PL技术基础应用 5

课题五PLC综合应用设计298任务1两台PLC+HMI网络控制系统设计任务2步进电动机PLC控制系统设计任务3变频器面板控制应用任务4电动机多段速运行PLC控制系统设计任务5

PLC+变频器网络控制系统设计目录299任务1两台PLC+HMI网络控制系统设计3001．熟悉S7-1200PLC的以太网通信知识。2．熟悉工业以太网交换机的特点和作用。3．掌握开放式以太网通信指令的应用方法。4．能正确使用开放式以太网通信指令进行网络控制程序编写并完成系统调试。学习目标301任务描述在自动化生产线上，触摸屏经常需要和多台PLC进行通信，两台PLC之间需要进行信息交流，HMI也需要与PLC进行数据交互，所以这些PLC和HMI设备之间要进行组网，使数据能够进行传输。本任务就是设计某自动化生产线两台PLC+HMI网络控制系统。该自动化生产线有两个控制站，每个控制站由一个S7-1200PLC进行独立驱动控制，系统中还配有一台触摸屏，触摸屏可以对两个站进行控制，并且站点1可以将多个控制数据信息发送给站点2用于后续的控制任务。302该自动化生产线网络控制系统拓扑图如图所示。303某自动化生产线网络控制系统拓扑图任务分析本任务需要将两台S7-1200PLC和一台HMI通过交换机连接在一个网络中，按照网络控制系统拓扑图进行硬件设备的安装接线，并需要在TIAPortal软件中进行网络组态、控制任务程序设计和HMI控制画面设计，进行网络控制系统的整体联机调试。完成本任务需要掌握控制系统网络连接的基本知识，系统中各控制设备的IP地址设置方法；掌握TIAPortal软件中网络设备组态的方法；熟悉PLC开放式用户通信的数据发送和接收的编程方法。304相关知识305一、S7-1200PLC的以太网通信S7-1200PLC集成的以太网端口支持多种通信服务，包括非实时通信和实时通信。非实时通信主要包括PG通信、HMI通信、S7通信、OUC通信和ModbusTCP通信，而实时通信则主要通过PROFINETIO通信实现。S7-1200CPU固件版本不同，以太网接口所支持的通信功能也有所差异，详细的通信功能可以参考官方系统手册。1．通信连接数量的限制S7-1200CPUPROFINET通信端口支持的最大通信连接数如下：（1）3个连接用于HMI与CPU的通信。（2）1个连接用于编程设备（PG）与CPU的通信。（3）8个连接用于开放式用户通信（主动或被动）。（4）3个连接用于S7通信的服务器端连接，可以实现与S7-200、S7-300以及S7-400的以太网S7通信。需要注意的是，这些连接数量是固定不变的，不能自定义。3062．实际应用中的通信配置在实际应用中，配置S7-1200PLC与触摸屏或其他设备的以太网通信时，需要进行详细的设置。3．PROFINET连接资源S7-1200CPU本体上集成了一个PROFINET通信端口，支持以太网和基于TCP/IP和UDP的通信标准。本地（主动）/伙伴（被动）连接定义两个通信伙伴的逻辑分配以建立通信服务，包括涉及的通信伙伴、连接类型和连接路径。307通信伙伴通过执行通信指令来设置和建立通信连接。用户通过参数指定主动和被动通信端点伙伴。设置并建立连接后，CPU会自动保持和监视该连接。如果连接终止（如断线或远程通信伙伴异常），主动伙伴将尝试重新建立组态的连接，不必再次执行通信指令。CPU可使用标准TCP通信协议与其他CPU、编程设备、HMI和非Siemens设备通信，如图所示。308CPU连接到HMICPU连接到编程设备CPU连接到另一个CPUCPU1211C、1212C和1214C拥有独立以太网接口且不包含集成以太网交换机。编程设备或HMI与CPU之间的直接连接不需要以太网交换机，但含有两个以上的CPU或HMI的网络需要以太网交换机。CPU1215C和CPU1217C具有内置的双端口以太网交换机，可使用包括CPU1215C和另两个S7-1200CPU的网络，如图a所示。也可以使用安装在机架上的4端口以太网交换机来连接多个CPU和HMI设备，如图b所示。309多台设备的网络连接a）包括CPU1215C和另两个S7-1200CPU的网络b）使用4端口以太网交换机连接多个CPU和HMI设备二、工业以太网交换机工业以太网交换机是一种专门为工业环境设计的网络设备，用于构建高性能、高可靠性的工业以太网通信网络。1．工业以太网交换机的主要特点（1）适应恶劣环境。具体体现在以下方面：1）耐高低温。能在-40～75℃的温度范围内正常工作，适应各种恶劣的工作环境，在寒冷的北方矿区或者炎热的南方石油石化厂区都可稳定运行。2）抗干扰能力强。采用先进的抗干扰技术，可以在充满电磁干扰的工业环境中确保数据传输的可靠性。3）高防护等级与电磁兼容性。具有高强度外壳，防护等级通常达到IP40，同时拥有电磁隔离和保护功能，确保在复杂环境下能够稳定运行。310（2）支持多种协议。不仅支持标准以太网协议，还支持Modbus、PROFINET等多种工业协议，满足各种工业通信需求。（3）高性能技术保证。使用高性能以太网交换机技术，如IEEE802.3标准，具备广播风暴抑制、链路告警功能，提供稳定的通信速度。3112．工业以太网交换机的主要作用（1）数据交换。在工业自动化生产线中，工业传感器、控制器、执行器等众多设备之间的通信依赖于工业以太网交换机的数据交换功能，以保障生产的顺利进行。（2）网络管理。利用工业以太网交换机可以对连接设备进行监控、配置等操作。在大型工业厂区的网络管理中，可以通过工业以太网交换机查看各个设备的网络连接状态，对网络故障进行排查等。（3）安全防护。工业以太网交换机可以保障工业网络安全，防止外部网络攻击和非法访问。3123．西门子工业以太网交换机西门子工业以太网交换机主要分为两大类：非托管型交换机和托管型交换机。非托管型交换机是一种即插即用的网络设备，无须进行复杂配置即可集成到网络中。托管型交换机是工业以太网交换机中功能较为强大的一类设备，用户可通过多种方式进行本地或远程配置，也可集成在STEP7和PCS7等工程工具中进行配置，能根据不同的网络需求灵活调整各项参数，端口丰富多样，提供灵活的连接选项，支持各种网络拓扑结构，能够满足不同工业场景下的数据高速传输需求，使其适用于更复杂的应用场景。313西门子SCALANCEXB005G非网管型工业以太网交换机传输速率有10/100/1000Mbit/s；用于架设小型星状和线状结构；具有LED诊断功能，IP20防护等级，AC/DC24V宽电压供电，具有5个10/100/1000Mbit/sRJ45接口，适应工业控制柜内安装环境。其外形结构如图所示。314西门子SCALANCEXB005G工业以太网交换机三、开放式以太网通信指令TIAPortal中的通信指令用于S7通信、开放式用户通信、WEB服务器、通信处理器、远程服务等，如图所示。315通信指令

1．建立连接并发送数据（TSEND_C）指令建立连接并发送数据指令可与伙伴站建立TCP或ISO-on-TCP通信连接、发送数据，并且可以终止该连接，如图所示。使用TSEND_C指令设置和建立通信连接后，CPU会自动保持和监视该连接。316TSEND_C指令TSEND_C指令在内部使用了多个通信指令，包括建立通信连接（TCON）指令、通过通信连接发送数据（TSEND）指令、检查连接状态和读取信息（T_DIAG）指令、终止和重新建立现有连接（T_RESET）指令、终止通信连接（TDISCON）指令。TSEND_C指令参数的数据类型及说明见下表。317318TSEND_C指令参数的数据类型及说明319TSEND_C指令参数的数据类型及说明该指令异步执行且具有以下功能：（1）设置并建立通信连接。通过CONT=1设置并建立通信连接，参数CONNECT中指定的连接描述用于设置通信连接。可以使用以下连接类型：1）设定连接，通过TCON描述连接结构。2）组态连接，通过TCON_Configured系统数据类型指定现有连接。（2）通过现有的通信连接发送数据。（3）终止和重置通信连接。3202．建立连接并接收数据（TRCV_C）指令建立连接并接收数据指令可与伙伴CPU建立TCP或ISO-on-TCP通信连接，可接收数据，并且可以终止该连接，如图所示。设置并建立连接后，CPU会自动保持和监视该连接。321TRCV_C指令TRCV_C指令在内部使用了多个通信功能，包括建立通信连接、通过通信连接接收数据、检查连接状态、读取连接信息和终止通信连接等。TRCV_C指令参数的数据类型及说明见下表。322TRCV_C指令参数的数据类型及说明323TRCV_C指令参数的数据类型及说明TRCV_C指令异步执行且具有以下功能：（1）设置并建立通信连接。TRCV_C将设置并建立一个TCP或ISO-on-TCP通信连接。设置并建立连接后，CPU会自动保持和监视该连接。（2）通过现有通信连接接收数据。如果参数EN_R的值设置为1，则启用数据接收。接收数据（在参数EN_R的上升沿）时，参数CONT的值必须为TRUE才能建立或保持连接。（3）终止通信连接。当参数CONT的值设置为0时，将立即终止通信连接。3243．组态连接参数通过网络视图创建各个设备之间的网络连接。创建网络连接之后，通过巡视窗口的“属性”选项卡组态网络的参数。选中指令的任何部分，巡视窗口都会显示连接的属性，在“组态”选项卡下指定通信参数。对于TCP、ISO-on-TCP和UDP以太网协议，单击指令（TSEND_C、TRCV_C或TCON）的“属性”→“组态”→“连接参数”选项即可进行参数设置，如图所示。325326组态连接参数将TSEND_C、TRCV_C指令插入用户程序时，TIAPortal会创建一个背景数据块，以组态设备之间的通信通道（或连接）。通过指令的属性来组态连接的参数，包括该连接的端口ID，为每个连接使用正确的连接ID非常重要，S7-1200CPU对连接ID的规定如下：（1）连接ID对于CPU而言必须是唯一的。（2）本地CPU和伙伴CPU可以对同一连接使用同一端口ID，但端口ID不需要匹配。（3）CPU的端口ID可以使用任何数字。327任务2步进电动机PLC控制系统设计3281．了解运动控制系统的构成和主要类型。2．掌握步进电动机控制系统的结构及常用术语。3．了解步进电动机驱动器。4．掌握TIAPortal软件中定位轴工艺对象的使用方法。5．能正确进行PLC、步进驱动器、步进电动机之间的线路连接。6．能使用运动控制指令编写步进电动机PLC控制程序，并完成步进电动机PLC控制系统的安装和调试。学习目标329任务描述步进电动机PLC控制系统可以通过PLC运动控制功能实现步进电动机正反转控制，传动机构带动滑块实现左移和右移运动。步进电动机PLC控制系统如图所示。330步进电动机PLC控制系统本控制系统由PLC（另配，图中不显示）、步进电动机、驱动器、传动机构、行程开关和位置传感器组成。步进电动机PLC控制系统的控制要求如下：1．可设定右位置传感器为原点位置，按下回原点按钮，步进电动机可拖动滑块到达原点位置。2．在原点位置时，按下启动按钮，步进电动机拖动滑块向左运行，运行至左位置传感器时，换向返回原点位置，再继续换向，如此循环左、右运动。3．按下停止按钮，运动机构立即停止动作。4．运动机构设有左、右极限位置保护，当滑块运动到极限位置时不能继续运动。331任务分析本任务中需要使用S7-1200PLC控制步进电动机进行循环左、右运动，按照系统控制要求进行硬件设备的安装和接线，在TIAPortal软件中使用轴组态功能和运动控制指令进行运动控制程序设计并完成控制系统的联机调试。完成本任务需要掌握步进电动机控制的基本知识，掌握S7-1200PLC的运动控制功能，会用TIAPortal软件中的轴组态功能进行步进电动机调试，掌握运动控制指令，利用轴指令进行运动控制编程并完成调试。332一、运动控制系统简介1．运动控制系统的构成典型运动控制系统的构成如图所示。相关知识333典型运动控制系统的构成（1）应用软件。应用软件是实现控制策略开发、系统仿真、调试优化及人机交互的核心工具，其功能覆盖从算法设计到实际应用的全流程。用户可以使用应用软件指定目标位置和运动控制方案。（2）运动控制器。运动控制器作为系统的大脑，控制运动目标位置和运动方案，建立运动轨迹供电动机跟踪。它可以输出一个

±10V的信号，或对伺服电动机或步进电动机输出脉冲和方向信号等。（3）放大器或驱动器。放大器或驱动器从运动控制器获取命令，生成驱动或运转电动机所需的电流。334（4）电动机。电动机将电能转换成机械能，并产生使控制对象移动到目标位置所需的转矩。电动机选择和机械设计是运动控制系统设计的关键部分，步进电动机及伺服电动机的应用特点见下表。335步进电动机及伺服电动机的应用特点336（5）机械。电动机为执行部分中的某些机械提供转矩，这些机械包括线性滑杆、机械臂和特殊执行器等。（6）反馈设备。对于某些运动控制应用（如控制步进电动机），反馈设备并不是必需的，但是对于伺服电动机而言却是关键的。反馈设备通常是一个传感器，用于感知电动机位置并将结果汇报给运动控制器，从而构成闭环。2．运动控制系统的主要类型（1）按电动机类型分类。运动控制系统可分为步进电动机运动控制系统、直流伺服电动机运动控制系统、交流伺服电动机运动控制系统、直线电动机运动控制系统及其他伺服系统等。（2）按运动系统结构分类。运动控制系统可分为开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统。337二、步进电动机及驱动器1．步进电动机控制系统步进电动机控制系统主要由运动控制部件、驱动部件和运动执行部件三部分组成，如图所示。338步进电动机控制系统的组成步进电动机主要由电子装置驱动，这种装置就是步进电动机驱动器，它把控制系统发出的脉冲信号放大并驱动步进电动机，如图所示。339步进电动机驱动器控制2．常用术语（1）步距角。每输入一个电脉冲信号时，转子转过的角度称为步距角。步距角的大小可直接影响步进电动机的运行精度。基本步距角是指步进电动机各相轮流接入整步电流后所产生的步距角，它是步进电动机的一个固有特性，由电动机的结构和参数决定，与驱动器的细分等外部因素无关。（2）整步。整步是步进电动机最基本的驱动模式，在这种驱动模式下，每个脉冲使步进电动机转动一个基本步距角。340（3）半步。半步是步进电动机的一种驱动方式，指通过特定的通电逻辑，使电动机将一个完整的整步动作分为两个半步动作，从而实现更精细的角度控制。（4）细分。细分就是将电动机的基本步距角分解为若干个更小的步距角，从而在相同输入脉冲下实现更精细的控制。3413．三相混合式步进电动机3S系列三相混合式步进电动机如图所示。该电动机采用优质冷轧硅钢片和耐高温永磁体材料制造，具有运行转矩大、温升小、可靠性高等特点，且内部阻尼特性良好，无明显振荡区，运行平稳。3423S系列三相混合式步进电动机4．步进电动机驱动器3DM580步进电动机驱动器如图所示。该驱动器采用最新32位数字信号处理（DSP）技术，用户可以设置200～51200内的细分以及额定电流内的任意电流值，能够满足大多数场合的应用需要。3433DM580步进电动机驱动器3DM580步进电动机驱动器可驱动3线和6线的三相步进电动机，电压输入范围为DC18～50V，最大电流为8.0A，分辨率为0.1A，信号输入为差分/单端、脉冲/方向或双脉冲，支持DC5V信号。（1）电气指标。3DM580步进电动机驱动器的电气指标见下表。3443DM580步进电动机驱动器的电气指标（2）驱动器接口。3DM580步进电动机驱动器控制信号的接口功能见下表，功率信号的接口功能见下表。345控制信号的接口功能功率信号的接口功能346（3）拨码设定。3DM580步进电动机驱动器采用八位拨码开关设定细分精度、动态电流、半流/全流模式，如图所示。（4）驱动器接口接线。3DM580步进电动机驱动器典型接线如图所示。347拨码开关设定3DM580步进电动机驱动器典型接线图三、S7-1200CPU的运动控制功能TIAPortal结合S7-1200CPU的运动控制功能，可帮助用户控制步进电动机和伺服电动机。在TIAPortal中对定位轴工艺对象进行组态，S7-1200CPU可以使用这些工艺对象来控制驱动器的输出。在用户程序中，可以通过运动控制指令来控制轴，也可以启动驱动器的运动命令。3481．用于运动控制的硬件组件使用S7-1200CPU进行运动控制的基本硬件配置如图所示。349S7-1200CPU与驱动产品的基本配置（1）S7-1200CPU。S7-1200CPU兼具可编程逻辑控制器的功能和控制驱动器运行的运动控制功能。运动控制功能负责对驱动器进行监控。（2）信号板。可以使用信号板为CPU添加其他输入和输出。（3）PROFINET接口。PROFINET接口用于在S7-1200CPU与编程设备之间建立在线连接。除了通过PROFINET接口使用CPU的在线功能外，附加的调试和诊断功能也可通过该接口进行运动控制。（4）驱动器和编码器。驱动器用于控制轴的运动。编码器为闭环位置控制提供轴的实际位置。3502．运动控制相关的CPU输出S7-1200CPU提供了一个脉冲输出和一个方向输出，通过脉冲接口对步进电动机驱动器或伺服电动机驱动器进行控制。脉冲输出为驱动器提供电动机运动所需的脉冲，方向输出则用于控制驱动器的行进方向。脉冲输出和方向输出具有特定的信号分配关系。板载CPU输出或信号板输出可用作脉冲输出和方向输出。在设备组态期间，可以在“属性”选项卡的“脉冲发生器（PTO/PWM）”属性窗口中选择板载CPU输出或信号板输出。351可用驱动器的数目取决于CPU支持的PTO数目以及可用的脉冲发生器输出的数目。S7-1200CPU可用的脉冲发生器输出接口及频率范围见下表。352S7-1200CPU可用的脉冲发生器输出接口及频率范围3．PTO脉冲接口的工作原理根据步进电动机的设置，每个脉冲会使步进电动机转动特定角度。步进电动机的速度通过单位时间的脉冲数来确定，如图所示。353输出脉冲信号与步进电动机速度的关系CPU通过两个输出信号来输出速度和行进方向。组态与行进方向之间的关系会因所选信号类型的不同而异。可在轴组态的“基本参数”→“常规”组态窗口中组态以下信号类型：（1）“PTO（脉冲A和方向B）”。使用一个脉冲输出和一个方向输出控制步进电动机。（2）“PTO（时钟增加A和时钟减少B）”。分别使用一个正向运动和一个负向运动的脉冲输出控制步进电动机。354（3）“PTO（A/B相移）”。A相和B相的两个脉冲输出在同一频率下运行，在驱动器步进结束时会评估这两个脉冲输出的周期。（4）“PTO（A/B相移，四相位）”，A相和B相的两个脉冲输出在同一频率下运行。在驱动器步进结束时会评估A相和B相的所有上升沿和下降沿。A相和B相之间的相位偏移量决定了运动方向。3554．硬件和软件限位开关硬件限位开关和软件限位开关用于限制定位轴工艺对象的允许行进范围和工作范围，硬件和软件限位关系如图所示。356硬件和软件限位关系硬件限位开关是限制轴的最大允许行进范围的限位开关，是物理开关器件，必须与CPU中具有中断功能的输入连接。软件限位开关将限制轴的工作范围，它们应位于限制行进范围的相关硬件限位开关的内侧。由于软件限位开关的位置可以灵活设置，因此可根据当前的运行轨迹和具体要求调整轴的工作范围。与硬件限位开关不同，软件限位开关的功能只通过软件来实现，而无须借助物理开关器件。在组态中或用户程序中使用硬件和软件限位开关之前，必须先将其激活。只有在轴回原点之后，才可以激活软件限位开关。3575．回原点回原点是指使工艺对象的轴坐标与驱动器的实际物理位置相匹配。对于位置控制的轴，位置的输入与显示完全参考轴的坐标。因此，轴坐标必须与实际情形相一致。在S7-1200CPU中，使用运动控制指令（MC_Home指令）执行轴回原点动作。“已回原点”状态将显示在工艺对象<轴名称>.StatusBits.HomingDone的变量中。358回原点的模式有以下几种：（1）主动回原点。在主动回原点模式下，MC_Home指令将执行系统所设定的参考点逼近方式。检测到回原点开关时，将根据组态使轴回原点，同时终止当前的行进运动。（2）被动回原点。被动回原点期间，MC_Home指令不会执行任何回原点运动，需通过其他运动控制指令执行这一步骤中所需的行进运动。检测到回原点开关时，将根据组态使轴回原点。被动回原点启动时，不会中止当前的行进运动。359（3）绝对式直接回原点。轴位置的设置与回原点开关无关，同时终止当前的行进运动，立即将MC_Home指令中输入参数“Position”的值设置为轴的参考点。（4）相对式直接回原点。轴位置的设置与回原点开关无关，同时终止当前的行进运动。以下语句适用于回到原点后轴的定位：新的轴位置=当前轴位置+MC_Home指令中参数“Position”的值。3606．定位轴工艺对象的工具TIAPortal为定位轴工艺对象提供“组态”“调试”和“诊断”工具，下图显示了定位轴工艺对象与这三种工具和驱动器的关系。图中：①为读取和写入工艺对象的组态数据，②为通过工艺对象的驱动器控制读取轴控制面板上显示的轴状态，优化位置控制，③为读取工艺对象的当前状态和错误信息，显示PROFIdrive驱动器的更多信息。361定位轴工艺对象与三种工具和驱动器的关系要使用定位轴工艺对象，必须创建一个含有S7-1200CPU的项目，并按指定的顺序执行以下步骤：（1）创建步进电动机控制项目。（2）添加一个定位轴工艺对象。（3）通过组态对话框，进行轴参数设定。（4）将项目下载到S7-1200CPU。（5）在调试窗口中对轴进行功能测试。（6）编程。（7）调试运行。3627．运动控制指令概述在用户程序中，可以使用运动控制指令控制轴。这些指令会执行所需的运动控制作业，可以从运动控制指令的输出参数中获取运动控制作业的状态及作业执行期间发生的错误。S7-1200CPU适用的运动控制指令及其功能见下表。363S7-1200CPU适用的运动控制指令及其功能364S7-1200CPU适用的运动控制指令及其功能任务3变频器面板控制应用3651．了解SINAMICSG120变频器的组成。2．掌握SINAMICSG120变频器的安装和接线方法。3．掌握智能操作面板IOP-2的安装和使用方法。4．能进行SINAMICSG120变频器的安装和接线。5．能熟练使用智能操作面板IOP-2设置变频器参数。6．能使用智能操作面板IOP-2控制SINAMICSG120变频器的运行。学习目标366任务描述变频器的启停控制和速度设定值均由面板给定，通过智能操作面板IOP-2对变频器相关参数进行设置，速度设定值为最高转速的30%，实现电动机正反转及点动运行控制。具体控制要求如下：1．按下智能操作面板IOP-2上的启动键，电动机按照设定的速度正转运行；按下停止键，电动机停止运行。3672．从智能操作面板IOP-2系统进入控制菜单，启用反转功能后，按下启动键，电动机按照设定的速度反转运行；按下停止键，电动机停止运行。3．从智能操作面板IOP-2系统进入控制菜单，启用点动功能后，按下启动键，电动机按照系统设定的速度点动运行；松开启动键，电动机停止运行。368任务分析本任务要求利用智能操作面板IOP-2控制菜单设定变频器的转速，并通过智能操作面板上的启停键控制变频器的启动、停止和点动运行。要完成该项任务，需要学习SINAMICSG120变频器的组成、安装方法和接线方法，操作面板IOP-2的使用方法和参数设定等相关知识。369一、SINAMICSG120变频器的组成SINAMICSG120是一款结构紧凑、功率密度高、功能丰富的变频器，能满足大量应用的需求，尤其适用于一些对转矩和转速控制精度要求较高的连续运动控制。SINAMICSG120变频器可为交流电动机提供经济、高精度的速度/转矩控制。不同外形尺寸（外形尺寸FSA～FSGX）变频器的功率不同，其功率范围为0.37kW～250kW，广泛适用于变频驱动的应用场合。SINAMICSG120变频器外形如图所示。相关知识370371SINAMICSG120变频器外形图SINAMICSG120是由多种不同功能单元（功率单元PM、控制单元CU、操作面板等）组成的模块化变频器，如图所示。它凭借丰富的可选部件，能以最佳方式按照特定应用要求对变频器进行组态。372标准SINAMICSG120变频器的组成1．功率单元功率单元可以驱动功率范围为0.37kW～250kW的电动机。功率单元由控制单元中的微处理器进行控制，该单元采用了高性能的IGBT及电动机电压脉宽调制技术和可选择的脉宽调制频率，从而确保电动机灵活和可靠地运行。可以根据所需电动机功率、供电电压以及制动周期，选择最佳功率单元。3732．控制单元控制单元可以通过不同的方式对功率单元和所接的电动机进行控制和监控，它支持与本地或中央控制的通信，并且支持通过监控设备和输入/输出端子的直接控制。可以根据I/O数量以及所需的功能（如安全集成），或者特殊的泵、风机和压缩机功能，来选择最佳的控制单元。3743．操作面板（BOP/IOP）可选操作面板包括基本操作面板BOP-2和智能操作面板IOP-2。BOP-2：支持通过SD卡进行参数复制，具备基本参数配置功能，通过LED指示灯和按键组合操作，适用于简单调试场景。IOP-2：集成USB端口和SD卡插槽，支持参数复制与数据上传；具备优化的参数组（按应用分类）和向导式调试流程，支持多语言界面及高级诊断功能，配置更高效。375二、SINAMICSG120变频器的安装和接线安装、连接SINAMICSG120变频器时的检查工作包括：检查所需的变频器组件是否齐全，如功率单元、控制单元、附件（电源电抗器或制动电阻）等；检查安装所需的组件、工具和零部件是否齐全；检查所需电缆和线路的敷设是否规范，是否符合所有最小间隙要求等。3761．功率单元的安装和接线（1）功率单元的安装。功率单元应安装在控制柜中。功率单元应垂直安装，且使电源和电动机端子朝下，如图所示。功率单元的安装尺寸和间距示意图如图所示，详见设备手册。377功率单元的安装方式a）正确安装方式b）错误安装方式功率单元的安装尺寸和间距示意图a）安装尺寸b）安装间距示意（2）功率单元的接线。通常情况下，应使变频器与电动机相匹配，电动机铭牌上的数据对于变频器的初始调试非常重要。根据使用环境的不同，变频器与电动机之间连接电缆的长度也有所不同，工业电气网络可以使用最长100m的非屏蔽电缆。3782．控制单元的安装和接线（1）控制单元的安装。每个功率单元都有一个配套的控制单元支架和一个解锁装置，控制单元的安装如图所示，可按以下步骤将控制单元插入功率单元：379控制单元的安装1）将控制单元的两个套钩装到功率单元上对应的槽中。2）将控制单元插入功率单元，听到卡扣卡紧的声音，即表明已成功插入。注意：按压解锁装置，可以从功率单元上取出控制单元。380（2）控制单元的接线。打开控制单元的外盖，可看到控制单元的各种接口，如图所示。381控制单元的接口①、⑦、⑧—端子排②—AI0和AI1（U/I）的开关

③—状态LED④—操作面板或智能连接模块的接口⑤—存储卡插槽

⑥—预留使用⑨—底部现场总线接口三、智能操作面板IOP-2的安装和使用智能操作面板IOP-2是西门子自动化产品中的一款重要组件，主要用于调试和控制西门子G120系列变频器，其面板布局如图所示。382IOP-2面板布局a）正面布局b）反面布局1．IOP-2的安装智能操作面板IOP-2的安装如图所示，具体步骤如下：（1）将IOP-2外壳的底边插入控制单元壳体的较低凹槽位。（2）朝变频器方向用力将IOP-2推入控制单元，直至顶部紧固装置卡入控制单元壳体。383OP-2的安装a）安装前b）安装后2．IOP-2的使用（1）IOP-2控件的功能。IOP-2是一款功能强大且易于操作的面板，IOP-2控件的功能见下表。384IOP-2控件功能表385IOP-2控件功能表（2）IOP-2的使用方法。IOP-2集成了多种应用向导，可轻松、简单地进行变频器的调试工作。启动变频器之前，检查IOP-2与所连接的变频器型号是否匹配，并检查所有连接是否正确无误。启动变频器后，进入开机画面，如图所示。长按“ESC”键

（3s以上），退出当前画面，进入状态画面，如图所示。386IOP-2控件功能表状态画面可以通过操作面板上的▲或▲键选取屏幕画面底部的不同菜单，选中后菜单颜色变为深蓝色，按“OK”键打开菜单。向导菜单、参数菜单、控制菜单的图标及功能见下表。387IOP-2向导菜单、参数菜单、控制菜单的图标及功能任务4电动机多段速运行PLC控制系统设计3881．了解西门子G120变频器的宏功能。2．掌握西门子G120变频器宏端子的分配方法。3．能应用西门子G120变频器的宏功能进行方案设计。4．能完成S7-1200PLC控制西门子G120变频器多段速运行的编程、安装及调试。学习目标389任务描述有些生产机械要求工作台在一定的行程内往返运动时采用多段速，以提高生产效率，某工作台进给运动示意图如图所示。390工作台进给运动示意图假设工作台处于初始状态时停在左边，行程开关SQ3被压合。按下启动按钮SB1后，工作台向右快速进给（简称快进），碰到行程开关SQ1后，变为工作进给（简称工进），碰到行程开关SQ2后，暂停5s，5s后工作台快速退回（简称快退），返回初始位置后停止运动，完成一个工作周期。工作台快进、工进、快退运行控制速度要求见下表。按下停止按钮SB2，电动机停止运行。若要继续运行，则需再次按下启动按钮SB1。391工作台周期运行速度分配表任务分析本任务要求电动机在通电后以固定转速运转，在快进（360rpm）、工进（120rpm）、快退（-600rpm）三个固定转速之间来回切换运行，可以将转速固定设定值设为设定源，选用西门子G120变频器，由S7-1200PLC编程控制变频器外部端子信号来控制电动机运行。要完成该项任务，需要学习西门子G120变频器的宏功能及其端子分配方法。392相关知识393宏功能（MacroFunction）是集成在西门子G120变频器中的一组预设功能模块，它们可以自动完成某些特定的控制任务。这些宏功能通过预设的控制逻辑来实现复杂的操作任务，简化了变频器的配置过程，提高了系统的可靠性和效率。一、西门子G120变频器的宏功能变频器控制电动机运行时，其各种性能和运行方式均是通过变频器的参数设定来实现的。变频器参数分为基本参数、运行参数、定义控制端子功能参数、附加功能参数、运行模式参数等。不同变频器的参数不同，一般都有数十甚至上百个参数供用户选择。西门子G120变频器18种宏的功能、端子定义和主要参数设置值见下表。394395西门子G120变频器18种宏的功能、端子定义和主要参数设置值396西门子G120变频器18种宏的功能、端子定义和主要参数设置值397西门子G120变频器18种宏的功能、端子定义和主要参数设置值398西门子G120变频器18种宏的功能、端子定义和主要参数设置值399西门子G120变频器18种宏的功能、端子定义和主要参数设置值400西门子G120变频器18种宏的功能、端子定义和主要参数设置值401西门子G120变频器18种宏的功能、端子定义和主要参数设置值402西门子G120变频器18种宏的功能、端子定义和主要参数设置值二、西门子G120变频器宏端子分配1．宏端子的分配“宏3”在西门子G120变频器中用于实现单方向的四个固定转速控制，它使用以下控制端子：5号端子：带转速固定设定值1的变频器启动/停止控制。6号端子：转速固定设定值2。16号端子：转速固定设定值3。17号端子：转速固定设定值4。“宏3”本身并不能直接实现七段速控制，可以将其中一些转速设置为不同的方向（正转或反转），以实现更多的速度段。再通过组合控制端子的高电平状态，来实现不同的速度。4032．转速固定值的设置西门子G120变频器参数P1016用于选择固定转速的设定方式，分为直接选择方式和二进制选择方式。（1）直接选择方式。当P1016=1时，为直接选择方式，即直接通过参数P1020～P1023连接的数字量输入来选择对应的转速固定值。（2）二进制选择方式。当P1016=2时，为二进制选择方式，通过参数P1020～P1023的二进制组合来选择转速固定值。4043．组合控制端子为了实现七段速控制，实际上需要更多的速度设置，但“宏3”只提供四个。因此，需要通过组合6号、16号和17号端子的高电平状态，实现七种不同速度的选择，具体见下表。405组合控制端子表任务5PLC+变频器网络控制系统设计4061．了解西门子自动化集成驱动系统。2．掌握PROFINET报文结构、控制字及状态字。3．掌握使用TIAPortal软件快速调试西门子G120变频器的方法。4．能进行PLC+变频器网络控制系统的硬件接线、网络通信及编程、调试。学习目标407任务描述利用S7-1200PLC与西门子G120变频器构建PROFINET网络，进行西门子G120变频器的调试及运行控制。控制要求如下：1．按下正转按钮SB2，电动机按照设定的速度正转运行。2．按