PLC应用技术（S7-1200机型）课件 项目五任务2分拣系统的程序设计

《PLC应用技术（S7-1200机型）》分拣系统的程序设计主讲教师：×××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控制要求编写PLC系统的程序并下载运行。一、任务描述1.控制要求（1）设备的工作目标是完成对金色壳、塑料白芯、塑料金芯和塑料黑芯工件进行分拣。为了在分拣时准确推出工件，要求使用旋转编码器作定位检测。并且工件材料和芯体颜色属性应在推料气缸前的适应位置被检测出来。（2）设备上电和气源接通后，若工作单元的三个气缸均处于缩回位置，则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备已准备好。否则，该指示灯以1Hz频率闪烁。（3）若设备已准备好，按下启动按钮，系统启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当传送带入料口人工放下已装配的工件时，变频器立即启动，驱动传动电动机以频率固定为30Hz的速度，把工件带往分拣区。（4）如果工件为金属外壳件，则该工件对到达1号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到1号槽中；如果工件为白色芯或金属芯塑料壳工件，则该工件对到达2号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到2号槽中；如果工件为黑色芯塑料壳工件，则该工件对到达3号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到3号槽中。工件被推出滑槽后，该工作单元的一个工作周期结束。仅当工件被推出滑槽后，才能再次向传送带下料。

如果在运行期间按下停止按钮，该工作单元在本工作周期结束后停止运行。图5-18分拣系统外观图一、任务描述2.任务目标（1）掌握高数计数器指令及参数配置。

（2）掌握PLC与变频器模拟量控制。（3）能绘制系统的外部接线图。

（4）能编写分拣系统的PLC程序。一、任务描述3.实施条件（1）已经安装完毕的S7-1200系列PLC系统一套。（2）已经接线完毕的分拣系统。（3）已经安装好博途软件或者仿真实训软件的计算机一台。（4）电工工具一套。4.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----认识高数计数器PLC的普通计数器的计数过程与扫描工作方式有关,CPU通过每一个扫描周期读取一次被测信号的方法来捕捉被测信号的上升沿，被测信号的频率较高时，会丢失计数脉冲，因此普通计数器的最高工作频率一般仅有几十赫兹。高速计数器可以对普通计数器无能为力的高速事件进行计数。（1）高数计数器的功能S7-1200V4.0CPU提供了最多6个高速计数器，CPU1211C可以使用HSC1～HSC3，CPU1212C可以使用HSC1～HSC4，使用信号板DI2/DO2后，它们还可以使用HSC5。CPU1214C可以使用HSC1～HSC6。

HSC有4种工作模式:内部方向控制的单相计数器，外部方向控制的单相计数器，两路计数脉冲输入的双向计数器和A/B相计数器。在用户程序使用HSC之前，应为HSC组态，设置HSC的计数模式。大多数HSC的参数只能在项目的设备组态中设置，某些HSC的参数在设备组态中初始化，以后可以用程序来修改。高速计数器有两种功能:频率测量功能和计数功能。某些HSC模式可以选用3种频率测量的周期（0.01s、0.1s和1.0s）来测量频率值。频率测量周期决定了多长时间计算和报告一次新的频率值。得到的是根据信号脉冲的计数值和测量周期计算出的频率平均值，频率的单位为Hz(每秒的脉冲数）。二、任务准备与实施任务准备----认识高数计数器

1217C可测量的脉冲频率最高为1MHz，其他型号的S7-1200V4.0CPU可测量到的单相脉冲频率最高为100kHZ，A/B相最高为80kHz。如果使用信号板还可以测量单相脉冲频率高达200kHz的信号，A/B相最高为160kHz。S7-1200V4.0CPU和信号板具有可组态的硬件输入地址，因此可测量到的高速计数器频率与高速计数器号无关，而与所使用的CPU和信号板的硬件输入地址有关。

CPU集成点输入的最大频率见表5-11，信号板输入的最大频率见表5-12。表5-11CPU集成点输入的最大频率CPUCPU输入通道运行阶段:单相或两个相位运行阶段:A/B计数器或A/B计数器的四相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信号板输入的最大频率SB信号板SB输入通道运行阶段:单相或两个相位运行阶段:A/B计数器或A/B计数器的四相SB1221，200kHzle.0到le.3200kHz160kHzSB1223，200kHzle.0，le.1200kHz160kHzSB1223le.0，le.130kHz20kHz二、任务准备与实施任务准备----认识高数计数器（2）高数计数器的默认地址表5-13给出了用于高速计数器的计数脉冲、方向控制和复位的输入点的地址。同一个输入点不能同时用于两种不同的功能，但是高速计数器当前模式未使用的输入点可以用于其他功能。例如HSC1未使用外部复位输入I0.3时，可以将10.3用于边沿中断或用于HSC2。表5-13高数计数器的输入点描述默认输入地址功能HSCHSC1I0.0，I4.0，监视PTO0脉冲I0.1，I4.1，监视PTO0方向I0.3

HSC2I0.2，I4.2，监视PTO1脉冲I0.3，I4.3，监视PTO1方向I0.1HSC3I0.4I0.5I0.7HSC4I0.6I0.7I0.5HSC5I1.0或I4.0I1.1或I4.1I1.2HSC6I1.3I1.4I1.5模式内部方向控制的单相计数器计数脉冲

计数复位计数或测频外部方向控制的单相计数器计数脉冲方向计数复位计数或测频两路计数脉冲输入的计数器加计数脉冲减计数脉冲计数复位计数或测频

A/B相正交计数器A相脉冲B相脉冲Z相脉冲计数或测频监视脉冲列输出（PTO）计数脉冲方向

二、任务准备与实施任务准备----认识高数计数器

HSC1和HSC2可以分别用来监视脉冲列输出PTO1和PTO2。I4.0和4.1是2DI/2DO信号板的输入点,10.0～I1.5是CPU集成的输入点，复位信号和Z相脉冲仅用于计数模式。数字量IO点指定给HSC、PWM（脉冲宽度调制)和PTO（脉冲列输出）后，不能用监视表的强制功能来修改这些IO点。HSC1～HSC6的当前值的数据类型为DInt,默认的地址为ID1000～ID1020，如表5-14所示，可以在组态时修改地址。由于CPU121IC和CPU1212C集成的输入点较少，它们不支持某些HSC,具体的情况见S7-1200的系统手册。表5-14HSC默认地址高速计数器（HSC）当前值数据类型当前值默认地址HSC1DIntID1000HSC2DIntID1004HSC3DIntID1008HSC4DIntID1012HSC5DIntID1016HSC6DIntID1020二、任务准备与实施任务准备----认识高数计数器（3）高数计数器输入点滤波时间

高速计数器输入点滤波时间与可检测到的最大频率关系如表5-15所示。按分拣单元三相异步电动机同步转速1500r/min,即25r/s，考虑减速比1:10，所以分拣站主动轴转速理论最大值2.5r/s，编码器500线（500pls/r）,所以PLC脉冲输入的最大频率为2.5*500=1250pls/s，即1.25kHz，实际运行达不到此速度，故可选0.4millisec。表5-15输入滤波器时间和可检测到的最大输入频率关系输入滤波器时间可检测到的最大输入频率输入滤波器时间可检测到的最大输入频率0.1microsec1MHz0.05millisec10KHz0.2microsec1MHz0.1millisec5KHz0.4microsec1MHz0.2millisec2.5KHz0.8microsec625KHz0.4millisec1.25KHz1.6microsec312KHz0.8millisec625Hz3.2microsec156KHz1.6millisec312Hz6.4microsec78KHz3.2millisec156Hz10microsec50KHz6.4millisec78Hz12.8microsec39KHz10millisec50Hz20microsec25KHz12.8millisec39Hz

20millisec25Hz二、任务准备与实施任务准备----高数计数器组态（1）组态步骤

①在设备组态界面，选择CPU的“属性”选项卡，并选择“DI14/DO10”设置“数字量输入”通道0和通道1的输入滤波器时间，如图5-19所示。

②在设备组态界面，选择CPU的“属性”选项卡，并选择某一高速计数器，如“HSC1”。

③在“常规”栏中选择“启用该高速计数器”复选项,如图5-20所示。图5-19输入滤波器设置图5-20启用高数计数器二、任务准备与实施任务准备----高数计数器组态（1）组态步骤

④在“功能”栏中,可以设置“计数类型”为“计数”“频率”和“轴”,如图5-21所示。

⑤在“初始值”栏中,可以设置“初始计数器值”和“初始参考值”，在“同步输入”栏中，若选用“使用外部同步输入”复选项，“同步输入的信号电平”可以选择“高电平有效”或“低电平有效”,如图5-22所示。图5-21设置高数计数器的功能图5-22恢复为初始值设置二、任务准备与实施任务准备----高数计数器组态（1）组态步骤

⑥在“事件组态”栏中，可以启用“为计数器值等于参考值这一事件生成中断”，“为同步事件生成中断”，“外部复位事件生成中断”，“方向变化事件生成中断”复选项，如图5-23所示。

⑦在“硬件输入”栏中，设置“时钟发生器A的输入”地址，“时钟发生器B的输入”地址，如图5-24所示。图5-23事件组态设置图5-24硬件输入设置二、任务准备与实施任务准备----高数计数器组态（1）组态步骤

⑧在“I/O地址”栏中，可以设定输入起始地址，系统提供默认值如图5-25所示。图5-25I/O地址设置二、任务准备与实施任务准备----高数计数器组态（2）高数计数器指令

高速计数器指令的符号如图5-26所示，需要使用指定背景数据块用于存储参数。必须先在项目的PLC设备配置中组态高速计数器，然后才能在程序中使用高数计数器指令。HSC改备配置包括选择计数模式、IO连接、中断分配，以及作为高数计数器还是设备来测量脉冲频率。无论是否采用程序控制,均可操作高速计数器，其指令各参数功能说明如表5-16所示。图5-26高速计数器指令表5-16高数计数器指令各参数功能说明参数参数类型数据类型说明HSCINHW_HSC高数计数器硬件标识符DIRINBool1=使能新方向请求CVINBool1=使能新的计数器值RVINBool1=使能新的参考值PERIODINBool1=使能新的频率测量周期值（仅限频率测量模式）NEW_DIRINInt新方向：1=正方向，-1=反方向NEW_CVINDint新计数器值NEW_RVINDint新参考值NEW_PERIODINInt以秒为单位的新频率测量周期值：0.01S，0.1S,1SBUSYOUTBool处理状态STATISOUTWord功能状态，显示错误代码二、任务准备与实施任务准备----高数计数器组态（3）脉冲数计算

计算工件在传送带上的位置时，需确定每两个脉冲之间的距离即脉冲当量。分拣单元主动轴的直径为d=43mm，则减速电动机每旋转一周，皮带上工件移动距离L=π•d=3.14×43=135.02mm。故脉冲当量μ=L/500≈0.27mm。按图5-27示安装尺寸，当工件从下料口中心线移动时：移至第1个推杆中心点时，约发出622个脉冲；移至第2个推杆中心点时，约发出509个脉冲；移至第3个推杆中心点时，约发出1303个脉冲。图5-27分拣系统安装尺寸图应该指出的是，上述脉冲当量的计算只是理论上的。实际上各种误差因素不可避免，例如传送带主动轴直径（包括皮带厚度）的测量误差，传送带的安装偏差、张紧度，分拣单元整体在工作台面上定位偏差等等，都将影响理论计算值。因此理论计算值只能作为估算值。脉冲当量的误差所引起的累积误差会随着工件在传送带上运动距离的增大而迅速增加，甚至达到不可容忍的地步。因而在分拣单元安装调试时，除了要仔细调整尽量减少安装偏差外，尚须现场测试脉冲当量值。二、任务准备与实施任务实施----系统控制分析

由前述的供料系统工作过程介绍可见，分拣过程是一个顺序控制的过程，是分拣单元的主要控制过程。但这一顺控过程在什么条件下可以启动；而启动以后，在什么情况下顺控过程停止？这些条件必须在顺控程序外部确定。因此，我们除了需要完成分拣过程的动作，还要考虑系统的状态信号，这些状态信号包括上电初始化、故障检测、工作状态显示、系统启动条件检查、启动和停止操作等环节。为便于实施，将这些环节简称为主程序的状态检测和启停控制部分。动作顺序如图5-28所示。图5-28动作顺序二、任务准备与实施任务实施----状态功能图绘制

分拣单元的初始步在设备启动时就被置位，同时运行状态标志ON后，如果入料口上有工件，经延时确认后，电机启动，将工件输送到传感器检测区。动作完成后，转移到流向分析步，根据检测条件进行工件的分拣，分拣完成后返回初始位置，这样就完成了一个工作周期，如果运行状态标志仍然为ON，开始下一周期的分拣工作。如图5-29所示。图5-29程序流程图二、任务准备与实施任务实施----编程思路及程序设计1.编程思路（1）分拣单元的主要工作过程是分拣控制，可编写一个子程序供主程序调用，工作状态显示的要求比较简单，可直接在主程序中编写，也可写一个子程序供主程序调用。（2）主程序的流程与前面所述的供料单元是类似的。（3）分拣控制子程序也是一个步进顺控程序，编程思路如下：①当检测到待分拣工件下料到进料口后，调用CTRL_HSC，以固定频率启动变频器驱动电动机运转。②当工件经过安装传感器支架上的光纤探头和电感式传感器时，根据2个传感器动作与否，判别工件的属性，决定程序的流向。HSC1当前值与传感器位置值的比较可采用触点比较指令实现。③根据工件属性和分拣任务要求，在相应的推料气缸位置把工件推出。推料气缸返回后，步进顺控子程序返回初始步。分拣系统由变频器驱动、高速计数部分构成。变频器的作用是驱动电动机运行，高速计数器的作用是通过编码器信号的输入来判断电动机是否运动到位。变频器的设置在任务1中已经介绍过。因此，此处需要对高速计数器模块进行设置。二、任务准备与实施任务实施----编程思路及程序设计2.程序输入

（1）系统启动与停止

分拣系统启停条件和供料系统类似，这里不再详细叙述。其参考程序段如图5-30所示。状态显示较为简单，此处不做赘述。图5-30分拣系统启动与停止二、任务准备与实施任务实施----编程思路及程序设计2.程序输入（2）分拣系统的主要工作过程分拣工艺过程是一个步进顺控程序，初始步M20.0在PLC启动时被置位。只要料口检测有料，便初始化高速计数器，同时给出变频器输出频率信号，延时时间到，启动电机运行，进入工件检测步，当确认工件属性后，在流向分析步里分析工件去处。当推杆推出后，进入返回步，复位工件属性标志，然后返回初始步。当系统运行条件为ON，入料口有工件时，启动高速计数器，同时延时1S确认有料。延时时间到，同时以固定转速1启动电动机正转，步进程序转移至检测步M20.2。二、任务准备与实施任务实施----编程思路及程序设计当工件移动至传感器检测区时，检测白金芯，并置位标识M4.1。检测金属外壳，并置位标识M4.0。

同时步进程序转移至流向分析步M20.3。二、任务准备与实施任务实施----编程思路及程序设计流向分析步当检测为白金芯时，步进程序转移至推杆2动作步M20.4。当检测为金属外壳时，步进程序转移至推杆1动作步M20.5。当检测为黑芯时，步进程序转移至推杆3动作步M20.6。二、任务准备与实施任务实施----编程思路及程序设计推杆1