PLC應用技術項目教程課件：自動分揀系統的設計

PLCapplicationtechnologyPLC應用技術項目教程自動分揀系統設計項目五CONTENTS01任務5.1G120變頻器在分揀系統中的應用02任務5.2自動分揀系統的設計目

錄任務5.2自動分揀系統的設計知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計計數器是PLC內部重要的軟元件之一，在PLC為核心部件的自動控制系統中，這種軟元件通過相應的應用程序來實現對系統實時準確的計數。普通計數器的計數過程與CPU的工作方式有關，在每一個掃描周期讀取一次被測信號，以此來捕捉被測信號的上升沿。當被測信號的頻率較高時，會丟失計數脈沖，導致計數不準確，而高速計數器（HSC）可以對發(fā)生速率快于程序循環(huán)組織程序塊執(zhí)行速率的事件進行計數。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計1.編碼器旋轉編碼器是一個機械與電子緊密結合的精密測量器件，作為傳感器的一種，主要用來檢測機械運動的速度、位置、角度、距離等參數，用編碼器作為信號檢測的方法，已經廣泛應用于數控車床、紡織、冶金、石油、礦山等多個行業(yè)的機械設備上。在生產過程控制中，經常采用高速計數器與增量式編碼器配合使用的來計算高速脈沖，增量式編碼器每圈發(fā)出一定數量的計數脈沖和一個復位脈沖，作為高速計數器的輸入。編碼器有增量式編碼器和絕對式編碼器兩種。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計增量編碼器增量編碼器讀取角度位移的變化，是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。增量式編碼器主要由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件和轉換電路組成。在碼盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期。當碼盤隨著被測轉軸轉動時，檢測光柵不動，光線透過碼盤和檢測光柵上的透過縫隙照射到光電檢測器件上，光電檢測器件就輸出兩組相位相差90°的近似于正弦波的電信號，電信號經過轉換電路的信號處理，就可以得到被測軸的轉角或速度信息。旋轉編碼器碼盤正轉時的輸出波形

旋轉編碼器碼盤正轉時的輸出波形知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計絕對式編碼器絕對式編碼器的原理及組成部件與增量式編碼器基本相同，其工作原理如圖5-19所示。與增量式編碼器不同的是，絕對式編碼器用不同的數碼來指示每個不同的增量位置，它是一種直接輸出數字量的傳感器。絕對式編碼器的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條碼道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數目是雙倍關系，碼盤上的碼道數就是它的二進制數碼的位數。在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件。當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有n位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有n條碼道。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程高速計數模塊主要用于評估接入模塊的各種脈沖信號，用于對編碼器輸出的脈沖信號進行計數和測量等。西門子SIMATICS7的全系列產品都有支持高速計數功能的模塊，可以適應于各種不同場合的應用。S7-1200最多基礎6個高速計數器HSC1～HSC6，實際計數值的數據類型為雙整數，默認的地址為ID1000～ID1020，可以在組態(tài)時對地址進行修改。S7-1200V4.0及以上版本的高速計數器有四種工作模式：內部方向控制的單相計數器，外部方向控制的單相計數器，兩路脈沖輸入的雙相增/減計數器、A/B相正交計數器。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程（1）高速計數器的指令在TIAPortal軟件集成的工藝指令文件夾中可以找到CTRL_HSC_EXT與CTRL_HSC指令。其中CTRL_HSC_EXT指令支持所有功能，例如門功能、同步功能、捕捉功能、計數、頻率測量、周期測量、修改參數等。而CTRL_HSC指令是從S7-1200V1.0版本就開始支持的舊指令，只支持修改計數方向、參考值、當前值、頻率測量周期等參數的功能。如果只需要計數或者測量頻率，以及硬件門、復位計數值為零、比較輸出等基本功能，而其他功能都不使用，可以只組態(tài)，然后去讀取相應計數器地址即可，無需調用指令。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程（1）高速計數器的指令如果除基本功能以外，還需要修改計數方向、參考值、當前值、頻率測量周期等參數，可以使用舊指令CTRL_HSC，該指令使用更為簡單。如果有更多功能需求，則必須使用CTRL_HSC_EXT指令。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程（2）高速計數器的硬件組態(tài)在S7-1200的硬件組態(tài)中，可以配置高速計數器的參數，其中組態(tài)成計數模式、頻率模式、周期模式需要在這里配置。如果是用于閉環(huán)運動控制，則此處無需配置。1）進入CPU的硬件視圖。展開PLC，左鍵雙擊“設備組態(tài)”，在CPU硬件視圖中，左鍵選中CPU。2）啟用高速計數器。導航欄中選擇“高速計數器（HSC）”，在HSC1中選擇“常規(guī)”。勾選“啟用該高速計數器”。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程（2）高速計數器的硬件組態(tài)3）高速計數器的基本設置。①左鍵單擊“功能”。②設置計數類型：計數模式、頻率模式、周期模式。③設置工作模式：單相、兩相位、A/B計數器、A/B計數器四倍頻，值得注意的是組態(tài)A/B計數器四倍頻會使得計數值變?yōu)榻M態(tài)A/B計數器的4倍，但頻率相比組態(tài)A/B計數器不會發(fā)生變化④計數方向：取決于用戶程序（通過指令修改），還是外部輸入，該功能只與單相計數有關。⑤初始計數方向：加計數、減計數。⑥頻率測量周期：與頻率模式、周期模式有關，只能選擇1s、0.1s、0.01s，一般情況下當脈沖頻率比較高時選擇更小的測量周期可以更新的更加及時，當脈沖頻率比較低時選擇更大的測量周期可以測量的更準確。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程（2）高速計數器的硬件組態(tài)4）設置計數器初始值，如圖5-23所示。如果組態(tài)為計數模式，則計數啟動后，計數值使用組態(tài)中的初始計數值開始計數。當計數正方向達到上限后再繼續(xù)從下限開始正方向計數，當計數反方向達到下限后再繼續(xù)從上限開始反方向計數。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程（2）高速計數器的硬件組態(tài)5）組態(tài)事件，如果需要在高速計數器的某些情況下，迅速做出反應，可以使用高速計數器的事件功能。該功能將觸發(fā)相應的硬件中斷，在硬件中斷中編寫相關工藝程序實現迅速反應。S7-1200高速計數器支持三種事件：計數值等于參考值1

（僅支持計數模式），同步事件（僅支持計數模式），方向信號改變（僅支持單相模式外部方向信號）。使用哪一個事件則激活該事件以及對應硬件中斷，然后在中斷中編寫程序。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程（2）高速計數器的硬件組態(tài)6）添加硬件中斷，選擇“Hardwareinterrupt”，注意該硬件中斷的中斷OB編號，左鍵單擊“確定”按鈕。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程（2）高速計數器的硬件組態(tài)7）設置硬件輸入點，在HSC1中選擇“硬件輸入”，在時鐘發(fā)生器輸入中選擇所需的I點，例如例子中的“I0.0”。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程（2）高速計數器的硬件組態(tài)8）查看HSC的計數值地址在HSC1中選擇“I/O地址”，起始地址到結束地址為HSC實際計數器值的地址，圖5-27中地址為ID1000。默認情況下，HSC1為1000，HSC2為1004，HSC3為1008，HSC4為1012，HSC5為1016，HSC6為1020。組織塊和過程映像一般采用默認設置，可以設置計數值在指定OB更新。知識點1高速計數器任務5.2自動分揀系統的設計高速計數器組態(tài)與編程（2）高速計數器的硬件組態(tài)9）設置I點的輸入濾波器時間在CPU或者信號板中找到使用的通道，在輸入濾波器設置合適的濾波值，如圖5-28。V4.0以后版本需要設置輸入濾波值。輸入濾波時間與可檢測到的最大頻率相關。知識點2模擬量任務5.2自動分揀系統的設計在工業(yè)控制中，某些輸入量（溫度、壓力、流量、轉速等）是模擬量，某些執(zhí)行機構（例如電動調節(jié)閥和變頻器等）要求PLC輸出模擬量信號，而PLC的CPU只能處理數字量。模擬量I/O模塊的任務就是實現A/D和D/A。模擬量首先被傳感器和變送器轉換為標準量程的電壓或電流，例如4～20mA，0～10V，PLC用模擬量輸入模塊的A/D轉換器將它們轉換成數字量。帶正負號的電流或電壓在A/D轉換后用二進制補碼來表示。模擬量輸出模塊的D/A轉換器將PLC中的數字量轉換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機構。A/D和D/A的二進制位數反映了它們的分辨率，位數越多，分辨率越高。知識點2模擬量任務5.2自動分揀系統的設計1.模擬量模塊S7-1200PLC的模擬量信號模塊包括SM1231模擬量輸入模塊、SM1232模擬量輸出模塊、SM1234模擬量輸入輸出模塊。SM1232模擬量輸出模塊有2路和4路的模擬量輸出模塊，-10～+10V電壓輸出為14位，最小負載阻抗1000Ω。0～20mA或4～20mA電流輸出為13位，最大負載阻抗600Ω。-27648～27648對應滿量程電壓，0～27648對應滿量程電流。電壓輸出負載為電阻

時轉換時間為300μs，負載為1μF電容時轉換時間為750μs。電流輸出負載為1mH電感時轉換時間為600μs，負載為10mH電感時為2ms。知識點2模擬量任務5.2自動分揀系統的設計2.模擬量模塊的地址分配模擬量模塊以通道為單位，一個通道占一個字（2個字節(jié)）的地址，所以在模擬量地址中只有偶數。S7-1200PLC的模擬量模塊的系統默認地址為I/QW96～I/QW222。一個模擬量模塊最多有8個通道，從96號字節(jié)開始，S7-1200給每一個模擬量模塊分配16B（8個字）的地址。N號槽的模擬量模塊的起始地址為（N-2）×16+96，其中N大于等于2。集成的模擬量輸入/輸出系統默認地址是I/QW64、I/QW66；信號板上的模擬量輸入/輸出系統默認地址是I/QW80。對信號模塊組態(tài)時，CPU將會根據模塊所在的槽號，按上述原則自動地分配模塊的默認地址。雙擊設備組態(tài)窗口中相應模塊，其“常規(guī)”屬性中都列出每個通道的輸入或輸出起始地址。在模塊的屬性對話框的“地址”選項卡中，用戶可以通過編程軟件修改系統自動分配的地址，一般采用系統分配的地址，因此沒必要死記上述的地址分配原則。但是必須根據組態(tài)時確定的I/O點的地址來編程。模擬量輸入地址的標識符是IW，模擬量輸出地址的標識符是QW。知識點2模擬量任務5.2自動分揀系統的設計3.模擬量模塊的組態(tài)CPU上集成的模擬量，均為模擬量輸入電壓（0～10V）通道，模擬量輸出電流通道（0～20mA），無法對其更改。通常每個模擬量信號模塊都可以更改其測量信號的類型和范圍，在參考硬件手冊正確地進行接線的情況，再利用編程軟件進行更改。知識點2模擬量任務5.2自動分揀系統的設計3.模擬量模塊的組態(tài)在項目視圖中打開“設備組態(tài)”，雙擊第1號槽上的模擬量模塊，便可直接打開其屬性窗口。其“常規(guī)”屬性中包括“常規(guī)”和“AI4/AQ2”兩個選項，“常規(guī)”項給出了該模塊的名稱、描述、注釋、訂貨號及固件版本等。在“AI4/AQ2”選項卡的“模擬量輸入”項中可設置信號的測量類型、測量范圍及濾波級別（一般選擇“弱”級，可以抑制工頻信號對模擬量信號的干擾），單擊測量類型后面的下拉按鈕，可以看到測量類型有電壓和電流兩種。知識點2模擬量任務5.2自動分揀系統的設計3.模擬量模塊的組態(tài)在“模擬量輸出”項中可設置輸出模擬量的信號類型（電壓和電流）及范圍（若輸出為電壓信號，則范圍為±10V）；若輸出為電流信號，則范圍為0～20mA或者4～20mA)。還可以設置CPU進入STOP模式后，各輸出點保持最后的值，或使用替換值，選中后者時，可以設置各點的替換值?？梢约せ铍妷狠敵龅亩搪吩\斷功能，電流輸出的斷路診斷功能，以及超出上界值32511或低于下界值-32512的診斷功能（模擬量的超上限值為32767，超下限值為-32768）。知識點2模擬量任務5.2自動分揀系統的設計3.模擬量模塊的組態(tài)在“AI4/AQ2”選項下的“I/O地址”項給出了輸入輸出通道的起始和結束地址，用戶可以自定義通道地址（這些地址可在設備組態(tài)中更改，范圍為0～1022）。知識點2模擬量任務5.2自動分揀系統的設計4.模擬量的測量范圍對于電壓測量范圍，S7-1200模擬量模塊的電壓輸入值與模塊通道顯示數值對應關系見下表：過沖范圍為27649至32511；下沖范圍為-27649至-32512。上溢范圍為32512至32767，下溢范圍為-32513至-32768。系統電壓測量范圍十進制十六進制±10V±5V±2.5V±1.25V

327677FFF11.851V5.926V2.963V1.481V上溢325117EFF11.759V5.879V2.940V1.470V過沖范圍276486C0010V5V2.5V1.250V額定范圍2073651007.5V3.75V1.875V0.938V11361.7μV180.8μV90.4μV45.2μV000V0V0V0V-20736AF00-7.5V-3.75V-1.875V-0.938V-276489400-10V-5V-2.5V-1.250V-325128100-11.759V-5.879V-2.940V-1.470V下沖范圍-327688000-11.851V-5.926V-2.963V-1.481V下溢任務實施自動分揀系統是對已加工或裝配的工件進行分揀。使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能。當工件放到傳送帶上并為進料定位U形板內置的光纖傳感器檢測到時，即啟動變頻器，工件開始送入分揀區(qū)進行分揀。1.硬件電路設計任務實施（1）硬件選擇名稱型號名稱型號旋轉編碼器ZKE48S8GR500Z12/24C光纖傳感器E3X-NA11磁性開關D-C73二位五通電磁閥4V110-06氣缸CDJ2B16X75調壓過濾器GFR200-08電動機1:10減速電動機PLCCPU

1214C

DC/DC/DC電感式接近開關OBM-D04NK信號模塊SM1221，8輸入DCSB1232AQ1X12BIT漫射式光電傳感器GH3-N1810NA變頻器G120變頻器控制單元：CU240E；G120變頻器功率模塊：0.55KW；G120變頻器操作面板：BOP-2；

光電傳感器MHT15-N2317按鈕一佳LA38-11BN1.硬件電路設計任務實施（2）I/O接口分配輸入輸出旋轉編碼器A相I0.0DI0（變頻器啟動）Q0.0旋轉編碼器B相I0.1DI1（變頻器反轉）Q0.1旋轉編碼器Z相I0.2DI2（變頻器低速）Q0.2進料檢測光電傳感器SC1I0.3DI3（變頻器中速）Q0.3金屬檢測傳感器SC2

I0.4分揀氣缸1電磁閥1Y1Q0.4光纖傳感器SC3I0.5分揀氣缸2電磁閥2Y1Q0.5光纖傳感器SC4I0.6分揀氣缸3電磁閥3Y1Q0.6分揀氣缸1推桿推出到位1B2I0.7

分揀氣缸2推桿推出到位2B2I1.0

分揀氣缸3推桿推出到位3B2I1.1

啟動按鈕SB1I1.2

停止按鈕SB2I1.3

分揀氣缸1推桿縮回到位1B1I1.4

分揀氣缸2推桿縮回到位2B1I1.5

分揀氣缸3推桿縮回到位3B1I2.0

廢料檢測光電傳感器SC5

I2.1

1.硬件電路設計任務實施（3）電氣原理圖2.硬件電路連接任務實施（1）PLC和變頻器的連接任務中所主要使用的I/O點為Q0.0控制變頻器DI0端作為啟動信號，Q0.1控制變頻器DI1端作為反轉信號。模擬量調速所需的模擬電壓由PLC的模擬量輸出模塊提供，在項目設備組態(tài)中加入S7-1200SM1232

模擬量擴展模塊，模擬量輸出起始地址設定為112，SM1232模擬量擴展模塊共有兩路模擬量輸出，則輸出地址分別為QW112和QW114。2.硬件電路連接任務實施（2）變頻器參數設置變頻器使用模擬量調速，首先必須正確設置模擬量輸入通道對應的DIP撥碼開關的位置，該開關位于控制單元正面保護蓋的后面，然后選擇正確的宏，此處選擇宏17（雙方向兩線制控制模擬量調速），將P0015設置為17。參數設定值功能P756[0]4模擬量輸入AI0：類型-10V~+10VP