PLC应用技术（S7-1200机型）课件 项目六 输送系统的设计

《PLC应用技术（S7-1200机型）》输送系统的PLC控制电路设计主讲教师：×××Microbot目录01020304第一部分：任务描述第二部分：任务准备与实施第三部分：任务检查与评价第四部分：巩固与拓展目录第一部分任务描述通过输送单元（系统）将供料单元（系统）物料台上的工件搬运到分拣单元（系统）的入料口，供料单元（系统）和分拣系统（单元）在项目四、项目五中介绍过，输送系统的机械部分已经安装完毕，要求完成PLC控制系统外部接线图的绘制及硬件连接。一、任务描述1.任务目标（1）了解输送系统的机械结构。（1）理解伺服驱动器的工作原理。（1）掌握伺服驱动器与PLC的连接方法。（1）掌握伺服驱动器的设置方法。（1）能绘制输送系统外部接线图。一、任务描述2.实施条件（1）S7-1200系列PLC系统一套。（2）输送系统一套。（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----了解输送系统的组成输送系统的功能是运输被装载的对象到固定位置，输送系统由抓取机械手装置（很多场合用工业机器人代替）、直线运动传动组件、拖链装置、PLC模块和接线端口以及按钮/指示灯模块等部件组成，输送系统的结构如图6-2所示。图6-2装配完成的输送单元装配侧二、任务准备与实施任务准备----了解输送系统的组成1.抓取机械手装置

抓取机械手装置能实现升降、伸缩、气动手指夹紧/松开和沿垂直轴旋转的4个自由度运动，该装置整体安装在直线运动传动组件的滑动溜板上，在传动组件带动下整体作直线往复运动，定位到其他各工作单元的物料台，然后完成抓取和放下工件的功能。图6-3所示为该装置的实物图。图6-3抓取机械手装置2.直线运动传动组件

直线运动传动组件是同步带传动机构，用以拖动抓取机械手装置作往复直线运动，完成精确定位的功能。组件由直线导轨及底板、承载抓取机械手的滑动溜板、由伺服电动机和主动同步轮构成的动力头构件、同步带和从动同步轮构件等机械构件，以及原点接近开关、左、右极限开关组成。图6-4所示为该组件的俯视图。图6-4直线运动传动组件二、任务准备与实施任务准备----了解输送系统的组成

其中，伺服电动机由伺服电动机放大器驱动通过同步轮和同步带带动滑动溜板沿直线导轨作往复直线运动。从而带动固定在滑动溜板上的抓取机械手装置作往复直线运动。同步轮齿距为5mm，共12个齿，即旋转一周搬运机械手位移60mm。

原点接近开关是一个电感式接近传感器，其安装位置提供了直线运动的原点信息。左、右极限开关均是有触点的微动开关，用来提供越程故障时的保护信号：当滑动溜板在运动中越过左或右极限位置时，极限开关会动作，从而向系统发出越程故障信号。原点接近开关和左、右极限开关安装在直线导轨底板上，如图6-5所示。图6-5原点开关和右极限开关3.气动控制回路输送单元的抓取机械手装置上的所有气缸连接的气管沿拖链带敷设，插接到电磁阀组上，其气动控制回路如图6-6所示。注意驱动摆动气缸和气动手指的电磁阀都是双电控电磁阀。图6-6输送系统气动控制回路原理图二、任务准备与实施任务准备----熟悉输送系统工作过程

输送系统工作过程如下：驱动其抓取机械手装置精确定位到供料单元的物料台，在物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到分拣系统然后放下工件，返回。在本系统中，机械手装置抓取工件由气动元件进行驱动，而机械手装置的移动由伺服电动机拖动。1.输送单元在通电后，按下“停止”按钮SB2，执行复位操作，使抓取机械手装置回到原点位置。2.机械手到达原点后，按下“启动”按钮SB1，开始抓取供料系统料台上的工件。抓取的顺序是：手臂伸出→手爪夹紧抓取工件→提升台上升→手臂缩回。3.机械手手臂缩回后，摆台逆时针旋转90°，伺服电动机驱动机械手装置从供料系统向分拣系统运送工件，到达分拣系统传送带上方入料口后，把工件放下，动作顺序是：手臂伸出→提升台下降→手爪松开放下工件→手臂缩回。4.放下工件动作完成后，机械手手臂缩回，然后执行返回原点的操作。伺服电动机驱动机械手装置以400mm/s的速度返回，返回900mm后，摆台顺时针旋转90°，然后以100mm/s的速度低速返回原点停止。二、任务准备与实施任务准备----认识伺服驱动系统

伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。本项目的定位控制就是使用了伺服系统实现的。现代高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统，其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。二、任务准备与实施任务准备----认识伺服驱动系统1.交流伺服电动机的工作原理伺服电动机内部的转子是永久磁铁，驱动器控制的U、V、W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。由于算法比较复杂，必须在具有功能强大的微处理器的智能装置中才能实现。伺服驱动器就是整合了智能控制器、驱动执行机构以及参数设定和状态显示等功能的装置，它与伺服电机配套使用，构成伺服系统，伺服系统的结构示意图如图6-7所示。图中，角位移信号φ的变化率就是速度反馈信号，可以与给定速度比较构成速度环实现速度控制；角位移信号本身可以与上位机（PLC）输出的位置指令相比较构成位置环实现位置控制。由此可见，伺服系统本身就是一个三闭环控制系统：位置控制是外环，速度控制是中环，电流控制是内环。变换后的电流信号对智能功率模块IPM逆变器进行控制，使伺服电机运行。三闭环控制的系统结构提高了系统的快速性、稳定性和抗干扰能力，并且由于位置控制器带有PI调节器，系统的稳态误差为零，因而对给定位置信号具有良好的跟随能力。此外，这种结构也使得伺服系统可以有多种的控制模式。图6-7永磁同步伺服系统的结构示意图二、任务准备与实施任务准备----认识伺服驱动系统2.交流伺服系统的位置控制模式伺服系统用作定位控制时，位置指令输入到位置控制器，速度控制器输入端前面的电子开关切换到位置控制器输出端，同样，电流控制器输入端前面的电子开关切换到速度控制器输出端。因此，位置控制模式下的伺服系统是一个三闭环控制系统，两个内环分别是电流环和速度环。这样的系统结构提高了系统的快速性、稳定性和抗干扰能力。在足够高的开环增益下，系统的稳态误差接近为零。这就是说，在稳态时，伺服电动机以指令脉冲和反馈脉冲近似相等时的速度运行。反之，在达到稳态前，系统将在偏差信号作用下驱动电动机加速或减速。若指令脉冲突然消失（例如紧急停车时，PLC立即停止向伺服驱动器发出驱动脉冲），伺服电动机仍会运行到反馈脉冲数等于指令脉冲消失前的脉冲数才停止。位置控制模式下，等效的单闭环系统方框图如图6-8所示，图中，指令脉冲信号和电动机编码器反馈脉冲信号进入驱动器后，均通过电子齿轮变换才进行偏差计算。电子齿轮实际是一个分-倍频器，合理搭配它们的分-倍频值，可以灵活地设置指令脉冲的行程。图6-8等效的单闭环位置控制系统方框图在位置控制模式下，一般是由上位控制器（PLC）输入脉冲作为伺服驱动器的位置指令，脉冲的数量决定伺服电动机的旋转位移，脉冲的频率决定了伺服电动机的旋转速度，同时需要从PLC中输入方向信号，典型的位置控制系统如图6-9所示。图6-9典型的位置控制系统二、任务准备与实施任务准备----认识伺服驱动系统3.松下MINASA6系列AC伺服电动机、驱动器

松下MINASA6系列AC伺服电机和驱动器设定和调整简单，在低刚性机器上有较高的稳定性，可在高刚性机器上进行高速高精度运转等特点，因而应用广泛。（1）认识松下MINASA6系列伺服系统

输送单元上中，采用了松下MHMF022L1U2M永磁同步交流伺服电动机，及MADLN15SG全数字交流永磁同步伺服驱动装置作为运输机械手的运动控制装置。MHMF022L1U2M的含义：MHMF表示A6系列，电动机类型为高惯量，02表示电动机的额定功率为200W，2表示电压规格为200V，L表示编码器为绝对式编码器，脉冲数为23位，分辨率为8388608。电动机结构概图如图6-10所示。图6-10伺服电动机结构图二、任务准备与实施任务准备----认识伺服驱动系统MADLN15SG的含义：MADL表示松下A6系列A型驱动器，L表示A6，N表示无安全功能，1表示最大额定电流为8A，5表示电源电压规格为单相/三相200V，S表示接口规格为Analog/Pulse，G表示通用通信型。驱动器的外观和面板如图6-11所示。图6-11伺服驱动器的面板图二、任务准备与实施任务准备----认识伺服驱动系统（2）伺服系统的接线

伺服系统接线如图6-12所示，其中：XA：电源输入接口，AC220V电源连接到L1、L3主电源端子，同时连接到控制电源端子L1C、L2C上。XB：电动机接口和外置再生放电电阻器接口。U、V、W端子用于连接电动机。X6：连接到电动机编码器信号接口，连接电缆应选用带有屏蔽层的双绞电缆，屏蔽层应接到电动机侧的接地端子上，并且应确保将编码器电缆屏蔽层连接到插头的外壳（FG）上。X4：I/O控制信号接口，其部分引脚信号定义与选择的控制模式有关，不同模式下的接线参考《松下A6系列伺服电动机手册》。本项目伺服电动机用于定位控制，选用位置控制模式，需要使用到脉冲、方向、伺服使能、左限位、右限位、伺服报警等信号。图6-12伺服驱动器与伺服电机的连接二、任务准备与实施任务准备----认识伺服驱动系统（3）伺服驱动器的参数设置与调整

松下的伺服驱动器有七种控制运行方式，即位置控制、速度控制、转矩控制、位置/速度控制、位置/转矩、速度/转矩、全闭环控制。设置参数的方法，一是通过与PC连接后在专门的调试软件上进行设置，二是在驱动器的前面板上进行。如需要设置的伺服参数不多，一般只在前面板上进行设置即可。MADLN15SG可以在驱动器上的面板上进行参数设置，伺服驱动器面板按钮的说明见表6-1。表6-1伺服驱动器面板按钮的说明按键说明激活条件功能模式转换在模式显示时有效在以下4种模式之间切换：1）监视器模式。2)参数设定模式。3）EEPROM写入模式。4）辅助功能模式。设置键一直有效用来在模式显示和执行显示之间切换升降键仅对小数点闪烁的哪一位数据位有效改变个模式里的显示内容、更改参数、选择参数或执行选中的操作移位键把移动的小数点移动到更高位数

面板操作方法：参数设置：先按“Set”键，再按“Mode”键选择到“Pr00”后，按向上、下或向左的方向键选择通用参数的项目，按“Set”键进入。然后按向上、下或向左的方向键调整参数，调整完后，长按“S”键返回。选择其他项再调整。参数保存：按“M”键选择到“EE-SET”后按“Set”键确认，出现“EEP-”，然后按向上键3s钟，出现“FINISH”或“reset”，然后重新上电即保存。二、任务准备与实施任务准备----认识伺服驱动系统（4）位置控制模式参数设置输送系统伺服驱动装置工作于位置控制模式，对于控制要求较为简单，伺服驱动器可采用自动增益调整模式，伺服驱动器参数设置见表6-2所示。表6-2伺服参数设置表格序号参数编号参数名称设置数值功能和含义1Pr0.00电机旋转方向1根据传送带结构设定方向2Pr0.01控制模式0指定伺服系统的运行模式3Pr0.04惯量比1000

4Pr0.02实时自动增益设置1实时自动调整为标准模式，运行时负载惯量的变化情况很小5Pr0.03实时自动增益的机械刚性选择13此参数值设得越大，响应越快6Pr0.06指令脉冲旋转方向设置00时为正逻辑7Pr0.07指令脉冲输入方式3选择指令脉冲+指令方向，以适应PLC的输出信号8Pr0.08电动机每旋转一转的脉冲数6000伺服电机所连接的同步轮齿数=12，齿距=5mm，故每旋转一周，抓取机械手装置移动60mm。为便于编程计算，希望脉冲当量为0.01mm，即伺服电机转一圈，需要PLC发出6000个脉冲，故应把Pr0.08设置为60009Pr5.04驱动禁止输入设定22为越程故障出错报警，用来保障设备安全，设置此参数值必须在控制电源断电重启之后才能修改、写入成功10Pr5.28LED初始状态1显示电动机转速提示：其他参数的说明及设置可参考松下MINASA6系列伺服电动机、驱动器使用说明书。二、任务准备与实施任务准备----认识伺服驱动系统4.交流伺服系统与变频器系统控制的区别

交流伺服系统与项目四介绍的变频器系统都可以控制电机速度，应用场合、控制方式和使用的电机都有区别。

应用场合：伺服系统主要用于频繁起停、高速高精度要求的场合。变频器主要用于控制对象比较缓和的调速系统。

控制方式：伺服系统是具有位置控制、速度控制以及转矩控制方式的闭环系统，变频器一般是具有速度控制方式的开环系统。

电机类型：伺服电机通常是交流同步电机,需要编码器，体积较小。变频器一般使用交流异步电机，可以不用编码器,体积相对较大。二、任务准备与实施任务准备----S7-1200数字量输入输出模块

当S7-1200PLC输入输出点数不能满足使用要求的时候，可以通过扩展模块扩展输入输出点数。S7-1200PLC有三种类型的模块，包括信号板（SB）、信号模块（SM）、通信模块（CM），在项目一中已介绍过。此处重点介绍数字量输入输出模块。S7-1200PLC可通过SB增加输入输出信号，也可以通过SM扩展，包括数字量输入、数字量输出、数字量输入输出信号。以SM1223为例。SM1223是常用的数字量输入/直流输出模块，又称混合模块，主要有DI8x24VDC、DQ8x继电器，DI16x24VDC、DQ16x继电器，DI8x24VDC、DQ8x24VDC，DI16x24VDC、DQ16x24VDC等型号，可以根据不同场合，选择继电器输出或者晶体管输出。

本项目使用的是SM1223DC/RLY，在博途软件“设备视图”里，将“硬件目录”里的DI8x24VDC/DQ8xRelay模块拖到PLC的右侧，如图6-13所示。在该模块的“属性-常规-DI8/DI8-I/O地址”中可以更改输入、输出的起始地址。图6-13SM1223组态图二、任务准备与实施任务实施----输送系统输入输出信号分析

根据输送系统结构与控制要求分析，需要15路输入信号，11路输出信号，见表6-3所示。其中，输入信号包括来自按钮/指示灯模块的按钮、开关等主令信号，各构件的传感器信号、伺服报警信号等；输出信号包括输出到抓取机械手装置各电磁阀的控制信号，输出到伺服电动机驱动器的脉冲信号和驱动方向信号；此外尚须考虑在需要时输出信号到按钮/指示灯模块的指示灯，以显示系统的工作状态。表6-3输送系统输入输出信号序号输入信号序号输出信号1原点传感器检测1脉冲2右限位保护2方向3左限位保护3抬升台上升电磁阀4机械手抬升下限检测4回转气缸左旋电磁阀5机械手抬升上限检测5回转气缸右旋电磁阀6机械手旋转左限检测6手爪伸出电磁阀7机械手旋转右限检测7手爪夹紧电磁阀8机械手伸出检测8手爪放松电磁阀9机械手缩回检测9报警指示10机械手夹紧检测10运行指示11伺服报警11停止指示12“停止”按钮

13“启动”按钮

14急停按钮

15单站/全线

二、任务准备与实施任务实施----输送系统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15点以上的输入点数，11点以上的输出点数，由于需要输出高速脉冲信号给伺服驱动器，PLC应采用晶体管输出型。基于上述考虑，选用西门子S7-1214CDC/DC/DCPLC+SM1223I/O，共22点输入，18点晶体管输出。PLC的I/O信号分配见表6-4所示。表6-4输送单元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原点传感器检测装置侧1Q0.0脉冲装置侧2I0.1右限位保护2Q0.1方向3I0.2左限位保护3Q0.2

4I0.3机械手抬升下限检测4Q0.3抬升台上升电磁阀5I0.4机械手抬升上限检测装置侧5Q0.4回转气缸左旋电磁阀6I0.5机械手旋转左限检测6Q0.5回转气缸右旋电磁阀7I0.6机械手旋转右限检测7Q0.6手爪伸出电磁阀8I0.7机械手伸出检测8Q0.7手爪夹紧电磁阀9I1.0机械手缩回检测9Q1.0手爪放松电磁阀10I1.1机械手夹紧检测10Q2.5报警指示按钮/指示灯模块11I1.2伺服报警11Q2.6运行指示12I2.4“停止”按钮按钮/指示灯模块12Q2.7停止指示13I2.5“启动”按钮

14I2.6急停按钮15I2.7单站/全线二、任务准备与实施任务实施----接线原理图设计输送系统PLC的I/O接线原理图如图6-14所示，其中按钮、电磁阀、指示灯等信号和项目四中的接法一致，本项目增加了数字量扩展模块和伺服驱动器的连接，SM1223的输入端L、1M接入24V，输出端1L、2L接入24V。在Q0.0输出脉冲信号，Q0.1输出方向信号给PLC。左右两个极限开关LK1、LK2的动合触点分别连接到PLC输入点I0.1和I0.2，动断触点连接到伺服驱动器的控制接口CNX5的CCWL（9脚）和CWL（8脚）作为硬件联锁保护，目的是预防程序错误引起冲极限故障而造成设备损坏，伺服驱动器参数见表6-2。图6-14输送单元PLC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、伺服系统等接线等。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。

⑤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.晶体管输出接线注意事项①晶体管输出的PLC，供电电源采用DC24V的直流电源，与前面各工作单元的继电器输出的PLC不同。接线时也需要注意，千万不要把AC220V电源连接到其电源输入端。②输送单元的PLC采用NPN型晶体管输出，接线时须将输出公共端接电源负极。3.伺服系统接线注意事项①交流伺服电动机的旋转方向不像感应电动机可以通过交换三相相序来改变，必须保证驱动器上的U、V、W、E接线端子与电动机主回路接线端子按规定的次序一一对应，否则可能造成驱动器的损坏。电动机的接线端子和驱动器的接地端子以及滤波器的接地端子必须保证可靠的连接到同一个接地点上。机身也必须接地。4.接口校验可用编程软件的状态监控表校验逻辑控制部分的I/O接线，但PLC与伺服驱动器之间的I/O接线，宜用万用表校验。二、任务准备与实施任务实施----6S整理

在所有的任务都完成后，按照6S职业标准打扫实训场地。

整理：要与不要，一留一弃;

整顿：科学布局，取用快捷;

清扫：清除垃圾，美化环境;

清洁：清洁环境，贯彻到底;

素养：形成制度，养成习惯;

安全：安全操作，以人为本。目录第三部分任务检查与评价三、任务检查与评价评分点得分硬件会绘制PLC系统输入、输出接线图（20）

掌握伺服驱动器的工作原理，能正确设置参数（20）

能扩展数字输入、数字输出口（15）

能正确连接伺服驱动器（15）

接线正确且符合中级维修电工工艺标准（10）

安全操作（10）

职业素养课后整理等（5）

团队协作（5）

《PLC应用技术（S7-1200机型）》谢谢观看！《PLC应用技术（S7-1200机型）》输送系统控制程序设计主讲教师：×××Microbot目录01020304第一部分：任务描述第二部分：任务准备与实施第三部分：任务检查与评价第四部分：巩固与拓展目录第一部分任务描述输送系统的工作任务是将供料系统物料台上的工件搬运到分拣系统的入料口，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）输送系统在通电后，按下“停止”按钮SB2，执行复位操作，使抓取机械手装置回到原点位置。（2）机械手到达原点后，按下“启动”按钮SB1，开始抓取供料系统料台上的工件。抓取的顺序是：手臂伸出→手爪夹紧抓取工件→提升台上升→手臂缩回。（3）机械手手臂缩回后，摆台逆时针旋转90°，伺服电动机驱动机械手装置从供料系统向分拣系统运送工件，到达分拣系统传送带上方入料口后，把工件放下，动作顺序是：手臂伸出→提升台下降→手爪松开放下工件→手臂缩回。（4）放下工件动作完成后，机械手手臂缩回，然后执行返回原点的操作。伺服电动机驱动机械手装置以400mm/s的速度返回，返回900mm后，摆台顺时针旋转90°，然后以100mm/s的速度低速返回原点停止。一、任务描述2.任务目标（1）了解S7-1200运动控制功能。（2）掌握运动控制工艺对象编程的方法。（3）能编写输送系统的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）已经接线完毕的输送系统。（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----了解定位控制的基本要求1.原点位置的确定

为了在直线运动机构上实现定位控制，运动机构应该有一个参考点（原点），并指定运动的正方向。输送系统的直线运动机构，原点位于原点接近开关的中心线、抓取机械手从原点向分拣单元运动的方向为正方向，可通过设定伺服驱动器的Pr0.00参数确定。PLC进行定位控制前，必须搜索到原点位置，从而建立运动控制的坐标系。定位控制从原点开始，时刻记录着控制对象的当前位置，根据目标位置的要求驱动控制对象运动。2.目标位置的指定

进行定位控制时，目标位置的指定，可以用两种方式：一是指定当前位置到目标位置的位移量；另一种是直接指定目标位置对于原点的坐标值，PLC根据当前位置信息自动计算目标位置的位移量，实现定位控制。前者为相对驱动方式，后者为绝对驱动方式。二、任务准备与实施任务准备----了解定位控制的基本要求3.定位控制过程

定位控制驱使控制对象从某一基底速度开始，加速到指定的速度，在到达目标位置前减速到最低速度后停止。见图6-15。图6-15定位控制过程

图中，最高速度是受限于电机和PLC的最大输出频率，指定速度应不大于允许的最高速度。基底速度则是运动开始和停止时速度，如果基底速度数值过低，可能会在运动开始和结束时跳动；数值过高，电机可能在启动时丧失脉冲，并且在停车时负载惯性过大停不下来。基底速度、最高速度和加、减速时间等是进行定位控制的基本参数信息，需要预先存储在PLC内存中。二、任务准备与实施任务准备----熟悉S7-1200运动控制S7-1200PLC在运动控制中使用了轴的概念，通过轴的配置，包括硬件接口、位置定义、动态性能和机械特性等，与相关的指令块组合使用，可实现绝对位置、相对位置、点动、转速控制以及寻找参考点等功能。图6-9给出了典型的位置控制系统，通过伺服系统实现位置控制需要输入脉冲和方向。S7-1200CPU提供了最多四路的脉冲输出PTO，继电器输出的PLC也可以通过增加信号板实现高速脉冲输出，集成点最高输出100KHz，SB最高输出200KHz。S7-1200运动控制输出如表6-5所示。表6-5S7-1200运动控制输出表高速脉冲发生器脉冲方向PTO0内置I/OQ0.0Q0.1PTO0SBI/OQ4.0Q4.1PTO1内置I/OQ0.2Q0.3PTO1SBI/OQ4.2Q4.3PTO2内置I/OQ0.4Q0.5PTO2SBI/OQ4.0Q4.1PTO3内置I/OQ0.6Q0.7PTO3SBI/OQ4.2Q4.3二、任务准备与实施任务准备----组态运动控制工艺对象现以输送系统运动控制为例，组态运动控制工艺对象，具体步骤如下。1.脉冲发生器组态。打开博途软件，在设备组态中，右击PLC“属性”，在“脉冲发生器”的PTO1/PWM1中勾选“启用该脉冲发生器”。

见图6-16。图6-16脉冲发生器组态2.新增工艺对象。项目树中打开“工艺对象”点击“新增对象”，弹出的“新增对象”对话框中点击“运动控制”如图6-17所示。将“名称”设为“机械手运动控制工艺配置”，点击“TO_PositioningAxis”。见图6-17。图6-17“新增对象”对话框二、任务准备与实施任务准备----组态运动控制工艺对象3.在基本参数中设定位置单位为mm，见图6-18。图6-18选择位置单位为mm4.在基本参数的“驱动器”栏中设定信号类型“PTO(脉冲A和方向B)”，脉冲输出为Q0.0，方向输出为Q0.1，硬件接线保持一致，见图6-19。图6-19选择硬件接口二、任务准备与实施任务准备----组态运动控制工艺对象5.在扩展参数中的“机械”栏设置电机每转的脉冲数，与驱动器设置一致，见图6-20。6.在扩展参数的“位置限制”栏中设定限位开关地址，与硬件接线保持一致，见图6-21。图6-21设置硬件限位开关图6-20扩展参数二、任务准备与实施任务准备----组态运动控制工艺对象7.在动态的“常规”栏中设置加减速度等参数，见图6-22。图6-22“常规”栏的参数设置8.动态“急停”栏的参数设置，见图6-23。图6-23“急停”栏的参数设置二、任务准备与实施任务准备----组态运动控制工艺对象9．回原点的“主动”栏中关于回原点的设置，见图6-24。图6-24“主动”栏参数设置二、任务准备与实施任务准备----认识运动控制指令1.运动控制指令介绍S7-1200PLC运动控制指令包括MC_Power（运动控制使能块）、MC_Reset（确认错误指令块）、MC_Home（回参考点指令块）、MC_Halt（停止轴指令块）、MC_MoveAbsolute（绝对位移指令块）、MC_MoveRelative（相对位移指令块）、MC_MoveVelocity（目标转速运动指令块）、MC_MoveJog（点动指令块）、MC_CommandTable（命令表控制指令块）、MC_ChangeDynamic（动态设置指令块）、Mc_writeParam（写入工艺对象参数）、MC_ReadParam（读取工艺对象参数）等指令。运动控制程序可以在程序中调用，见图6-25，现介绍常用的几个运动控制指令，见表6-6。图6-25运动控制指令汇总二、任务准备与实施任务准备----认识运动控制指令运动控制指令参数说明运动控制使能块（轴在运动之前需要被使能）EN：该输入端是MC_Power指令的使能端Axis：轴名称。Enable：轴使能端StopMode：轴停止模式。ENO：使能输出。Status：轴的使能状态。Busy：标记MC_Power指令是否处于活动状态。Error：标记MC_Power指令是否产生错误。ErrorID：当MC_Power指令产生错误时，用ErrorID表示错误号。ErrorInfo：当MC_Power指令产生错误时，用ErrorInfo表示错误信息。回参考点指令块（使轴回参考点，需设置参考点）EN：该输入端是MC_Reset指令的使能端。

Axis：轴名称。

Execute：MC_Reset指令的启动位，用上升沿触发。Position：位置值。Mode：回原点模式值。ENO：使能输出。

Done：标记任务是否完成上升沿有效。

Busy：标记指令是否处于活动状态。

Error：标记指令是否产生错误。

ErrorID：用ErrorID表示错误号。

ErrorInfo：用ErrorInfo表示错误信息。停止轴指令块（停止轴的运动）EN：该输入端是MC_Reset指令的使能端。

Axis：轴名称。

Execute：MC_Reset指令的启动位，用上升沿触发。ENO：使能输出。

Done：标记任务是否完成上升沿有效。

Busy：标记指令是否处于活动状态。

Error：标记指令是否产生错误

ErrorID：用ErrorID表示错误号。

ErrorInfo：用ErrorInfo表示错误信息。绝对位移指令块（使轴以某一速度进行绝对位置定位，使用前需定义好参考点及坐标系。）EN：指令的使能端。Axis：轴名称。Execute：指令的启动位，用上升沿触发。Position：绝对目标位置值。Velocity：绝对运动的速度。ENO：使能输出。Done：标记任务是否完成上升沿有效。Busy：标记指令是否处于活动状态。Error：标记指令是否产生错误。ErrorID：用ErrorID表示错误号。ErrorInfo：用ErrorInfo表示错误信息。相对位移指令块（使轴以某一速度进行相对位置定位）EN：指令的使能端。Axis：轴名称。Execute：指令的启动位，用上升沿触发。Distance：相对目标位置值。Velocity：绝对运动的速度。ENO：使能输出。Done：标记任务是否完成上升沿有效。Busy：标记指令是否处于活动状态Error：标记指令是否产生错误。ErrorID：用ErrorID表示错误号。ErrorInfo：用ErrorInfo表示错误信息。读取工艺对象参数（可在用户程序中读取轴工艺对象和命令表对象中的变量）

EN：指令的使能端。

Enable：读取参数使能。

Parameter：需要读取的参数。Value：读取参数保存的位置。ENO：使能输出。

Done：标记任务是否完成上升沿有效。

Busy：标记指令是否处于活动状态。

Error：标记指令是否产生错误。

ErrorID：用ErrorID表示错误号。

ErrorInfo：用ErrorInfo表示错误信息。

表6-6常用的运动控制指令介绍二、任务准备与实施任务准备----认识运动控制指令2.运动控制指令使用注意事项（1）轴运动之前需要使MC_Power指令块使能，如果由于错误而将轴关闭，则在消除并确认错误后会自动再次将其启用，这要求输入参数Enable的值在该过程中保持为TRUE。（2）绝对位移指令块使用之前需要定义好参考点，建立坐标系。（3）运动控制指令之间不能使用相同的背景DB，方便的操作方式就是在插入指令时让Portal软件自动分配背景DB块。（4）运动控制指令的背景DB块在“项目树-程序块-系统块-程序资源”中找到。用户在调试时可以直接监控该DB块中的数值，见图6-26。图6-26运动参数监控二、任务准备与实施任务实施----系统控制分析1.输送系统控制流程

工件传送是输送系统的主要工作，其工作过程是一个单序列的步进顺序控制，动作顺序如下：图6-27输送系统控制流程二、任务准备与实施任务实施----系统控制分析2.输送系统复位操作的工作流程

系统启动前必须检查其是否准备就绪。如果启动前系统已经处于初始状态，则置位准备就绪标志，则可按下启动按钮使系统启动，系统运行标志被置位。

如果系统尚未满足准备就绪条件，就需要按下复位按钮调用系统复位子程序，执行复位操作，使机械手装置复位到初始位置，然后调用原点回归子程序进行原点搜索，当原点搜索完成且机械手装置位于原点位置时，系统处于初始状态。

原点回归过程完成后，“归零完成”标志被置位，从而直线运动的参考点被确立。在接下来的系统运行中，不需要再调用原点回归子程序（除非发生参考点丢失的故障）。复位操作的工作流程如图6-28所示。图6-28复位操作的工作流程二、任务准备与实施任务实施----系统控制分析3.输送系统的异常情况处理

异常情况包括发生越程故障和急停按钮被按下两种情况：一越程故障时，伺服将报警并立即停止，只有断开伺服电源，并将机械手移出越程位置，重新上电后伺服报警才能复位。如果出现越程故障，说明系统有缺陷，必须停机检查。二暂停运行的检测。本任务用按下急停按钮来发出暂停运行指令。当急停按钮按下时，应立即停止脉冲输出（即使机械手不在移动状态也照发脉冲停止指令）。在停止脉冲输出的下一周期置位暂停标志，暂停步进顺序控制程序的执行。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）程序结构：程序由主程序和初态检查复位、回原点、放下工件、抓取工件、运行控制等子程序组成。（2）在主程序中，系统启动和停止控制过程包括上电初始化、异常状态检测、系统状态显示、检查系统是否准备就绪以及系统启动/停止的操作。上电初始化的处理，包括如下3项工作：①把安装定位数据装入内存；②对程序运行时的某些位元件进行必要的置位或复位处理；③指定定位控制使用的基本信息。（3）抓取机械手的抓取和放下工件操作的编程采用子程序调用的方法来实现将使程序编写得以简化。二、任务准备与实施任务实施----编程思路及程序设计2.程序设计（1）主程序设计

输送系统的主程序和供料系统的主程序类似之处这里不再重复，主要叙述新增的设计。1）运动控制程序。输送系统主程序设计了运动控制使能、运动控制停止、位置监测，电机的回原点在初态检查复位中调用。图6-29运动控制使能图6-30运动控制停止图6-31当前位置监测二、任务准备与实施任务实施----编程思路及程序设计2）异常情况处理，见图6-32，当触碰到左右限位按钮，出现越程报警，运行状态复位。图6-32越程故障3）调用子程序，主程序调用了“初态检查复位”和“运行控制”子程序，见图6-33。图6-33子程序调用二、任务准备与实施任务实施----编程思路及程序设计（2）初态检查复位子程序主要是将机械手状态复位，如果复位，将“初始位置”置位，并执行“回原点”程序，见图6-34。图6-34初态置位及回原点二、任务准备与实施任务实施----编程思路及程序设计（3）回原点使用了子程序，这样有利于多次使用，在使用绝对位移前需要先执行回原点程序，见图6-35。图6-35回原点子程序二、任务准备与实施任务实施----编程思路及程序设计（4）抓取工件/放下工件子程序使用复位置位指令功能实现，见图6-36。（5）运行控制子程序是使用的置位复位法实现的顺序控制，程序控制逻辑较为清晰，使用了绝对位移指令实现了机械手的运动，见图6-37。完成一次输送后，程序继续反复执行。系统完整程序见提供的参考程序。图6-36绝对位置运动程序图6-37系统返回到初始步二、任务准备与实施任务实施----程序下载和运行

使用网线连接计算机与PLC系统，将编译好的程序下载到PLC中。观察实际运行效果。当前状态观测对象变化准备就绪HL1指示灯

人机界面上系统就绪指示灯

人机界面启动按钮按下后HL2指示灯

人机界面上系统运行指示灯

运行中物料推入的精度

物料推入的规格

物料监控表格

人机界面停止按钮按下后HL1指示灯

HL2指示灯

立即停止或完成本周期后停止

二、任务准备与实施任务实施----6S整理

在所有的任务都完成后，按照6S职业标准打扫实训场地。

整理：要与不要，一留一弃;

整顿：科学布局，取用快捷;

清扫：清除垃圾，美化环境;

清洁：清洁环境，贯彻到底;

素养：形成制度，养成习惯;

安全：安全操作，以人为本。目录第三部分任务检查与评价三、任务检查与评价评分点得分程序能够根据动作过程绘制状态功能图（15）

能检查接线是否正确（15）

软件能够组态运动控制工艺对象（20）

能够使用多种运动控制指令实现机械手抓动作（20）

输送系统程序功能正确（20）

职业素养课后整理等（5）

团队协作（5）

《PLC应用技术（S7-1200机型）》谢谢观看！《PLC应用技术（S7-1200机型）》多工作站通讯的输送系统设计主讲教师：×××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现有输送系统、供料系统、分拣系统，需要将这三个独立的系统组建成网络联机工作，完成系统接线原理图设计、组网设计、PLC程序编写，实现工件自动输送功能。一、任务描述1.控制要求（1）输送单元在通电后，按下“复位”按钮I2.2，执行复位操作，使抓取机械手装置回到原点位置。（2）机械手到达原点后，各工作站准备就绪且转换开关处于接通状态，按下“启动”按钮I2.0，输送单元向供料系统发出供料请求信号，供料系统在完成供料后反馈出供料完成信号，输送系统接到供料完成信号后开始抓取供料系统料台上的工件。抓取的顺序是：手臂伸出→手爪夹紧抓取工件→提升台上升→手臂缩回。（3）机械手手臂缩回后，摆台逆时针旋转90°，伺服电动机驱动机械手装置从供料系统向分拣系统运送工件，到达分拣系统传送带上方入料口后，然后把工件放下，动作顺序是：手臂伸出→提升台下降→手爪松开放下工件→手臂缩回。（4）放下工件动作完成后发送请求分拣，机械手手臂缩回，然后执行返回原点的操作。伺服电动机驱动机械手装置以400mm/s的速度返回，返回900mm后，摆台顺时针旋转90°，然后以100mm/s的速度低速返回原点停止。一、任务描述2.任务目标（1）了解S7-1200通讯知识。（2）掌握PROFINETIO系统组建方法。（3）能编写多工作站通讯输送系统的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3套。（2）已经接线完毕的供料系统、输送系统、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前五个项目，PLC系统都是独立工作的，如果要想将PLC信号发送给另外一台PLC，有很多种方式，最简单的实现方式是通过I/O连接，如果要想实现PLC之间更多数据交换，将使用到PLC通信功能。本项目“机械手到达原点后，向供料系统发出供料允许信号，供料系统在完成供料后反馈出供料完成信号，输送系统接到供料完成信号后开始抓取供料系统料台上的工件。”、“伺服电动机驱动机械手装置从供料系统向分拣系统运送工件，到达分拣系统传送带上方入料口后等待分拣系统发送放料信号”等要求都需要PLC之间传输信号，这就需要技术人员掌握通信的知识。二、任务准备与实施任务准备----了解网络通信基本概念1.串行通信和并行通信

串行通信和并行通信是两种不同形式的数据输送方式。串行通信是以二进制的位为单位逐位传送数据，设备之间只需要两根线就可以进行传输信号，其中一根为信号线，另一根为信号地线。并行通信可以按多位传送数据，有更多的信号地线。由于串行通信结构简单，成本低、抗干扰能力强，广泛应用在工业控制通信中。2.串行通信的接口RS-232和RS-485是典型的串行通信接口标准，RS232最大通信距离为15m，最高传输速率为20kbit/s，只能一对一通信。RS-485的数据最高传输速率为10Mbps，传输距离达1200米，允许连接多达128个收发器。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等优点，成为首选的串行接口。西门子PPI通信、MPI通信和PROFIBUS-DP现场总线通信的物理层都是RS-485。3.工业以太网

工业以太网是以太网技术和通用工业协议的结合，是标准以太网在工业领域的应用延伸。近年来，为满足高实时性的工业应用需求，各大工业自动化公司和标准化组织纷纷提出了各种工业以太网实时性的技术标准，这些方案建立在IEEE802.3标准基础上，通过对相关标准的扩展以提高实时性，并做到与标准以太网的无缝对接。西门子S7-1200集成了PROFINET以太网接口可以与计算机、人机界面以及其他S7PLC通信。二、任务准备与实施任务准备----认识PROFINET现场总线1.

PROFINET现场总线PROFINET是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热门应用。

根据响应时间的不同，PROFINET支持下列三种通讯方式：（1）TCP/IP标准通讯PROFINET基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准。TCP/IP是IT领域关于通信协议方面事实上的标准，响应时间在100ms的量级，足够满足于工厂控制级的应用。（2）实时（RT）通讯对于传感器和执行器设备之间的数据交换，系统对响应时间的要求更为严格，因此，PROFINET提供了一个优化的、基于以太网第二层的实时通讯通道，通过该实时通道，极大地减少了数据在通讯栈中的处理时间，PROFINET实时通讯（RT）的典型响应时间是5-10ms。（3）同步实时（IRT）通讯在现场级通讯中，对通讯实时性要求最高的是运动控制（MotionControl），PROFINET的同步实时（IRT）技术可以满足运动控制的高速通讯需求，在100个节点下，其响应时间要小于1ms，抖动误差要小于1μs，以此来保证及时的、确定的响应。PROFINET只需要一条工业以太网电缆就能满足自动化领域的需求，使用铜质线缆最多126个节点，支持5km，使用光纤可以多于1000个节点，最长支持150km，无线网络最多8个节点，每个网段最长1000m。二、任务准备与实施任务准备----认识PROFINET现场总线2.

PROFINETIO系统PROFINETIO系统是一种分布式的控制系统，它采用生产者/消费者模型进行数据交换，包括三种角色：IO控制器(IOController)、IO设备(IODevice)和IO监视器(IOSupervisor)，其中：IO控制器：PROFINETIO系统的主站，一般来说是PLC的CPU模块。IO控制器执行各种控制任务，包括：执行用户程序、与IO设备进行数据交换、处理各种通信请求等。IO设备：PROFINETIO系统的从站，由分布于现场的、用于获取数据的IO模块组成。IO监视器：IO监视器用来组态、编程，并将相关的数据下载到IO控制器中，还可以对系统进行诊断和监控。最常见的IO监视器是用户的编程电脑。IO控制器即可以作为数据的生产者，向组态好的IO设备输出数据，也可以作为数据的消费者，接收IO设备提供的数据；对于IO设备也与此类似，它消费IO控制器的输出数据，也作为生产者，向IO控制器提供数据；一个PROFINETIO系统至少由一个IO控制器和一个IO设备组成，通常IO监视器作为临时角色进行调试或诊断。二、任务准备与实施任务准备----PROFINETIO系统组态

本项目中，输送系统既要与供料系统通信，也要和分拣系统通信，因此设置输送系统的PLC为PROFINETIO控制器，供料系统和分拣系统的PLC为智能IO设备。IO控制器和智能IO设备都是PLC，都有各自的系统存储器区，IO控制器不能用IO设备的硬件I、Q地址直接访问它们。IO设备的传输区（I、Q地址区）是IO控制器与智能IO设备的用户程序之间的通信接口，用户程序对传输区定义的I区接收到的输入数据进行处理，并用传输区定义的Q区输出处理的结果。IO控制器与智能IO子安通过传输区自动地周期性进行数据交换。根据系统控制要求定义I、Q。二、任务准备与实施任务准备----PROFINETIO系统组态1.数据的规划（1）通讯数据区规划。表6-7通讯数据区规划表IO控制器中的地址传输方向智能设备中的地址输送系统Q300-Q309供料系统I300-I309输送系统I300-I309供料系统Q300-Q309输送系统Q330-Q339分拣系统I300-I309输送系统I330-I339分拣系统Q300-Q309（2）输送站（I/O控制器）接收、智能设备站发送的通信数据定义表。表6-8输送站（I/O控制器）接收、智能设备站发送的通信数据定义表主站接收区地址数据意义供料站数据发送区地址分拣站数据发送区地址I300.0供料站全线模式Q300.0I300.1供料站准备就绪Q300.1I300.2供料站运行状态Q300.2I300.3工件不足Q300.3I300.4工件没有Q300.4I300.5供料完成Q300.5I300.6金属工件Q300.6I330.0分拣站全线模式Q300.0I330.1分拣站准备就绪Q300.1I330.2分拣站运行状态Q300.2I330.3分拣站允许进料Q300.3I330.4分拣完成Q300.4二、任务准备与实施任务准备----PROFINETIO系统组态（3