PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-1200機型）課件 項目六任務(wù)3多工作站通訊的輸送系統(tǒng)設(shè)計

《PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-1200機型）》多工作站通訊的輸送系統(tǒng)設(shè)計主講教師：×××Microbot目錄010203第一部分：任務(wù)描述第二部分：任務(wù)準備與實施第三部分：任務(wù)檢查與評價目錄第一部分任務(wù)描述現(xiàn)有輸送系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)，需要將這三個獨立的系統(tǒng)組建成網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機工作，完成系統(tǒng)接線原理圖設(shè)計、組網(wǎng)設(shè)計、PLC程序編寫，實現(xiàn)工件自動輸送功能。一、任務(wù)描述1.控制要求（1）輸送單元在通電后，按下“復(fù)位”按鈕I2.2，執(zhí)行復(fù)位操作，使抓取機械手裝置回到原點位置。（2）機械手到達原點后，各工作站準備就緒且轉(zhuǎn)換開關(guān)處于接通狀態(tài)，按下“啟動”按鈕I2.0，輸送單元向供料系統(tǒng)發(fā)出供料請求信號，供料系統(tǒng)在完成供料后反饋出供料完成信號，輸送系統(tǒng)接到供料完成信號后開始抓取供料系統(tǒng)料臺上的工件。抓取的順序是：手臂伸出→手爪夾緊抓取工件→提升臺上升→手臂縮回。（3）機械手手臂縮回后，擺臺逆時針旋轉(zhuǎn)90°，伺服電動機驅(qū)動機械手裝置從供料系統(tǒng)向分揀系統(tǒng)運送工件，到達分揀系統(tǒng)傳送帶上方入料口后，然后把工件放下，動作順序是：手臂伸出→提升臺下降→手爪松開放下工件→手臂縮回。（4）放下工件動作完成后發(fā)送請求分揀，機械手手臂縮回，然后執(zhí)行返回原點的操作。伺服電動機驅(qū)動機械手裝置以400mm/s的速度返回，返回900mm后，擺臺順時針旋轉(zhuǎn)90°，然后以100mm/s的速度低速返回原點停止。一、任務(wù)描述2.任務(wù)目標（1）了解S7-1200通訊知識。（2）掌握PROFINETIO系統(tǒng)組建方法。（3）能編寫多工作站通訊輸送系統(tǒng)的PLC程序。一、任務(wù)描述3.實施條件（1）已經(jīng)安裝完畢的S7-1200系列PLC系統(tǒng)3套。（2）已經(jīng)接線完畢的供料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)。（3）已經(jīng)安裝好博途軟件或者仿真實訓軟件的計算機一臺。（4）電工工具一套。4.安全提示（1）PLC所有模塊的安裝與接線必須在斷電的情況下操作。（2）在安裝接線完成后，必須由指導教師檢查后才能上電運行。（3）在通電的情況下，不能用手去觸摸任何金屬端子。（4）出現(xiàn)任何異常情況先斷電，并立即向指導教師報告。目錄第二部分任務(wù)準備與實施前五個項目，PLC系統(tǒng)都是獨立工作的，如果要想將PLC信號發(fā)送給另外一臺PLC，有很多種方式，最簡單的實現(xiàn)方式是通過I/O連接，如果要想實現(xiàn)PLC之間更多數(shù)據(jù)交換，將使用到PLC通信功能。本項目“機械手到達原點后，向供料系統(tǒng)發(fā)出供料允許信號，供料系統(tǒng)在完成供料后反饋出供料完成信號，輸送系統(tǒng)接到供料完成信號后開始抓取供料系統(tǒng)料臺上的工件?！?、“伺服電動機驅(qū)動機械手裝置從供料系統(tǒng)向分揀系統(tǒng)運送工件，到達分揀系統(tǒng)傳送帶上方入料口后等待分揀系統(tǒng)發(fā)送放料信號”等要求都需要PLC之間傳輸信號，這就需要技術(shù)人員掌握通信的知識。二、任務(wù)準備與實施任務(wù)準備----了解網(wǎng)絡(luò)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兩種不同形式的數(shù)據(jù)輸送方式。串行通信是以二進制的位為單位逐位傳送數(shù)據(jù)，設(shè)備之間只需要兩根線就可以進行傳輸信號，其中一根為信號線，另一根為信號地線。并行通信可以按多位傳送數(shù)據(jù)，有更多的信號地線。由于串行通信結(jié)構(gòu)簡單，成本低、抗干擾能力強，廣泛應(yīng)用在工業(yè)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標準，RS232最大通信距離為15m，最高傳輸速率為20kbit/s，只能一對一通信。RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps，傳輸距離達1200米，允許連接多達128個收發(fā)器。因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點，成為首選的串行接口。西門子PPI通信、MPI通信和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通信的物理層都是RS-485。3.工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)是以太網(wǎng)技術(shù)和通用工業(yè)協(xié)議的結(jié)合，是標準以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用延伸。近年來，為滿足高實時性的工業(yè)應(yīng)用需求，各大工業(yè)自動化公司和標準化組織紛紛提出了各種工業(yè)以太網(wǎng)實時性的技術(shù)標準，這些方案建立在IEEE802.3標準基礎(chǔ)上，通過對相關(guān)標準的擴展以提高實時性，并做到與標準以太網(wǎng)的無縫對接。西門子S7-1200集成了PROFINET以太網(wǎng)接口可以與計算機、人機界面以及其他S7PLC通信。二、任務(wù)準備與實施任務(wù)準備----認識PROFINET現(xiàn)場總線1.

PROFINET現(xiàn)場總線PROFINET是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標準，PROFINET為自動化通信領(lǐng)域提供了一個完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了如實時以太網(wǎng)、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當前自動化領(lǐng)域的熱門應(yīng)用。

根據(jù)響應(yīng)時間的不同，PROFINET支持下列三種通訊方式：（1）TCP/IP標準通訊PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使用TCP/IP和IT標準。TCP/IP是IT領(lǐng)域關(guān)于通信協(xié)議方面事實上的標準，響應(yīng)時間在100ms的量級，足夠滿足于工廠控制級的應(yīng)用。（2）實時（RT）通訊對于傳感器和執(zhí)行器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)對響應(yīng)時間的要求更為嚴格，因此，PROFINET提供了一個優(yōu)化的、基于以太網(wǎng)第二層的實時通訊通道，通過該實時通道，極大地減少了數(shù)據(jù)在通訊棧中的處理時間，PROFINET實時通訊（RT）的典型響應(yīng)時間是5-10ms。（3）同步實時（IRT）通訊在現(xiàn)場級通訊中，對通訊實時性要求最高的是運動控制（MotionControl），PROFINET的同步實時（IRT）技術(shù)可以滿足運動控制的高速通訊需求，在100個節(jié)點下，其響應(yīng)時間要小于1ms，抖動誤差要小于1μs，以此來保證及時的、確定的響應(yīng)。PROFINET只需要一條工業(yè)以太網(wǎng)電纜就能滿足自動化領(lǐng)域的需求，使用銅質(zhì)線纜最多126個節(jié)點，支持5km，使用光纖可以多于1000個節(jié)點，最長支持150km，無線網(wǎng)絡(luò)最多8個節(jié)點，每個網(wǎng)段最長1000m。二、任務(wù)準備與實施任務(wù)準備----認識PROFINET現(xiàn)場總線2.

PROFINETIO系統(tǒng)PROFINETIO系統(tǒng)是一種分布式的控制系統(tǒng)，它采用生產(chǎn)者/消費者模型進行數(shù)據(jù)交換，包括三種角色：IO控制器(IOController)、IO設(shè)備(IODevice)和IO監(jiān)視器(IOSupervisor)，其中：IO控制器：PROFINETIO系統(tǒng)的主站，一般來說是PLC的CPU模塊。IO控制器執(zhí)行各種控制任務(wù)，包括：執(zhí)行用戶程序、與IO設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換、處理各種通信請求等。IO設(shè)備：PROFINETIO系統(tǒng)的從站，由分布于現(xiàn)場的、用于獲取數(shù)據(jù)的IO模塊組成。IO監(jiān)視器：IO監(jiān)視器用來組態(tài)、編程，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)下載到IO控制器中，還可以對系統(tǒng)進行診斷和監(jiān)控。最常見的IO監(jiān)視器是用戶的編程電腦。IO控制器即可以作為數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者，向組態(tài)好的IO設(shè)備輸出數(shù)據(jù)，也可以作為數(shù)據(jù)的消費者，接收IO設(shè)備提供的數(shù)據(jù)；對于IO設(shè)備也與此類似，它消費IO控制器的輸出數(shù)據(jù)，也作為生產(chǎn)者，向IO控制器提供數(shù)據(jù)；一個PROFINETIO系統(tǒng)至少由一個IO控制器和一個IO設(shè)備組成，通常IO監(jiān)視器作為臨時角色進行調(diào)試或診斷。二、任務(wù)準備與實施任務(wù)準備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)

本項目中，輸送系統(tǒng)既要與供料系統(tǒng)通信，也要和分揀系統(tǒng)通信，因此設(shè)置輸送系統(tǒng)的PLC為PROFINETIO控制器，供料系統(tǒng)和分揀系統(tǒng)的PLC為智能IO設(shè)備。IO控制器和智能IO設(shè)備都是PLC，都有各自的系統(tǒng)存儲器區(qū)，IO控制器不能用IO設(shè)備的硬件I、Q地址直接訪問它們。IO設(shè)備的傳輸區(qū)（I、Q地址區(qū)）是IO控制器與智能IO設(shè)備的用戶程序之間的通信接口，用戶程序?qū)鬏攨^(qū)定義的I區(qū)接收到的輸入數(shù)據(jù)進行處理，并用傳輸區(qū)定義的Q區(qū)輸出處理的結(jié)果。IO控制器與智能IO子安通過傳輸區(qū)自動地周期性進行數(shù)據(jù)交換。根據(jù)系統(tǒng)控制要求定義I、Q。二、任務(wù)準備與實施任務(wù)準備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)1.數(shù)據(jù)的規(guī)劃（1）通訊數(shù)據(jù)區(qū)規(guī)劃。表6-7通訊數(shù)據(jù)區(qū)規(guī)劃表IO控制器中的地址傳輸方向智能設(shè)備中的地址輸送系統(tǒng)Q300-Q309供料系統(tǒng)I300-I309輸送系統(tǒng)I300-I309供料系統(tǒng)Q300-Q309輸送系統(tǒng)Q330-Q339分揀系統(tǒng)I300-I309輸送系統(tǒng)I330-I339分揀系統(tǒng)Q300-Q309（2）輸送站（I/O控制器）接收、智能設(shè)備站發(fā)送的通信數(shù)據(jù)定義表。表6-8輸送站（I/O控制器）接收、智能設(shè)備站發(fā)送的通信數(shù)據(jù)定義表主站接收區(qū)地址數(shù)據(jù)意義供料站數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)地址分揀站數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)地址I300.0供料站全線模式Q300.0I300.1供料站準備就緒Q300.1I300.2供料站運行狀態(tài)Q300.2I300.3工件不足Q300.3I300.4工件沒有Q300.4I300.5供料完成Q300.5I300.6金屬工件Q300.6I330.0分揀站全線模式Q300.0I330.1分揀站準備就緒Q300.1I330.2分揀站運行狀態(tài)Q300.2I330.3分揀站允許進料Q300.3I330.4分揀完成Q300.4二、任務(wù)準備與實施任務(wù)準備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)（3）輸送站（I/O控制器）發(fā)送、智能設(shè)備站接收的通信數(shù)據(jù)定義表，如表6-9。表6-9輸送站（I/O控制器）發(fā)送、智能設(shè)備站接收的通信數(shù)據(jù)定義表主站數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)地址數(shù)據(jù)意義供料站數(shù)據(jù)接收區(qū)地址分揀站數(shù)據(jù)接收區(qū)地址Q300.0全線運行I300.0Q300.1全線停止I300.1Q300.2全線復(fù)位I300.2Q300.3全線急停I300.3Q300.4請求供料I300.4Q300.5供料站聯(lián)機I300.5Q330.0全線運行I300.0Q330.1全線停止I300.1Q330.2全線復(fù)位I300.2Q330.3全線急停I300.3Q330.4請求分揀I300.4Q330.5分揀站聯(lián)機I300.5QW331變頻器寫入頻率IW301（4）IP地址規(guī)劃，如表6-10。表6-10IP地址規(guī)劃工作站IP輸送系統(tǒng)192.168.3.1供料系統(tǒng)192.168.3.2分揀系統(tǒng)192.168.3.5二、任務(wù)準備與實施任務(wù)準備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)2.PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)

（1）建立通訊連接

在系統(tǒng)中添加三臺PLC，分別命名分揀站、供料站、輸送站，右擊輸送站PLC的PN接口，選擇“添加IO系統(tǒng)”，生成PROFINETIO系統(tǒng)，見圖6-38。（2）輸送站PLC設(shè)置將輸送站PLC設(shè)置為“192.168.1.3”。見圖6-38。圖6-38建立通訊連接圖6-39輸送站PLC以太網(wǎng)地址設(shè)置二、任務(wù)準備與實施任務(wù)準備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)（3）供料站PLC設(shè)置圖6-40供料站PLC以太網(wǎng)地址設(shè)置圖6-41供料站PLC的操作模式及傳輸區(qū)設(shè)置二、任務(wù)準備與實施任務(wù)準備----PROFINETIO系統(tǒng)組態(tài)（3）分揀系統(tǒng)PLC設(shè)置與供料系統(tǒng)一致，IP為192.168.3.5，數(shù)據(jù)傳輸區(qū)見表6-7。

通過以上設(shè)置，PLC之間就建立了連接，下載到真實設(shè)備的時候需要使用路由器進行連接，見圖6-42。圖6-42通訊系統(tǒng)連接圖二、任務(wù)準備與實施任務(wù)實施----PLC接線原理圖設(shè)計多工作站通訊的輸送系統(tǒng)需要在單站功能的接線原理圖6-14中增加按鈕和轉(zhuǎn)換開關(guān)，用來實現(xiàn)聯(lián)機的啟動、停止、復(fù)位、聯(lián)機和單機工作切換，具體分配如下：I2.0啟動，I2.1停止，I2.2復(fù)位，I2.3轉(zhuǎn)換。二、任務(wù)準備與實施任務(wù)實施----編程思路及程序設(shè)計

因供料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)的工作要求沒有發(fā)生變化，其動作流程與單站的流程是一致的，不同之處在于聯(lián)機工作時發(fā)送啟動命令，各工作站能按“供料-輸送-分揀”這樣的工作流程自動運行，如果物料充足，正常情況下系統(tǒng)將一直自動運行。輸送程序中聯(lián)機信號主要包括聯(lián)機運行狀態(tài)、聯(lián)機停止、聯(lián)機復(fù)位、請求供料、請求分揀等，都是通過傳輸區(qū)I、Q信號傳輸。1.輸送主程序設(shè)計（1）系統(tǒng)聯(lián)機就緒標志。當供料站、分揀站、輸送站（主站）都就緒以后，系統(tǒng)就緒標志置位，“供料站準備就緒”、“分揀站準備就緒”信號來自于供料站、分揀站的Q300.1。見圖6-43。圖6-43系統(tǒng)就緒二、任務(wù)準備與實施任務(wù)實施----編程思路及程序設(shè)計2．輸送運行控制子程序設(shè)計（1）準備就緒，接受到啟動信號后，發(fā)送“請求供料”信號，系統(tǒng)開始工作。見圖6-44。圖6-44系統(tǒng)開始供料(2)輸送站放下工件后，向分揀站發(fā)送“請求分揀”信號。見圖6-45。圖6-45系統(tǒng)開始分揀除了在輸送系統(tǒng)添加聯(lián)機運行程序外，還需要在供料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)中添加聯(lián)機相關(guān)信號程序，系統(tǒng)才能正常聯(lián)機工作。二、任務(wù)準備與實施任務(wù)實施----編程思路及程序設(shè)計使用網(wǎng)線連接計