的傳送帶由三相交流異步電動機(jī)驅(qū)動，而電動機(jī)的速度及方向由西門子公司通用變頻器MM42味控制。三相交流電源經(jīng)熔斷器、交流器、濾波器、變頻器輸出到交流電動機(jī)。其外形如圖1-1所示西門子MICROMASTER42藤列變頻器是一種小型、高性能變頻器。在自動化設(shè)備上進(jìn)行的實(shí)訓(xùn)，所涉及使用通用的變頻器所必需的基本知識和技能，著重于變頻器的接線、操作和常用參數(shù)的設(shè)置等方面。MM42底頻器的安裝與接線圖1-1西門子MM42檢頻器的通用接線分為主電路和控制電路的通用接線，在自動線中，選用的是

23、二相輸入的變頻器，其主電路的通用接線如圖1-2所示。u典型的安裝方法UItES-&三相電源圖1-2MM420系列變頻器控制電路的電路接線圖如圖1-3所示，由圖可見控制電路端子分為控制輸入、頻率設(shè)定（模擬量輸入）、繼電器輸出（異常輸出）、集電極開路輸出（狀態(tài)檢測）和模擬電壓輸出的五部分區(qū)域，各端子的功能可通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)的值進(jìn)行變更。在進(jìn)行電氣安裝之前，將變頻器電源頻率設(shè)置成與電源頻率相符，將DIP-開關(guān)（2）往上拔時，此時變頻器的電源頻率為60Hz;當(dāng)DIP-開關(guān)（2）開關(guān)在缺省位置時，此時變頻器的電源頻率是50Hz。在初始值的情況下，各控制電路端子的功能說明如表所示。n。©

24、。o人一工1OIT西門子外部接線,用小/一十片卜姆3工e版V"tVHSjJ3“吟州卡，陽人7到?。骸?電花OM.).'中小HUDIQT-Wnuc&UIH必1加1rm*(MM)圖1-3端子號標(biāo)識功能1-輸出+10V2輸出w3處C斗模擬輸入M4ADC-模擬輸入(-)5DINI數(shù)字輸入16DIN2數(shù)字輸入27BINS數(shù)字輸入38-帶電位隔離的輸出+24V最大。10MAg-帶電位隔離的輸出。U最大。100瓶10RL1-1數(shù)字輸出/時常打觸頭11RLl-(1數(shù)字輸出切換觸頭12DAC+模擬輸出(+)13DAC-模擬輸出口)14P+RS485串行接口15N-RS485串行接口第三

25、章基于S7-1200PLC自動化生廠線控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)的工作原理四工位龍n機(jī)帔手“信我11機(jī)本系統(tǒng)有五個單元組成，分別為供料單元、推料單元、機(jī)械手翻轉(zhuǎn)單元、輸送單元、分揀單元。工作時，系統(tǒng)上電，工件從供料單元斷工件的姿勢、顏色、材質(zhì)推出到輸送單元，傳感器判后，通推料單元把不及格的工件推走，然后過機(jī)械手單元改變工件姿勢，最后到達(dá)分揀單元根據(jù)工件的顏色分揀到不停地料倉。二、設(shè)計(jì)分析（一）供料單元為了準(zhǔn)確模擬現(xiàn)實(shí)生活中的自動生產(chǎn)線，BA-AT-03型自動化生產(chǎn)線有供料單元，它是生產(chǎn)線中的起始單元，向系統(tǒng)中的其他單元提供原料，相當(dāng)于實(shí)際生產(chǎn)線中的自動上料系統(tǒng)。其主要由大工件裝料管（料倉）、送料

26、氣缸、磁感應(yīng)接近開關(guān)、光纖傳感器組成，從而完成該功能。供料單元基本功能：是按照需要將放置在料倉中的工件自動送出到傳送帶上，以便輸送單元的皮帶傳動裝置將工件運(yùn)送往下一個工作單元。工作過程：工件垂直疊放在料倉中，送料缸處于料倉的底層并且其氣缸的擋板可以擋住工件掉下送料槽中，經(jīng)過料倉光纖傳感器檢測到送料槽中有工件之后，發(fā)送信號給PLGPLC經(jīng)過處理后就可以發(fā)送送料的信號，驅(qū)動送料缸推出工件到傳送帶上供下一個工作單元工作。供料單元的推料槽中裝有光纖傳感器的光纖頭用來檢測料倉中是否有工件，并向系統(tǒng)發(fā)送有無工件的信號。（二）推料單元推料單元的基本功能是：按照需要把傳送帶上材質(zhì)不符合要求的工件通過推料缸把工

27、件從傳送帶上推走。工作過程：工件在傳送帶上經(jīng)過傳感器檢測材質(zhì)后，將信號傳到推料缸，推料缸根據(jù)選擇需要的信號通過該單元，收到不需要的信號時，則觸發(fā)推料缸把工件推走。（三）機(jī)械手翻轉(zhuǎn)單元機(jī)械手翻轉(zhuǎn)單元的基本功能是：按照需要將傳送帶上姿勢擺放不正確的工件通過機(jī)械手夾取并翻轉(zhuǎn)進(jìn)行工件姿勢的矯正，然后將他們重新放到傳送帶上。工作過程：工件在傳送帶上經(jīng)檢測到工件的信號之后，主站發(fā)送信號到從站，從站對此做出相應(yīng)的操作。其薄型氣缸下降使得氣動手指降下將工件夾緊然后薄型氣缸帶動氣動手指和工件上升，上升到上限位之后，PLC控制直流電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，從而達(dá)到矯正工件的目的。（四）輸送單元輸送單元的基本功能是：按照需

28、要將靜置在傳送帶上的工件自動送往其他工作單元，并對傳送帶上的工件進(jìn)行材質(zhì)、顏色以及工件的擺放姿勢的判別從而分辨工件的信息以供分揀單元對工件進(jìn)行分揀和機(jī)械手翻轉(zhuǎn)單元對工件擺放姿勢的矯正。（五）分揀單元分揀單元是自動化生產(chǎn)線的最后一個單元，這個單元是完成對上一個單元送來的已經(jīng)經(jīng)過姿勢矯正以及檢測部分的傳感器已經(jīng)做出判別的工件，按照不同的存儲要求進(jìn)行不同倉儲分揀。使它們存放在指定的立體料倉上。當(dāng)送料單元送來的工件抵達(dá)皮帶的后端，后端傳感器接通后，就啟動步進(jìn)電動機(jī)，使吸盤氣缸移動至傳送帶上方，然后執(zhí)行吸取工件的操作并分揀不同的工件到指定的立體倉儲上。三、可行性分析根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，其工作順序呈線性形

29、式運(yùn)行，依次從供料單元到輸送單元，再到推料單元，然后到機(jī)械手翻轉(zhuǎn)單元，最后到分揀單元。所以該自動化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)判斷其是否可行，我們需要先測試各個單元單獨(dú)是否能完成它應(yīng)完成的任務(wù)。若可以，則在判斷各個單元是否能互相連接順序工作。四、可行性試驗(yàn)按照上述的可行性分析，我們可以做出以下一些的試驗(yàn)；（1） 測試推料單元：料倉傳感器檢測料倉是否有料，有料則將工件推送至傳送帶。（2） 測試推料單元：傳送帶上的傳感器檢測工件后把信號傳遞到推料缸，推料缸推走不需要的工件。（3） 測試機(jī)械手翻轉(zhuǎn)單元：傳送帶上的傳感器檢測工件后把信號傳遞到機(jī)械手翻轉(zhuǎn)單元，機(jī)械手翻轉(zhuǎn)單元把需要改變姿勢的工件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)改變姿勢。（4） 測

30、試輸送單元：PLC通過變頻器改變和控制傳送帶上的電機(jī)速度。（5） 測試分揀單元：工件的傳感信息傳輸?shù)椒謷卧?，分揀單元通過步進(jìn)伺服電機(jī)把工件分揀到指定位置。（6） 測試系統(tǒng)的串連工作即能否完整工作：把所有工作單元連接工作。若上述所有測試可行，則系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可行。五、PLC的選擇三菱采用的GX編程軟件直觀易懂，操作時速度快，雖然指令多，但學(xué)習(xí)起來會比較輕松，可以脫機(jī)仿真操作。而西門子指令比較抽象，學(xué)習(xí)難度較大，但指令較少，必修連機(jī)仿真操作，西門子采用的STEP7Basic編程軟件容量較大，在使用時速度比較緩慢，但操作直觀、上手容易、使用簡單，是用戶能夠?qū)?xiàng)目進(jìn)行快速而簡單的組態(tài)。由于具有通用的項(xiàng)

31、目視圖、用于圖形化工程組態(tài)的最新用戶接口技術(shù)、智能的拖放功能及共享的數(shù)據(jù)處理等，有效地保證了項(xiàng)目的質(zhì)量。三菱的優(yōu)勢在于離散控制和運(yùn)動控制，三菱的指令豐富，有專用的定位指令，控制伺服和步進(jìn)容易實(shí)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動作控制也是三菱的強(qiáng)項(xiàng)，而西門子在這塊就較弱，沒有專用的指令，做伺服或步進(jìn)定位控制不是不能實(shí)現(xiàn)，而是程序復(fù)雜，控制精度不高。過程控制與通信控制西門子是強(qiáng)項(xiàng)，西門子的模擬量模塊價格便宜，程序簡單，而三菱的模擬量模塊價格昂貴，程序復(fù)雜，西門子做通信也容易，程序簡單，三菱在這塊功能較弱。所以針對不同的設(shè)備不同的控制方式，我們要合理的選用PLC,用其長處，避其短處。例如某設(shè)備只是些動作控制，如

32、機(jī)械手，可選擇三菱的PLC,某設(shè)備有伺服或步進(jìn)要進(jìn)行定位控制，也選三菱的PLC;像中央空調(diào)，污水處理，溫度控制等這類有很多模擬量要處理的就要選西門子的PLC比較合適，某設(shè)備現(xiàn)場有很多儀表的數(shù)據(jù)要用通信進(jìn)行采集，選西門子的好控制。目前我們考慮到西門子S7-1200是新一代小型PLC,它具有集成的PROFINE假口、強(qiáng)大的集成工藝功能和靈活的可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，為各種工藝任務(wù)提供了簡單的通信和有效解決方案，能夠滿足完全不同的自動化需要，安裝了2個西門子S7-1200系列的可編程邏輯控制器PLC來控制，就像人的大腦一樣，思考每一個動作，每一招每一式，指揮自動化生產(chǎn)線上的機(jī)械手、氣缸按程序動作，是自動化生

33、產(chǎn)線的核心部件。所以我們選擇了使用西門子S7-1200O第四章PLC的硬件和硬件組態(tài)設(shè)置一、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器設(shè)置（一）根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相電流設(shè)定步進(jìn)驅(qū)動器的動態(tài)及靜態(tài)電流在該自動化生產(chǎn)線的設(shè)備中，選用的四相八線步進(jìn)電機(jī)，相電流是4.2A,由于采用并聯(lián)式接線與步進(jìn)驅(qū)動器的AB相連在一起，故步進(jìn)驅(qū)動器的動態(tài)電流應(yīng)該設(shè)置在4.2X1.4=5.88（A）以下即可，電流設(shè)置表的峰值選定4.3-5.6A，本例中選用4.9A,對應(yīng)的SW1=OFFSW2=ONSW3=0N對于靜態(tài)電流設(shè)置則比較簡單，根據(jù)項(xiàng)目的要求步進(jìn)電機(jī)停止時采用靜態(tài)電流為動態(tài)電流的一半，則可設(shè)SW4=0FF（二）設(shè)置細(xì)分BA-AT-03型的自動

34、線選用的步進(jìn)電機(jī)最高頻率是50kHz,意味著單位時間內(nèi)的脈沖不能超過此數(shù)值，根據(jù)題目的要求，工作臺運(yùn)行的速度為22mm由于絲桿螺距為10mm意味著每秒鐘絲桿要轉(zhuǎn)動22/10=2.2（圈）。由于步進(jìn)電機(jī)最高的頻率是50kHz,且在整步方式下步距角為1.8°,則細(xì)分倍數(shù)對應(yīng)應(yīng)該小于50000/4/200=113.64。本例中選用40倍的細(xì)分，對應(yīng)每圈的細(xì)分步數(shù)值是8000,令SW5=OFFSW6=ONSW7=OFFSW8=OFF二、變頻器參數(shù)設(shè)置西門子MM42展頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時需要先快速調(diào)試再去設(shè)置參數(shù)，可以避免一些不必要的參數(shù)錯誤。（一）快速調(diào)試?yán)每焖僬{(diào)試功能使得變頻器與實(shí)際使用的

35、電機(jī)參數(shù)相匹配，并對重要的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。如果變頻器中存放的電機(jī)額定數(shù)據(jù)與實(shí)際的電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)相同，就可以不進(jìn)行快速調(diào)試。快速調(diào)試步驟如下表：訪問姍（二）快速調(diào)試后我們就可以就行應(yīng)用參數(shù)設(shè)置，該變頻器參數(shù)根據(jù)本自動化生產(chǎn)線設(shè)置如下:指令參數(shù)Pr.33Pr.7002Pr.70116Pr.70216Pr.70316Pr.70416Pr.10003Pr.100125Pr.10210.5Pr.10220.5三、硬件組態(tài)設(shè)備組態(tài)（configuring）的任務(wù)就是在設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)編輯器中生成一個與實(shí)際的硬件系統(tǒng)對應(yīng)的模擬系統(tǒng)，包括系統(tǒng)中的設(shè)備（PLC和HMI）,PLC各模塊的型號、訂貨號和版本。模塊的安裝位

36、置和設(shè)備之間的通信連接，都應(yīng)與實(shí)際的硬件系統(tǒng)完全相同。此外還應(yīng)設(shè)置模塊的參數(shù)，即給參數(shù)賦值，或稱為參數(shù)化。自動化系統(tǒng)啟動時，CPU比較組態(tài)時生成的虛擬系統(tǒng)和實(shí)際的硬件系統(tǒng)，如果兩個系統(tǒng)不一致，將采取相應(yīng)的措施（一）CPU在硬件組態(tài)時，需要將“拖放”的方法放置硬件對象；用“雙擊”的方法放置硬件對象。如果激活了硬件目錄的過濾器功I/O模塊或通信模塊放置到工作區(qū)的機(jī)架的插槽內(nèi)：用卡過濾卜通信?；埽瑒t硬件目錄只顯示與工作區(qū)有關(guān)的硬件。例如用設(shè)備視圖打開PLC的組態(tài)畫面時，則硬件目錄不顯示HMI,只顯*I信號板J00>jlDI'DO>41Al示PLC的模塊。(二)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是

37、工業(yè)自動化過程當(dāng)中經(jīng)常用到的一種控制傳動機(jī)構(gòu)，它是通過接受輸入脈沖，然后每個脈沖轉(zhuǎn)動一定的步距(角度)來完成對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制傳動的。使用PLC可以通過特殊功能存儲器(SM)或者增加EM253位控模塊來控制步進(jìn)電機(jī)，但是使用SM需要熟悉每一位的意義，而且編程煩瑣。如果為PLC增加功能擴(kuò)展模塊，無疑會增加產(chǎn)品成本。鑒于這些原因并結(jié)合本人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文利用STEP7位置控制向?qū)韺?shí)現(xiàn)應(yīng)用PLC控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動功能。操作步驟如下使用STEP7Micro/WIN位置控制向?qū)?，為一?冊工乙對象線性脈沖串輸出(PTO操作組態(tài)一個內(nèi)置輸出。啟才七黑軸_1I口叼動位置控制向?qū)?，可以點(diǎn)擊瀏覽條中的向?qū)D標(biāo)，

38、然忡調(diào)試后雙擊PTO/PW隔標(biāo)，或者選擇菜單命令工具一位置因診斷控制向?qū)А?1)在位置控制向?qū)υ捒蛑羞x擇“配置S7-200PLC內(nèi)置PTO/PW雕作”。(2)選擇Q0.0或京機(jī)irBctijk謂信號機(jī)械蒞量之相動正息?？蒻點(diǎn)旗動主動?，F(xiàn)藝對紫-軸也古存；|胸用戶gzzmiEFin(Pulseltdin兩動方Output)II>9JgHIDM102D2*FlCl|mj1J14CDGDaDC工土對兼他1舊H7Q0.1,組態(tài)作為PTO的輸出。(3)從下拉對話框中選擇“線性脈沖串輸出(PTO”。餐件接口法持鼻觸生與：1%"_1衛(wèi)I信號壯：m,沖，他向aH髯:怦出隹、口：.|VjO.&

39、#39;O0賽看方向的出方ftrtfcti7311際JR佃用戶單兀剜用單位：，(4)若想監(jiān)視PTO產(chǎn)生的脈沖數(shù)目，點(diǎn)擊復(fù)選框選擇使用高速計(jì)數(shù)器。(5)在對應(yīng)的編輯框中輸入最高電機(jī)速度(MAX_SPEED和電機(jī)的啟動/停止速度(SS_SPEED的數(shù)值。(6)在對應(yīng)的編輯框中輸入加速和減速時間。(7)在移動包絡(luò)定義界面，點(diǎn)擊新包絡(luò)按鈕允許定義包絡(luò)，并選擇所需的操作模式。a)對于相對位置包絡(luò)：輸入目標(biāo)速度和脈沖數(shù)。然后，可以點(diǎn)擊“繪制包絡(luò)”按鈕，查看移動的圖形描述。若需要多個步，點(diǎn)擊“新步”按鈕并按要求輸入步信息。b)對于單速連續(xù)轉(zhuǎn)動：在編輯框中輸入目標(biāo)速度的數(shù)值。若想終止單速連續(xù)轉(zhuǎn)動，點(diǎn)擊子程序編

40、程復(fù)選框，并輸入停止事件后的移動脈沖數(shù)。(8)根據(jù)移動的需要，可以定義多個包絡(luò)和多個步。(9)選擇完成結(jié)束向?qū)А?三)觸摸屏SIMATICS7-1200與SIMATICHMI精簡系列面板的完美整合，為小型自動化應(yīng)用提供了一種簡單的可視化和控制解決方案。SIMATICSTEP7Basic是西門子開發(fā)的高集成度工程組態(tài)系統(tǒng)，提供了直觀易用的編輯器，用于對SIMATICS7-1200和SIMATICHMI精簡系列面板進(jìn)行高效組態(tài)。每個SIMATICHMI精簡系列面板都具有一個集成的PROFINET接口。通過它可以與控制器進(jìn)行通訊，并且傳輸參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)和組態(tài)數(shù)據(jù)。這是與SIMATICS7-1200完美

41、整合的一個關(guān)鍵因素。母白布口插入HMI設(shè)備后，將打開HMI設(shè)備向?qū)АＤ稍谄渲辛磁颣T2Mmom，HMFprtih即定義以下屬性，例如：圖形、報(bào)警、用戶管理、語言和字體。卜圖顯示了HMI設(shè)備向?qū)в≠略隰釢舻膶?shí)例：nt設(shè)備組態(tài)&在M和讒斷I的茶就鉛罡，_畫面本加新國面匚面面_1卜(受匿：報(bào)事自耽Ii抑甥儀曲喇瞬L用戶官雷在項(xiàng)目視圖項(xiàng)目樹中，雙擊HMI設(shè)備的“畫面”項(xiàng)下的“添加新畫面”可以添加新的畫面，雙擊項(xiàng)目樹中的畫面名稱可以打開畫面編輯器，可以對畫面進(jìn)行編輯。打開畫面1,添加一個IO域到畫面中，選中IO域，在屬性對話框“常規(guī)”項(xiàng)下，設(shè)置其連接的過程變量為建立的過程變量“HMI_變量_

42、1”，其它保持不變。（四）、以太通信主態(tài)主站、從站和人機(jī)交換之間的通信是通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信的，三個部分通過一臺交換機(jī)，選用RJ45的雙絞線連接起來，組成一個簡單的工業(yè)以太網(wǎng)。S7-1200的PROFINNE取I理接口支持10/100Mb/s的RJ45口、電纜交叉自適應(yīng)。KTP600所集成的是一塊基于TCP/IP協(xié)議的10M標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)芯片。ETHERNET通信是S7-1200PLC與S7-1200PLC之間的以太網(wǎng)通信。可以通過TCP或ISOonTPC協(xié)議來完成。使用的通信指令是在雙方CPU中調(diào)用T-block（TSEND_C_C,TRCV_C_C,TCONTDISCONTSEND_C,TR

43、CV_C指令來實(shí)現(xiàn)。PN/1E1KTP600Basicm.第五章系統(tǒng)硬件開發(fā)設(shè)、硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)水位自動控制系統(tǒng)由PLC（核心控制部件）、PLC擴(kuò)展模塊、傳送帶、傳送電機(jī)、上料裝置、旋轉(zhuǎn)編碼器、水平推料桿、翻轉(zhuǎn)機(jī)械手、四工位龍門機(jī)械手、集料器等部二、控制系統(tǒng)I/O地址分配主站輸入信號序號PLC輸入點(diǎn)信號名稱1I0.2啟動2I0.4停止3I0.5復(fù)位4I0.6急停5I0.7自動模式6I2.0手動模式7I2.1單周8I2.2連續(xù)9I1.0絲桿左限位10I1.11#工位11I1.22#工位12I1.3絲桿右限位13I2.4吸盤上限位14I2.5吸盤下限位15I3.1輸送帶后端傳感器輸由信號1Q0.0絲

44、桿脈沖2Q0.1絲桿方向3Q0.2吸盤上升4Q0.3吸盤下降5Q0.4吸盤放6Q0.5吸盤吸7Q2.4停止指示燈（紅燈）8Q2.5運(yùn)行指示燈（綠燈）9Q2.6報(bào)警蜂鳴器從站輸入信號輸出信號序號PLC輸入點(diǎn)信號名稱序號PLC輸入點(diǎn)信,U稱11040翻轉(zhuǎn)上限位1Q0.0氣爪升降210.1翻轉(zhuǎn)下限位2QO.1氣爪夾緊310.2翻轉(zhuǎn)左限位3QO.2氣瓜松開410.3翻轉(zhuǎn)右限位4Q0.3氣爪正轉(zhuǎn)5QCU氣瓜反轉(zhuǎn)第六章系統(tǒng)軟件控制設(shè)計(jì)一、控制要求（一）上電系統(tǒng)上電，兩層信號指示燈的紅燈亮，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)保持上電前狀態(tài)。（二）工作模式生產(chǎn)線有三種操作模式：原點(diǎn)回歸、手動操作、自動運(yùn)行。（三）原點(diǎn)回歸緊急停機(jī)、故

45、障停機(jī)或設(shè)備檢修調(diào)整后，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能不處于工作原點(diǎn)，系統(tǒng)上電后需進(jìn)行原點(diǎn)回歸操作。選擇“原點(diǎn)回歸”工作模式，按觸摸屏“原點(diǎn)回歸”按鈕，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)返回原點(diǎn)位置：上料裝置推料氣缸活塞桿內(nèi)縮。水平推桿氣缸活塞桿內(nèi)縮。翻轉(zhuǎn)機(jī)械手原點(diǎn)位置：垂直升降氣缸活塞桿內(nèi)縮；氣動手指水平放置并且手指處于張開狀態(tài)。龍門機(jī)械手：水平氣缸位于“A”工位；垂直氣缸活塞桿內(nèi)縮。（四）手動操作選擇“手動操作”工作模式，可在觸摸屏上分別對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動進(jìn)行控制。（五）自動運(yùn)行選擇“自動運(yùn)行”工作模式。A、按觸摸屏“啟動”按鈕，系統(tǒng)檢測上料裝置、水平推桿、翻轉(zhuǎn)機(jī)械手、龍門機(jī)械手各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原點(diǎn)位置。原點(diǎn)位置滿足執(zhí)行步驟B,不滿足系統(tǒng)自動停機(jī)，人機(jī)界面報(bào)警信息區(qū)顯示“請?jiān)c(diǎn)回歸后再啟動”。以上料裝置有物料執(zhí)行步驟C,若無料人機(jī)界面報(bào)警信息區(qū)顯示“請放入工件”并等待10秒。期間若有工件放入則繼續(xù)執(zhí)行步驟C,若無則等待時間到自動停機(jī)。C