工业数据采集与标识解析 课件3.3 V20变频速度数据采集

项目3生产管理数据采集任务3.3V20变频速度数据采集应用西门子1200PLC、按钮或触摸屏、变频器V20、编码器、传送带等硬件资源，通过系统搭建、程序编写、调试优化，实现对传送带单向运行控制及速度调节，并利用编码器实现对传送带速度检测并在触摸屏上显示传送带实时速度值。具体控制要求：1.工作台设置手自动按钮、启动按钮、停止按钮。其中手自动按钮切换到手动模式下，系统启停控制由工作台按钮控制；当切换到自动模式下，系统启停控制由触摸屏进行控制。在任意模式下，频率给定由触摸屏上进行设置。2.在手动模式下，按下启动按钮，变频器带动传动带向右运行，运行频率在触摸屏上进行设置。一旦按下停止按钮，传送带停止。（设置变频器上升和下降时间分别为3s和2s）。3.在自动模式下，通过触摸屏画面实现对传送带的控制，包括启停控制、显示运行状态、频率设置、显示运行频率和传送带速度检测等。3.3.1任务要求1.任务要求SINAMICSV20是西门子基本型变频器，为用户提供了简易、经济的驱动解决方案。SINAMICSV20具有调试过程快捷、易于操作、稳定可靠以及经济高效的特点。有七种尺寸可供选择，输出功率覆盖0.12kW～30kW。主要应用在泵、风机、压缩机、输送机、传动带以及加工制造业中驱动设备、商业电气设备和机械联动轴设备等。如需远距离控制，可以选用V20BOP、BOP接口等选件。1.变频器V20外观及接线3.3.2知识准备

变频器V20、基本操作面板BOP和BOP接口3.3.2知识准备1.变频器V20外观及接线控制电路包括数字量输入、模拟量输入、数字量输出、模拟量输出和通讯端口。V20端子接线原理图3.3.2知识准备1.变频器V20外观及接线控制电路包括数字量输入、模拟量输入、数字量输出、模拟量输出和通讯端口。V20端子接口功能说明3.3.2知识准备

2.变频器V20调试

变频器V20内置BOP主要包括LCD显示屏、状态LED、按键组成。LCD显示屏可显示当前运行状态，状态图标包括

故障、报警、运行、反转、运行模式等。按钮包括停止、运行、功能、确认、向上、向下等。（1）内置基本操作面板（BOP）3.3.2知识准备

（2）BOP菜单结构V20上电后或工厂复位后，显示频率选择菜单。按上下键选定频率后，如按下OK键进入设置菜单，如按下M键进入显示菜单。设置菜单和显示菜单之间通过M键（>2s）进行切换。在显示菜单状态下，如果按下M键（>2s）则切换至参数菜单。在参数菜单状态下，如果按下M键（<2s）则切换至显示菜单。2.变频器V20调试3.3.2知识准备（3）参数设置1）上电前检查。2）设置50/60Hz频率选择菜单。3）电机试运行4）快速调试：1.设置电机数据，2.设置连接宏，3.设置应用宏，4.设置常用参数2.变频器V20调试3.3.2知识准备编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。编码器（Encoder）为传感器（Sensor）类的一种，主要用来检测机械运动的速度、位置、角度、距离或计数，是一种集光、机、电为一体的数字化检测装置，它具有分辨率高、精度高、结构简单、体积小、使用可靠、易于维护、性价比高等优点。已经发展为一种成熟的多规格、高性能的系列工业化产品，在数控机床、工业机器人、雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、高精度闭环调速系统、伺服系统等诸多领域中得到广泛的应用。3.认识编码器3.3.2知识准备（1）增量式编码器增量式光电编码器主要由光源、光栅板（码盘）、挡光板、光敏管（光电检测器件）和转换电路组成。3.认识编码器1—转轴；2—LED光源；3—挡光板；4—零位标记槽；5—光电管；6--A、B相缝隙；7—信号线输出口；3.3.2知识准备（1）增量式编码器3.认识编码器

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°电度角。3.3.2知识准备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°电度角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，就可以得到矩形波。当电机正转时，脉冲信号A的相位超前脉冲信号B相位90°；当电机反转时，脉冲信号A的相位之后脉冲信号B的相位90°。根据超前和滞后的关系可以确定电机的转向。3.认识编码器3.3.2知识准备（2）编码器接线3.认识编码器

编码器的电源可以是外接电源，也可使用PLCDC24V电源。电源“-”端要与编码器的COM端连接，“+”与编码器的电源端连接。A、B两相脉冲信号线直接与PLC的输入端连接。根据编码器内部电路结构决定PLC输入信号公共端接VCC还是GND。如果是NPN类型，公共端接VCC；如果是PNP类型，公共端接GND。旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地，提高抗干扰性。3.3.2知识准备S7-1200V4.0及以上版本CPU最多可组态6个任意CPU内置或信号板输入的高速计数器，其独立于CPU的扫描周期进行计数。S7-1200V4.0及以上版本CPU可测量到的单相脉冲频率最高100kHz，A/B相最高为80kHz。如果使用信号板可测量单相脉冲频率高达200kHz信号，A/B相最高为160kHz。另外，1217C可测量差分输入信号频率最高为1MHz。S7-1200CPU高速计数器有四种基本类型：（1）单相计数器，外部方向控制；（2）单相计数器，内部方向控制；（3）双相增/减计数器，双脉冲输入；（4）A/B相正交脉冲输入。CPU集成点输入最大频率和信号板输入最大频率。4.高速计数器使用（1）S7-1200PLC高速计数器3.3.2知识准备（2）高速计数器组态方法①启用高速计数器4.高速计数器使用3.3.2知识准备（2）高速计数器组态方法②设置功能4.高速计数器使用3.3.2知识准备（2）高速计数器组态方法③设置初始值4.高速计数器使用3.3.2知识准备（2）高速计数器组态方法④设置中断4.高速计数器使用3.3.2知识准备（2）高速计数器组态方法⑤设置脉冲输入端4.高速计数器使用3.3.2知识准备（2）高速计数器组态方法⑥设置I/0地址4.高速计数器使用3.3.2知识准备（2）高速计数器组态方法⑦设置数字量输入的输入滤波器的滤波时间4.高速计数器使用3.3.2知识准备（3）高速计数器指令工艺指令CTRL_HSC_EXT允许用户程序以编程的方式控制HSC。CTRL_HSC_EXT更新HSC参数并在执行后返回最近更新值。当HSC处于“计数”(DB)、“周期”(DB)、“频率”(DB)模式时，可以使用CTRL_HSC_EXT指令。4.高速计数器使用3.3.2知识准备5.S7-1200PLC与V20之间Modbus-RTU通讯

Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现施耐德电气SchneiderElectric（法国））于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus协议是一个master/slave架构的协议。Modbus通讯的底层为RS485信号，采用双绞线进行联接，因此传输距离较远，可达1000米，抗干扰性能比较好且成本低，在工业控制设备的通讯中被广泛使用。

Modbus具有两种串行传输模式：ModbusASCII和ModbusRTU。Modbus是一种单主站的主从通信模式，Modbus网络上只能有一个主站存在，主站在Modbus网络上没有地址，每个从站必须有唯一的地址，从站的地址范围为0～247。ModbusRTU通信以主从的方式进行数据传输，在传输的过程中ModbusRTU主站是主动方，即主站发送数据请求报文到从站，ModbusRTU从站返回响应报文。3.3.2知识准备5.S7-1200PLC与V20之间Modbus-RTU通讯

S7-1200系列模块中通信模块CM1241RS232和CM1241RS422/485和通信板CB1241RS485支持ModbusRTU通信。使用通信模块CM1241RS232作为ModbusRTU主站时，只能与一个从站通讯。使用通信模块CM1241RS422/485作为ModbusRTU主站时，则允许建立最多与32个从站的通讯。使用通信板CB1241RS485时，CPU固件必须为V2.0或更高版本，且使用软件必须为TIAPortalV11及以上更高版本。在本设备中，采用通信板CB1241RS485进行ModbusRTU通信。3.3.3任务实施（1）硬件准备1.任务准备（2）软件准备序号名称型号数量备注1PLCCPU1214CDC/DC/DC1

2通信板CB1241RS4851

3变频器V201

4触摸屏KTP700basicPN1

5编码器S3806G2-1024BM-P5261

6电机41K25GN-S1

7交换机8口交换机1配网线8工具包电工工具、万用表、网线制作工具等1

9导线1平方3米序号名称型号数量备注1博途V1613.3.3任务实施（1）整个设备系统

2.系统安装3.3.3任务实施（2）系统电气原理图2.系统安装3.3.3任务实施（2）变频器电气原理图2.系统安装3.3.3任务实施（2）系统电气原理图2.系统安装V20与通讯板之间ModbusRTU通讯连接图3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（1）V20参数设置ModbusRTU通讯参数设置变频器参数设置3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（2）项目组态与程序设计1）新建项目，添加PLC和通信板CB1241。2）双击通信板CB1241，进入属性设置窗口，修改相关通讯参数。3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（2）项目组态与程序设计3）添加变量。3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程4）编写变频器电机控制程序3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程5）S7-1200ModbusRTU指令程序设计

TIAPortalV13SP1版本开始软件中提供了两个版本的ModbusRTU指令集：早期版本的ModbusRTU指令集（MODBUSv2.2）仅可通过主机架CM1241通信模块或CB1241通信板进行ModbusRTU通信。可主要用于早期项目和V4.0之前版本的CPU。新版本的ModbusRTU指令集（MODBUS（RTU）v3.0）除了支持主机架CM1241通信模块、CB1241通信板，还支持PROFINET或PROFIBUS分布式I/O机架上的点对点通信模块实现ModbusRTU通信。3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程5）S7-1200ModbusRTU指令程序设计①添加Modbus_Comm_Load指令：

在右侧指令中找到“通信”—“MODBUSRTU”指令，将Modbus_Comm_Load指令拖放到编程窗口，系统自动弹出“生成背景数据块”对话框，点击确定。3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程5）S7-1200ModbusRTU指令程序设计

①添加Modbus_Comm_Load指令：

在OB1中调用；输入位“REQ”采用“FirstScan”系统存储器位；

背景数据块中的静态变量“MODE”修改为4；3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程5）S7-1200ModbusRTU指令程序设计

①添加Modbus_Comm_Load指令：

启用“系统存储器字节”和“时钟存储器字节”；

3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程在程序块编程中选择通讯端口（PORT）。

波特率、奇偶校验位等参数跟变频器设置一致。①添加Modbus_Comm_Load指令：5）S7-1200ModbusRTU指令程序设计3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程

②

添加主站功能块Modbus_Master3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程Modbus_Comm_Load指令的“MB_DB”端添加Modbus_Master背景数据块中的MB_DB。

②

添加主站功能块Modbus_Master3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程写操作（控制字和主设定值），地址分别是40100和40101。读操作（状态字和速度实际值），地址分别是40110和40111。所有功能块的背景数据块使用同一背景数据块DB2。③添加主站指令3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（3）高速计数组态与编程启用高速计数器设置计数类型（单相、加计数）设置计数器初始值、参考值及上下限（采用默认值）3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（3）高速计数组态与编程

设置硬件输入端，编码器的单相脉冲输入接到PLC的I0.0端；高速计数器的输入地址默认1000，即ID1000；3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（3）高速计数组态与编程修改数字量输入滤波器时间为3.2µs添加高速计数器指令。选择高速计数器1--HSC13.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（3）高速计数组态与编程新建全局数据块，添加HSC_Count变量，需将“传送带计数”中EnHSC置位。完成“CTRL_HSC_EXT”指令编写。3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（3）高速计数组态与编程添加一个新OB块，选择周期中断。默认为OB30，循环时间为100ms3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（3）高速计数组态与编程编写周期中断服务程序进行数据计算处理3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（4）触摸屏画面制作。

添加一个新设备（HMI），选择型号和订货号。双击“设备和网络”，选择“网络视图”，选择“连接”—“HMI连接”，此时PLC和HMI之间未建立连接。使用鼠标将两个设备进行连接，建立“HMI连接”，点击“显示地址”按钮，可以显示两个设备的IP地址。3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（4）触摸屏画面制作。在“连接”中查看设备连接情况。双击打开“画面1”，进行画面设计。3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（4）触摸屏画面制作。

在画面中添加一个文本，根据系统控制要求进行命名，在属性对话框中修改文本的字体和大小。添加启动按钮，进行按下设置。3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（4）触摸屏画面制作。

进行变量连接，添加置位变量

进行释放设置，选择复位位和复位变量4.1.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（4）触摸屏画面制作。添加“停止按钮”，并进行变量连接。添加指示灯和文本注释。指示灯动画设置4.1.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（4）触摸屏画面制作。指示灯变量连接

4.1.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（4）触摸屏画面制作。设置指示灯显示状态，0显示红色，1显示绿色4.1.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（4）触摸屏画面制作。添加通讯控制按钮4.1.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（4）触摸屏画面制作。组态按钮按下和释放状态4.1.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（4）触摸屏画面制作。添加“I/O域”，设置属性3.3.3任务实施3.系统组态、参数设置及编程（4）触摸屏画面制作。在程序中进行公式换算。进行变量