PLC应用技术（S7-1200机型）课件 项目五任务3人机界面控制的分拣系统设计

《PLC应用技术（S7-1200机型）》人机界面控制的分拣系统设计主讲教师：×××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在项目1和2的基础上，本项目引入人机界面和模拟量信号板。在已有机械安装基础上，完成系统的电气接线、变频器参数设置、PLC程序编写等，实现设备总工作目标：完成金色壳、塑料白芯、塑料金芯和塑料黑芯工件的分拣。一、任务描述1.控制要求（1）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，电动机停止状态，且传送带进料口没有工件，则“准备就绪”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。（2）若设备准备好，按下人机界面上启动按钮，系统启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当在传送带进料口人工放下已装配工件，并确认该工件位于进料口中心时，变频器启动，驱动传送带运转，带动工件首先进入检测区，经传感器检测获得工件属性，然后进入分拣区进行分拣。（3）当满足某一滑槽推入条件的工件到达该滑槽中间时，传送带应停止，相应气缸伸出，将工件推入槽中。气缸复位后，分拣单元的一个工作周期结束。这时可再次向传送带下料，开始下一工作周期。（4）如果在运行期间按下人机界面上停止按钮，该工作单元在本工作周期结束后停止运行。（5）变频器频率设定、工件推入数量显示由人机界面提供，如图5-31所示。图5-31分拣单元运行界面一、任务描述2.任务目标（1）

掌握人机界面的组态、下载方法，并能进行设备连接及联机调试。（3）掌握模拟量信号板的主要性能及使用方法。（4）掌握用模拟量输入控制变频器频率的接线、及参数设置等方法。（5）掌握人机界面控制分拣单元运行的PLC程序编写方法和技巧，能解

决调试与运行过程中出现的常见问题。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）已经接线完毕的供料系统（3）装有TIA_Portal软件的计算机（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----认知TPC7062Ti人机界面的组态1.TPC7062Ti人机界面的硬件连接

TPC7062Ti的正视图和背视图如图5-32所示。人机界面的电源进线、各种通信接口均在其背面进行，功能作用具体如表5-18所示。图5-32TPC7062Ti的正视图和背视图项目硬件配置作用LAN（RJ45）10M/100M自适应以太网口，用作工程项目下载或连接PLC串口（DB9）1×RS232,1×RS485通过RS-232或RS-485连接电缆与PLC连接USB1（主口）1×USB2.0用来外接USB设备，如鼠标、U盘及键盘等USB2（从口）有用作工程项目下载电源接口24±20%VDC用来连接24VDC电源表5-18TPC7062Ti接口说明二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（1）TPC7062Ti触摸屏与个人计算机的连接

TPC7062Ti触摸屏是通过以太网口与个人计算机连接的，连接之前，个人计算机应先安装MCGS组态软件。

当需要在MCGS组态软件上把资料下载到HMI时，只要在下载配置里，选择“连机运行”、选择“TCP/IP网络”、设置目标机名IP地址（触摸屏通电，进入CeSvr属性界面中查看或修改IP地址，触摸屏上电启动后，出现进度条时，点击进度条，进入CeSvr启动属性界面，在属性界面的系统信息中可以查看IP地址），单击“工程下载”即可进行下载。

如图5-33所示。如果工程项目要在电脑模拟测试，则选择“模拟运行”，然后下载工程。图5-33工程下载设置二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（2）TPC7062Ti触摸屏与S7-1200PLC的连接S7-1200CPU集成以太网接口。TPC与S7-1200系列CPU通过以太网口进行硬件连接如图5-34（a），在PLC组态软件“设备组态”下的常规属性窗口“防护与安全”设置中，勾选连接机制选项“允许来自远程对象的PUT/GET通讯访问”进行软件连接设置如图5-34（b）所示。图5-34（a）TPC与S7-1200的硬件连接图5-34（b）TPC与S7-1200的软件设置二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态2.MCGS嵌入版生成的用户应用系统

组态TPC人机界面，需要在个人计算机上运行MCGS嵌入版组态软件，即双击计算机桌面上的组态环境快捷方式图标，打开嵌入版组态软件。接着单击文件菜单中“新建工程”选项，在弹出的“新建工程设置”对话框中，选择TPC类型为“TPC7062Ti”，点击确认后，将在组态界面上弹出如图5-35所示的工作台。这时组态软件新建了一个工程，用“工作台”窗口来管理构成用户应用系统的各个部分。图5-35MCGS组态界面上的工作台二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态

工作台上有五个标签：主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略，它们对应于五个不同的窗口页面，每一个页面负责管理用户应用系统的一个部分。用鼠标单击不同的标签可选取不同窗口页面，对应用系统的相应功能模块进行组态操作，图5-36给出了这五大功能模块组成。图5-36MCGS嵌入式组态软件的组成图在MCGS嵌入版中，每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口，但可以有多个用户窗口和多个运行策略，实时数据库中也可以有多个数据对象。MCGS嵌入版用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面，组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，同时可以对实时数据进行可视化处理。二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态3.组态应用示例

任务要求：按下人机界面上的启动按钮，PLC输出端Q0.7所接HL灯及人机界面上的指示灯同时点亮；松开人机界面上的启动按钮，两盏灯同时熄灭。接线图如图5-37所示，人机界面组态如图5-38所示。图5-37PLC接线图图5-38组态界面二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态TPC7062Ti通过以太网口与SMARTCPU网线连接。然后在个人计算机上，双击MCGSE组态环境图标打开MCGS嵌入版组态软件，按如下步骤建立MCGS工程项目。（1）创建工程①单击文件菜单中“新建工程”选项，弹出“新建工程设置”对话框，如图5-39所示，TPC类型选择为“TPC7062Ti”，单击“确定”。②选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。在文件名一栏内输入“TPC通讯控制”，选择保存目录，点击“保存”按钮，完成工程的创建。组态界面上显示如图5-40所示的工作台。图5-39选择TPC触摸屏类型图5-40MCGS组态界面上的工作台二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（2）定义数据对象

以建立数据变量“启动”为例，具体实施步骤如下：

①单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口。

②单击“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的属于用户自己的数据对象，如图5-41所示

③选中新增对象1，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置”窗口，如图5-42所示，在“基本属性”页里，将对象名称改为“启动”，对象类型选择为“开关”型，点击“确认”，第一个数据变量便已建好。图5-41新增变量图5-42数据对象属性设置二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态同样方法，定义好第二个开关型的数据对象“灯”。定义好两个数据对象后，实时数据库如图5-43所示。图5-43定义完成的数据对象二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（3）工程画面组态

①新建用户窗口

在工作台“用户窗口”中单击右侧“新建窗口”按钮，建立“窗口0”，如图5-44所示。选中“窗口0”，单击“窗口属性”，可进入用户窗口属性设置窗口。在“基本属性”页可设置窗口名称，窗口背景等。如选默认，直接点击“确认”按钮即可。

②组态按钮构件

单击绘图工具箱中

图标，在窗口中拖出一个大小合适的按钮，双击按钮，出现如下图窗口，属性设置如下，如图5-45所示。“基本属性”页中,无论是弹起还是按下状态，文本都设置为启动按钮；“弹起功能”属性为字体设置宋体，字体大小设置为五号，背景颜色设置为浅绿色；“按下功能”为：字体大小设置为小五号，其它同弹起功能。“操作属性”页中,弹起功能:数据对象操作清0，启动按钮；按下功能:数据对象操作置1，启动按钮。其它默认。单击“确认”按钮完成。图5-44新建用户窗口图5-45标准按钮构件属性设置界面二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（3）工程画面组态

③组态指示灯元件

单击绘图工具箱中的

（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框，选择指示灯6，按“确认”按钮。双击指示灯，弹出的对话框如图5-46所示。

数据对象中，单击右角的“？”按钮，从数据中心选择“灯”变量。动画连接中，单击“填充颜色”，右边出现，

按钮，如图5-47所示，单击

按钮，出现如下对话框，在“文本内容输入”中输入指示灯，如图5-48所示。“属性设置”页中，填充颜色：白色；“填充颜色”页中，分段点0对应颜色：白色；分段点1对应颜色：绿色。如图5-49所示，单击“确认”按钮完成。图5-46对象元件库管理设置界面图5-47单元属性设置界面图5-48标签动画组态属性设置界面图5-49填充颜色设置界面二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（4）设备连接

为了能够使触摸屏和PLC通讯连接上，须把定义好的数据对象和PLC内部变量进行连接，具体操作步骤如下：

①在“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。

②点击工具条中的“工具箱”

图标，打开“设备工具箱”。

③在可选设备列表中，双击“Siemens_1200”，如图5-50设备窗口界面所示。图5-50设备窗口界面二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（4）设备连接

④双击“设备0-Siemens_1200”,弹出设备编辑窗口，设置本地IP地址（触摸屏）：192.168.3.6、远端IP地址（PLC）：192.168.3.5，如图5-51所示。图5-51设备编辑窗口二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（4）设备连接

⑤进入设备编辑窗口，如图5-52所示。默认右窗口自动生产通道名称I000.0—I000.7,可以单击“删除全部通道”按钮给以删除。图5-52设备编辑窗口二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（4）设备连接⑥变量的连接，这里以“启动”变量进行连为例说明。单击“增加设备通道”按钮，出现如图5-53所示窗口。图5-53添加设备通道界面参数设置如下：■通道类型：M寄存器；■数据类型：通道的第00位；■通道地址：0；■通道个数：1；■读写方式：只写；二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（4）设备连接

单击“确认”按钮，完成基本属性设置。双击“只写M0.0”通道对应的连接变量，从数据中心选择变量：“启动”。用同样的方法，增加其它通道，连接变量，如图5-54所示，完成单击“确认”按钮。图5-54通道连接变量二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（5）工程文件下载

昆仑通泰TPC7062Ti屏,有两种工程下载方法，如图5-55所示。选择网络连接时，可以太网下载；选择USB连接时，可USB下载。

①USB下载：采用USB2口进行工程项目的下载,操作步骤如图5-56所示。图5-55个人计算机与TPC的连接图5-56USB下载界面二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（5）工程文件下载

②以太网下载：采用LAN口进行工程项目的下载。下载前，首先要检查个人计算机和触摸屏的IP地址是否设置正确，两者IP地址应不冲突，并需设置在一个网段内（IP地址前三位数字相同，最后一位不同）。例如：若触摸屏的IP地址为：192.168.3.6，则个人计算机IP可设置为:192.168.3.7。于是个人计算机在下载MCGS工程项目时，“下载配置”中“目标机名”处即为：192.168.3.6，连接方式：TCP/IP网络，然后点击通讯测试，测试正常后，即可点击“工程下载”下载，具体如图5-57所示。图5-57以太网下载界面二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（5）工程文件下载

触摸屏出厂默认IP为：200.200.200.190。若不使用此地址，则在进行工程下载前，需修改触摸屏的IP地址。修改方法如图5-58所示：在TPC开机出现“正在启动”提示进度条时，点击触摸屏进入启动属性界面，在“系统维护”页“设置系统参数”里可修改所要指定的IP地址。

恢复TPC出厂默认值方法：进入启动属性界面，点击“系统维护”里的“恢复出厂设置”按钮，在弹出Cesvr对话框中选择“是”，并重新启动TPC，即可将所有设置参数恢复为出厂默认值。

本实例选择在“设置系统参数”里修改IP为：192.168.3.6，以保持与个人计算机IP地址（192.168.3.7）、PLC的IP地址（192.168.3.5）在同一网段。图5-58TPC恢复出厂默认值二、任务准备与实施任务准备----认知TPC7062Ti人机界面的组态（6）连接PLC运行

组态好的工程项目下载到TPC后，若PLC侧已下载好所编梯形图程序（图5-59），并处在运行状态，此时连接TPC与PLC，则PLC将与人机界面互相交换信息。调试过程：按下人机界面上的启动按钮，PLC输出端所外接的HL指示灯，以及人机界面上的运行灯同时点亮，松开人机界面上的启动按钮，则两盏灯同时熄灭。图5-59简单梯形图程序二、任务准备与实施任务准备----模拟量输出信号板SB1232

人机界面控制的分拣单元PLC选用S7-1200CPU1214CAC/DC/RLY+SB1232单元，共14点输入和10点继电器输出。选用SB1232原因是，当变频器的频率设定值由HMI指定时，该频率设定值是一个随机数，需要由PLC通过D/A变换方式向变频器输入模拟量的频率指令，以实现电动机速度连续调整。S7-1200CPU1214C主单元集成有2路模拟量输入，无模拟量输出，所以增加SM1232模拟量输出信号板。可满足D/A变换的编程要求。(1)SB1232AQ1信号板技术参数

该模块接线图如图5-60所示。图5-60SB1232信号板接线图二、任务准备与实施任务准备----模拟量输出信号板SB1232SB1232AQ1信号板有一路模拟量输出，+/-10VDC（12位分辨率）或0-20mA（11位分辨率）主要性能规格如表5-19所示。表5-19SB1232AQ1主要性能规格名称技术参数输入电流来自背板总线DC5V，15mA输出电压电源电流，最大值，25mA功率损失1.5W模拟量输出端数量1输出电压范围-10V至+10V输出电流范围0至20mA负载电阻电压输出端的最小值1000Ω电流输出端的最大值600Ω输出端的模拟值构成转换原理差分满量程范围-27648至27648二、任务准备与实施任务准备----模拟量输出信号板SB1232(2)参数组态

分拣系统中模拟量输出信号板SB1232AQ1用于控制变频器的频率输入。这里选择模拟量的输出类型为电压型，I/O地址在不影响已占用的地址时可以自行分配。如图5-61、5-62所示。图5-61模拟量输出类型选择图5-62模拟量地址设置二、任务准备与实施任务准备----模拟量输出信号板SB1232(3)程序编写

由表5-17可知，对于双极性满量程输入范围对应的数字量：-27648～27648；而单极性满量程输入范围对应的数字量则为：0～27648。在进行D/A转换时，数值27648若对应10V/50Hz，因数字量输入与模拟量输出成正比关系，如图5-63所示，则可换算出1Hz对应的数字量为552.96（约553），但由于存在误差，将数字量调整为557。图5-63频率和数字量关系二、任务准备与实施任务准备----模拟量输出信号板SB1232

程序编写时，只需要把设定的变频器输出频率×553，所得乘积作为D/A转换前的最终数值，送入通道地址QW2即可。部分参考程序如下图5-64所示图5-64模拟量处理程序二、任务准备与实施任务准备----通过模拟电压输入设定频率

本任务的变频器频率设定是在触摸屏上指定变频器的频率，则此频率在某一范围内是随机给定的。这时PLC将向变频器输出模拟量信号，因此需设置变频器模拟输入端与PLC输出的模拟信号相匹配的参数。G120C变频器提供了多种模拟量输入模式，可以使用参数P0756进行选择，见表5-20所示。参数号设定值说明P07560单极电压输入0V…+10V1单极电压输入，受监控+2V…+10V2单极电流输入0mA…+20mA3单极电流输入，受监控+4mA…+20mA4双极电压输入-10V…+10V8未连接传感器表5-20参数P0756功能二、任务准备与实施任务准备----通过模拟电压输入设定频率

参数P0756选择模拟量输入的类型后，变频器会自动调整模拟量输入的标定。线性标定曲线由两个点（P0757、P0758）和（P0759、P0760）确定，也可以根据需要调整标定。例如P756[00]=4时，标定如表5-21所示。表5-21模拟量标定参数设定值描述P0757-10输入电压-10V对应-100%的标度，即-50HzP0758-100

P075910输入电压+10V对应的100%的标度，即50HzP0760100

P07610死区宽度二、任务准备与实施任务准备----通过模拟电压输入设定频率

此外，还必须正确设置模拟量输入通道对应的DIP拨码开关的位置。该开关位于控制单元正面保护盖板的后面，出厂设置为电压输入模式，如图5-65所示。图5-65模拟量输入的DIP开关

本任务要求G120C变频器通过SB1232模拟电压输出，实现变频器转速的模拟量设定，具体参数见表5-22。序号参数号设置值参数号注释1P001030参数复位2P09701启动参数复位3P00101快速调试4P001517宏连接5P03001设置为异步电机6P0304380电机额定电压7P03050.18电机额定电流8P03070.03电机额定功率9P031050电机额定频率10P03111300电机额定转速11P03410.00001电机转动惯量12P07560单极电压输入（0-10V）13P10821300最大转速14P11200.1S加速时间15P11210.1S减速时间16P19000电机数据检查17P00100电机就绪18P09711参数保存表5-22参数设置表二、任务准备与实施任务实施----PLC接线原理图设计

当变频器驱动传动电动机的频率由触摸屏给时，需要由PLC通过D/A变换方式向变频器输入模拟量的频率指令，以实现电动机速度连续调整。此时PLC接线原理图有别于固定频率的控制，需要重新设计，接线原理图如图5-66所示，图中DI0为正转信号，DI1为反转信号，变频器的模拟口与SB1232连接。图5-66分拣单元PLC的I/O接线原理图二、任务准备与实施任务实施----人机界面组态⑴建立实时数据库的数据对象

根据图5-67的画面及具体的组态要求，容易建立画面元件与实时数据库的数据对象的链接关系如表5-23所示。画面元件变量名称类

型PLC变量注释按钮系统启动启动开关型M3.2发出系统启动命令系统停止停止开关型M3.3发出系统停止命令指示灯系统就绪准备就绪开关型M2.0显示系统运行前是否就绪系统运行系统运行开关型M3.0显示系统当前是否处于运行状态输入框设定频率设定频率数值型MW12设定变频器输出频率值自由表格金属外壳推出数量金属个数数值型MW14显示已分拣到一槽的金属外壳工件个数白色或金属芯推出数量白色或金芯个数数值型MW16显示已分拣到二槽的白色或金芯工件个数黑色芯推出数量黑色芯个数数值型MW18显示已分拣到三槽的黑色芯工件个数表5-23画面元件与实时数据库的数据对象链接表二、任务准备与实施任务实施----人机界面组态⑵工程画面组态

新建工程，TPC类型选择“TPC7062Ti”确定后，在工作台用户窗口中，新建窗口并修改名称为“运行界面”。

双击“运行界面”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。鉴于准备知识组态实例中已经介绍了组态按钮和指示灯的基本步骤，此处不再重复，仅介绍标签、输入框、自由表格等构件的组态步骤。二、任务准备与实施任务实施----人机界面组态⑵工程画面组态

①文本显示标签的组态

以标题“分拣单元运行界面”为例，下面具体说明文本显示类标签的组态。单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。选择“工具箱”内的“标签”按钮鼠标的光标呈“十字”形，在窗口上拖拽鼠标，拉出一个一定大小的矩形。在光标闪烁位置或标签动画组态属性设置对话框中“扩展属性”选项栏中输入文字“分拣单元运行界面”。在属性设置选项栏中可对填充色、线色、字符字体、字符颜色等进行设置，修改文字框的背景色，边线颜色、文字字体、文字颜色等。如图5-68所示图5-68文本显示标签组态二、任务准备与实施任务实施----人机界面组态⑵工程画面组态

②数值输入框的组态选中“工具箱”中的“输入框”图标，拖动鼠标，绘制1个输入框。双击图标，弹出如图5-69所示的属性设置框，在“操作属性”页里按图示设置后点击下方“确认”按钮返回。图5-69数值输入框属性设置二、任务准备与实施任务实施----人机界面组态⑵工程画面组态

③自有表格点击工具箱中的“自由表格”光标变成十字型，在绘图区拖出一定大小表格。双击表格，待出现行标与列标时，此时为表格编辑模式。编辑模式下，如图5-70所示，鼠标右键弹出菜单，可以选择增加、删除行或列，以及改变表格表元的高度和宽度，输入表格表元的内容。双击单元格，编辑单元格内容如图5-71所示。编辑完后，双击选择要连接变量的表元，右键中选择“连接”命令，进入表格连接模式，如图5-72所示。连接模式下，鼠标左键单击选择要连接变量的表元，然后单击右键弹出变量选择框，从数据中心选择变量确认即可。图5-70自由表格编辑模式

图5-71编辑模式与连接模式切换图5-72自由表格连接模式二、任务准备与实施任务实施----人机界面组态⑶设备组态

设备组态方法与准备部分相同。需要注意的是，个人计算机（PC）、PL