PLC应用技术（S7-1200机型）课件 项目五任务1分拣系统的PLC控制电路设计

《PLC应用技术（S7-1200机型）》分拣系统的PLC控制电路设计主讲教师：×××Microbot目录010203第一部分：任务描述第二部分：任务准备与实施第三部分：任务检查与评价目录第一部分任务描述根据分拣系统工作过程以及变频器固定频率30HZ运行的控制要求，进行分拣系统PLC控制电路的设计，完成PLC控制系统外部接线图的绘制及硬件安装。一、任务描述1.任务目标（1）了解分拣系统的机械结构。（2）理解光纤传感器、旋转编码器、变频器的工作原理。（3）能掌握常见传感器与PLC的连接。（4）能调节光纤传感器、变频器的参数。（5）能绘制分拣系统的外部接线图。一、任务描述2.实施条件（1）S7-1200系列PLC系统一套，包含相应的数字量输入、输出模块、电源模块。（2）分拣系统一套。（3）电工工具一套。3.安全提示（1）PLC所有模块的安装与接线必须在断电的情况下操作。（2）在安装接线完成后，必须由指导教师检查后才能上电运行。（3）在通电的情况下，不能用手去触摸任何金属端子。（4）出现任何异常情况先断电，并立即向指导教师报告。目录第二部分任务准备与实施二、任务准备与实施任务准备----了解分拣系统的组成分拣系统的功能是对已加工、装配的工件进行分拣，使不同属性（不同颜色、材质）的工件分流到不同的料槽中。当工件放到传送带上并被入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。分拣系统的结构如图5-2所示，分拣单元主要结构组成为：传送和分拣机构，传动带驱动机构，变频器模块，电磁阀组，接线端口，PLC模块，按钮/指示灯模块及底板等。图5-2分拣系统结构图二、任务准备与实施任务准备----了解分拣系统的组成（1）传送和分拣机构传送和分拣机构主要由传送带、推料槽、推料（分拣）气缸、光电传感器、光纤传感器、电感式接近开关组成。传送带是把加工好的工件输送至分拣区，料槽分别用于存放加工好的黑色、白色工件或金属工件。三个出料滑槽的推料气缸都是直线气缸，它们分别为三个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀所驱动，实现将停止在气缸前面的待分拣工件推进出料滑槽的功能。气动控制回路的工作原理如图5-3所示。图中1A、2A和3A分别为分拣气缸一、分拣气缸二和分拣气缸三。1B、2B和3B为安装在推料缸的前极限工作位置的磁感应接近开关。1Y、2Y和3Y分别为3个分拣气缸电磁阀的电磁控制端。通常，这三个气缸的初始位置均设定在缩回状态。图5-3气动控制回路的工作原理（2）传送带驱动机构传动带驱动机构机构是采用三相减速电机拖动传送带输送物料。它主要由电机支架、电动机、联轴器等组成。三相异步电动机是传动机构的主要部分，电动机转速的快慢由变频器来控制，电动机的轴和输送带主动轮的轴通过联轴器联接起来，从而组成一个传动机构。二、任务准备与实施任务准备----熟悉分拣系统工作过程工位号成品工件工位1

金属—白色芯、金属芯或黑色芯工件工位2白色—白色芯、金属芯工件黑色—白色芯、金属芯工件工位3白色—黑色芯工件、黑色—黑色芯工件表5-1成品工件分拣规则

分拣系统工作过程如下：当送来工件放到传送带上并被入料口漫射式光电传感器检测到时，将信号传输给PLC，通过PLC的程序启动变频器，电机运转驱动传送带工作，把工件带进分拣区，如果进入分拣区工件为金属大工件，则检测金属物料的电感式接近传感器将感应到，作为1号槽推料气缸启动信号，将金属大工件推到1号槽里；如果进入分拣区工件为白色芯或金属芯，检测白色的光纤传感器作为2号槽推料气缸启动信号，将物料推到2号槽里，如果是黑色芯工件将其推到3号槽里，分拣规则如表5-1所示。二、任务准备与实施任务准备----认识分拣系统的传感器

分拣系统中有光电传感器、光纤传感器、磁性开关、电感式接近开关、旋转编码器等组成，在项目四中已介绍了磁性开关、光电传感器、电感式接近开关，本项目重点介绍光纤传感器、增量式编码器。

光纤型传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，放大器和光纤检测头是分离的两个部分，光纤检测头的尾端部分分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。光纤传感器组件及放大器的安装示意图，如图5-4所示。图5-4光纤传感器组件外形及放大器的安装示意图二、任务准备与实施任务准备----认识分拣系统的传感器

增量式编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成。在码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期。检测光栅上刻有A、B

两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线，它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4

节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90°。当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差

90°的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，就可以得到被测轴的转角或速度信息。如图5-7所示。图5-7旋转编码器原理示意图二、任务准备与实施任务准备----认知西门子G120C变频器

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器调速有多种方法，包括选用固定频率的多段速调速、通过模拟量信号来控制变频器实现模拟量调速、通过变频器通讯实现的无极调速等。

本项目选用的SINAMICSG120C变频器具有结构紧凑、高功率密度等优点，该变频器系列现有七种外形尺寸，功率范围从0.55kW到132kw(O.75hp到150hp)。可满足众多应用的需求，例如传送带、搅拌机、挤出机、水泵、风机、压缩机以及一些基本的物料处理机械等。分拣系统选用无滤波型且带USS现场总线的变频器，外形如图5-9，G120C变频器可以通过安装西门子操作面板BOP-2进行调试。图5-9G120C外形二、任务准备与实施任务准备----认知西门子G120C变频器图5-10变频器控制接口1.G120C变频器的安装与接线

拆下操作面板，打开正面门盖，可以看到变频器控制接口，如图5-10所示。二、任务准备与实施任务准备----认知西门子G120C变频器1.G120C变频器的安装与接线

（1）主回路接口及接线

在变频器的底部布有电源，电机和制动电阻的接口，如图5-11所示。其中，L1\L2\L3\PE接三相电源，U\V\W\PE接三相异步电动机，R1\R2接制动电阻。图5-11主回路接线参考图二、任务准备与实施任务准备----认知西门子G120C变频器1.G120C变频器的安装与接线

（2）控制回路接口及接线

X136\X137\X138\X139各数字量端子接线时，可使用变频器内部电源，也可以使用外部电源；可接源型触点，也可接漏型触点。端子排各引脚说明见表5-2，图5-12给出了4种接线方式：①通过内部电源的接线开关闭合后，数字量输入变为高电平。②通过外部电源的接线开关闭合后，数字量输入变为高电平。③通过内部电源的接线开关闭合后，数字量输入变为低电平。④通过外部电源的接线开关闭合后，数字量输入变为低电平。图5-12控制回路接线参考图表5-2端子排各引脚说明引脚号引脚名称接线说明31

未连接32

1+10VOUT10V输出，相对于GND，最大10mA2GND总参考电位（基于端子1、9、12）3AI0+模拟量输入0（-10V～10V，0/4mA～20mA，-20mA～+20mA）4AI0-模拟量输入0的参考电位12AO0+模拟量输出0（0V～10V，0mA～20mA）13GND总参考电位（基于端子1、9、12）21DO1+数字量输出1，正极，0.5A，DC30V22DO1-数字量输出1，负极，0.5A，DC30V14T1MOTOR电机温度传感器（PTC、KTY84、Pt1000、双金属常闭开关）15T2MOTOR电机温度传感器（PTC、KTY84、Pt1000、双金属常闭开关）28GND总参考电位（基于端子1、9、12）69DICOM1数字量输入0、2和4的参考电位（基于端子5、7、16）34DICOM2数字量输入1、3和5的参考电位（基于端子6、8、17）5DI0数字量输入06DI1数字量输入17DI2数字量输入28DI3数字量输入316DI4数字量输入417DI5数字量输入519DO0NO数字量输出0，常开触点，0.5A，DC30V20DO0COM数字量输出0，公共触点18DO0NC数字量输出0，常闭触点9+24VOUT24V输出，最大200mA二、任务准备与实施任务准备----认知西门子G120C变频器2.BOP-2操作面板BOP-2通过一个RS232接口连接到变频器，它能自动识别SNAMICSG120C变频器。BOP-2面板显示如图5-13所示。图5-13BOP-2操作面板二、任务准备与实施任务准备----认知西门子G120C变频器（1）BOP-2面板图标BOP-2在显示屏的左侧显示很多表示变频器当前状态的图标，这些图标的说明如表5-3所示。（2）BOP-2按键功能BOP-2按键的具体功能如表5-4所示。表5-3BOP-2面板图标说明图标功能状态描述命令源手动模式当HAND模式启用时，显示该图标。当AUTO模式启用时，无图标显示。变频器状态运行状态表示变频器和电机处于运行状态。点动点动功能激活

故障／报警故障或报警等待闪烁的符号=故障稳定的符号=报警如果检测到故障，变频器将停止，用户必须采取必要的纠正措施，以清除故障。报警是一种状态（例如，过热），它并不会停止变频器运行。表5-4BOP-2控件的功能按键名称OK键向上键向下键ESC键开机键关机键HAND/AUTO键二、任务准备与实施任务准备----认知西门子G120C变频器（3）BOP-2菜单结构BOP-2是一个菜单驱动设备，菜单结构如图5-14所示，具体功能如表5-5所示。六个顶层菜单：监视菜单（MONITOR）、控制菜单（CONTROL）、诊断菜单（DIAGNOS）、参数菜单（PARAMS）、设置菜单（SETUP）、附加菜单（EXTRAS）。接通电源时，BOP-2操作面板显示为设定值和实际转速，按下ESC键返回顶层菜单MONITOR，然后可通过向上或向下键，在各顶层菜单之间切换。表5-5BOP-2菜单功能描述菜单功能描述MONITOR显示变频器/电机系统的实际状态，如运行速度、电压和电流值等。CONTROL使用BOP-2面板控制变频器，可以激活设定值、点动和反向模式。DIAGNOS故障报警和控制字、状态字的显示。PARAMS查看并修改参数。SETUP调试向导，可以对变频器执行快速调试。EXTRAS执行附加功能，如设备的工厂复位和数据备份。图5-14BOP-2基本菜单结构二、任务准备与实施任务准备----认知西门子G120C变频器（4）BOP-2常用操作

①参数过滤

参数菜单PARAMS允许用户查看和更改变频器参数。用于设置读写参数的权限的参数为P0003，设置3时为专家级，4为维修级。此外，BOP-2参数菜单中，也有两个过滤器可用于协助选择和搜索所有变频器参数，它们是：●标准过滤器（STANDARDFILTER）：此过滤器可以访问安装有BOP-2的特定类型控制单元最常用的参数。●专家过滤器（EXPERTFILTER）：此过滤器可以访问所有变频器参数。

②参数编辑和修改G120C变频器的参数，前置“r”的表示该参数是显示参数（只读）；前置“P”的表示该参数是可调参数（可读写）。例如：p0918表示可调参数918；r0944表示显示参数944。而p1070[1]则表示可调参数1070，下标1；p2051[0...13]表示可调参数2051，下标0～13。参数菜单PARAMS中，编辑和修改可调参数有两种方法如图5-15所示。图5-15参数选择和编辑二、任务准备与实施任务准备----认知西门子G120C变频器3.用BOP-2实现G120C出厂设置

初次使用G120变频器、或在调试过程中出现异常或已经使用过需要再重新调试。这些情况下都需要将变频器恢复到出厂设置。通过BOP-2恢复出厂设置可以采用两种方式，一种是通过“EXTRAS”菜单项的“DRVRESET”实现，另一种是在快速调速“SETUP”菜单项中集成的“RESET”实现。如表5-6所示通过“EXTRAS”菜单项的“DRVRESET”实现参数复位。

此外，也可以通过设置参数P0010和P0970来实现变频器全部参数的复位。操作步骤：①设定P0010=30，②设定P0970=1。P0010：驱动调试参数筛选。P0010常用设定值为：0（就绪），1（快速调试），2（功率单元调试），3（电机调试），30（参数复位）；出厂默认设置为1。P0970：驱动参数复位。P0970常用设定值为：0（当前无效），1（启动参数复位），3（从RAM载入易失保存的参数），5（启动安全参数的复位），出厂默认设置为0。表5-6恢复出厂设置二、任务准备与实施任务准备----认知西门子G120C变频器4.预设置接口宏SINAMICSG120C变频器为满足不同的接口定义，提供了17种预设置接口宏：预设置1、2、3、4、5、7、8、9、12、13、14、15、17、18、19、20、21。利用预设置接口宏可以方便地设置变频器命令源和设定值源。可以通过参数P0015修改宏，但只有在P0010=1时才能修改。所以，修改P0015步骤：①设置P0010=1；②修改参数P0015；③设置P0010=0。

在选用宏功能时需注意：如果其中一种宏定义的接口方式完全符合现场应用，那么按照该宏的接线方式设计原理图，并在调试时选择相应的宏功能，即可方便地实现控制要求。如果所有宏定义的接口方式都不完全符合现场应用，那么需要选择与实际布线比较接近的接口宏，然后根据需要来调整输入/输出的配置。本部分只介绍分拣系统所涉及的常用几种预设置，如表5-7所示，其他详见G120C说明书。表5-7预设置宏程序接口宏名称及含义接线图及重要参数设置预设置P0015=1：2种固定频率

转速固定设定值3：P1003转速固定设定值4：P1004DI4和DI5=高，两个转速固定设定值相加预设置P0015=3：4种固定频率

转速固定设定值1：P1001转速固定设定值2：P1002转速固定设定值3：P1003转速固定设定值4：P1004DI0、DI1、DI4和DI5中的多数=高，变频器将相应的各个转速固定设定值相加预设置P0015=17：“2线制（向前/向后1）”模拟量输入类型：P756[00]模拟量输出类型：P776[00]预设置P0015=21：“USS现场总线”转速设定（主设定值）：P1070[0]=2050[1]二、任务准备与实施任务准备----多段速控制功能控制输出频率

变频器通过外接的开关器件的组合通断，使输入端子的状态改变来实现调速，这种控制频率的方式称为多段速控制功能。

要实现多段速功能，首先必须指定变频器的频率源为外部端子输入的多段速方式（固定频率方式，G120C中，P00151=1或者3），其次要指定这些外部端子的功能或组合编码方式，最后指定每一段速度所对应的输出频率。

现以二段速调速为例，按图5-16所示接线，切换到设置菜单“SETUP”，按

键，显示“RESET”，选择YES后，显示DRVAPPLP96，然后依次按表5-8设置参数，当设置完最后一个P1900时，出现FINISH，按

键，按向下键，选择YES后，再次按

键退出。然后返回至顶层菜单“PARAMS”设置：P1003=1000（固定转速3）；P1004=1300（固定转速4）。图5-16二段速调速接线图二、任务准备与实施任务准备----多段速控制功能控制输出频率

按下正转ON/OFF按钮，选择固定转速3或4，变频器便拖动电机以1000r/min或1300r/min速度正转运行；按下反转ON/OFF按钮，选择固定转速3或4，变频器便拖动电机以1000r/min或1300r/min速度反转运行。表5-8基本调试参数设置表序号参数缺省值设置值备注说明1P10030参数复位2P97001启动参数复位3P1011快速调试4P30011选择电机类型(异步电机)5P304400380电机额定电压6P3051.700.18电机额定电流7P3070.550.03电机额定功率8P3105050电机额定频率9P31113951300电机额定转速10P001571宏程序选择11P108000最小转速12P108215001500最大转速13P1120101.0上升时间14P1121101.0下降时间15P113500符合OFF3指令的斜降时间16P190000OFF无电机数据监测17P001010电机就绪18P097101参数保存二、任务准备与实施任务实施----分拣系统输入输出信号

根据分拣系统控制要求，有13路输入信号，8路输出信号，见表5-9所示。气缸的伸出、缩回信号使用磁性开关检测，物料检测使用光电开关检测，物料定位采用旋转编码器，金属材质使用电感式传感器检测。为了能够控制供料系统的启动和停止，在紧急情况下，能够使分拣系统及时停止，需要手动输入信号，包括普通按钮、急停按钮、转换开关等。分拣系统的输出：2个控制变频器的数字量输入点（根据变频器调速要求可以是正反转信号，也可以控制固定转速），3个气缸由电磁阀驱动，系统状态由3路信号指示灯。表5-9分拣系统输入输出信号序号输入信号序号输出信号1旋转编码器B相1电动机正转2旋转编码器A相2电动机反转/固定转速（由控制要求定）3旋转编码器Z相3推杆一电磁阀4进料口工件检测4推杆二电磁阀5电感式传感器5推杆三电磁阀6光纤传感器16黄色指示灯7推杆1推出到位7绿色指示灯8推杆2推出到位8红色指示灯9推杆3推出到位

10“启动”按钮

11“停止”按钮

12急停按钮

13单站/全线

二、任务准备与实施任务实施----分拣系统I/O口的分配

从分拣系统的输入输出点数来看，控制分拣系统的PLC需要13点以上的输入点数，8点以上的输出点数，输出只要控制电磁阀和指示灯，因此分拣系统选用型号为CPU1214C（AC/DC/RLY）为主控单元，共14点输入和10点继电器输出，能够满足控制要求，PLC的I/O信号分配见表5-10所示。表5-10分拣单元PLC的I/O信号表输入信号输出信号序号PLC输入点信号名称信号来源序号PLC输出点信号名称信号输出目标1I0.0旋转编码器B相装置侧1Q0.0电动机正转变频器2I0.1旋转编码器A相2Q0.1固定转速变频器3I0.2旋转编码器Z相3Q0.2推杆一电磁阀—4I0.3进料口工件检测4Q0.3推杆二电磁阀—5I0.4电感式传感器5Q0.4推杆三电磁阀—6I0.5光纤传感器16Q0.5——7I0.6—7Q0.6——8I0.7推杆1推出到位8Q0.7HL1按钮/指示灯模块9I1.0推杆2推出到位9Q1.0HL210I1.1推杆3推出到位10Q1.1HL311I1.2“启动”按钮按钮/指示灯模块

12I1.3“停止”按钮13I1.4急停按钮14I1.5单站/全线二、任务准备与实施任务实施----接线原理图设计

变频器驱动传动电动机以固定频率为30Hz的速度运行，接线原理图如图5-17所示，DI0为正转，DI4为固定转速选择。图5-17分拣单元PLC的I/O接线原理图二、任务准备与实施任务实施----电气接线

电气接线包括，在工作单元装置侧完成各传感器、电磁阀、电源端子等引线到装置侧接线端口之间的接线；在PLC侧进行电源连接、I/O点接线等。电气接线的工艺应符合如下专业规范的规定：1.一般规定

①电线连接时必须用合适的冷压端子；端子制作时切勿损伤电线绝缘部份。

②连接线须有符合规定的标号；每一端子连接的导线不超过2根；电线金属材料不外露,冷压端子金属部份不外露。

③电缆在线槽里最少有10cm余量（若是一根短接线的话，在同一个线槽里不要求）。

④电缆绝缘部份应在线槽里。接线完毕后线槽应盖住，没有翘起和未完全盖住现象。2.装置侧接线注意事项

①输入端口的上层端子（Vcc）只能作为传感器的正电源端，切勿用于电磁阀等执行元件的负载。电磁阀等执行元件的正电源端应连接到输出端口上层端子(+24V），0V端子则应连接到输出端口下层端子上。

②装置侧接线完毕后，应用扎带绑扎，两个绑扎带之间的距离不超过50mm。电缆和气管应分开绑扎，但当它们都来自同一个移动模块上时，允许绑扎在一起。二、任务准备与实施任务实施----电气接线2.传感器的调试

控制电路接线完成后，即可接通电源和气源，对工作单元各传感器进行调试。

光纤传感器的调试：将黑色芯工件放到光纤探头的下方，顺时针调节灵敏度旋钮，当动作