PLC技术及应用 课件 项目3 工业机器人立体仓库取料工作站

四川信息职业技术学院工业机器人立体仓库取料工作站主讲/某某某认识V90伺服伺服参数设置TIA运动控制指令伺服电机的PTO控制认识西门子G120C变频器步进电机控制020304050607工业常用通信方式S7-SCL使用介绍07目录认识V90伺服电机了解V90伺服电机伺服驱动器又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，是传动技术的高端产品。SINAMICSV90是西门子推出的一款小型、高效便捷的伺服系统。支持PROFIdrive运动控制协议。它也可以集成到博途中与S7-1200，S7-1500连接。传输具有更加精确时间要求的数据。SINAMICSV90PN单相接线图伺服参数设置伺服的参数调试西门子公司为了便于设置伺服参数，专门推出了V-ASSIATANT调试软件，其基本功能有选择驱动、选择报文、配置网络、设置参数、监控状态及测试电机和优化驱动。西门子V90伺服系统可以通过USB或Ethernet的方式连接到上位机，Ethernet连接方式设备必须在线，USB连接方式可以进行离线设置。伺服的参数调试进入软件后可以进行驱动器和伺服电机的选择，同时可以在控制模式中选择控制模式，如图所示。控制模式不一样，参数设置内容也就不一样，如果是在线模式可以使用JOG实现伺服电机的手动控制。伺服的参数调试设置PROFINET选项中可以设置通信报文和V90的设备名与IP地址，这两项设置需要与TIA组态中相统一。伺服的参数调试在配置网络中的IP协议时，需要自己手动输入一个没有使用过的IP地址。TIA运动控制指令运动指令块简介MC_Power”运动控制指令可启用或禁用轴。轴在运动之前必须先被使能。MC._Power块的Enable端变为高电平后，CPU按照工艺对象中组态好的方式使能外部伺服驱动；当Enable端变为低电平后，轴将按StopMode中定义的模式进行停车；当Enable端为0时，将按照组态好的急停方式停车。用户程序中，针对每个轴只能调用一次“启用和禁用轴”指令，需要指定背景数据块。运动指令块简介使用“MC_Home”运动控制指令可将轴坐标与实际物理驱动器位置匹配。轴的绝对定位需要回原点。该指令块上升沿使能Execute端，指令块按照Mode中定义好的值执行定义参考点的功能，回参考点过程中，轴在运行中时，MCHome指令块中的Busy位始终输出高电平，一旦整个回参考点过程执行完毕，工艺对象数据块中的Done位被置1。运动指令块简介绝对位移指令块需要指定背景数据块MC_MoveAbsolute指令块需要在定义好参考点，建立起坐标系統后才能使用，通过指定参数可到达机械限位内的任意一点。当上升沿使能调用选项后，系統会自动计算当前位置与目示位置之同的脉冲数，并加速到指定速度，在到达目标位置吋減速到启动/停止速度。运动指令块简介相对位移指令块需要指定背景数据块。相对位移指令块不需要建立参考点，只需定义运行距离、方向及速度。当上升沿使能Execute端后，轴按照设置好的距离与速度运行，其方向根据距离值的符号(+/-)决定。运动指令块简介相对位移指令块需要指定背景数据块。相对位移指令块不需要建立参考点，只需定义运行距离、方向及速度。当上升沿使能Execute端后，轴按照设置好的距离与速度运行，其方向根据距离值的符号(+/-)决定。运动指令块简介点动指令块需要指定背景数据块。MC_MoveJog指令块可让轴运行在点动模式，首先要在Velocity端设置好点动速度，然后置位正向移动或反向移动端。当JogForward或JogBackward端复位时，点动停止。轴运行时，Busy端被激活。运动指令块简介错误确认指令块需要指定背景数据块。如果存在一个需要确认的错误。可通过上升沿激活MC_Reset块的Execute端，进行错误复位。运动指令块简介Hal块用于停止轴的运动，每个被激话的运动指令，都可由此块停止，上升沿使能Excoute后，轴会立即按组态好的减速曲线停车。PLC程序编写PLC程序编写位置限制参数用于设置轴在有效范围内的运动，触碰硬限位或软限位均会导致轴停止运行并报警PLC程序编写“原点”也称为“参考点”，“回原点”实现轴的机械位置和程序的位置坐标统一，以实现绝对位置定位。回原点中“主动”是指起动回原点运动后直到输入归位开关有信号则停止运行，而“被动”则是轴在运行过程中触发原点开关信号，将当前位置设置为回原点位置值。PLC程序编写编译并将项目下载到S7-1200PLC后，即可进行调试，可以打开“工艺对象”的“调试”界面进行调试，通过“轴状态”一栏可“激活”轴和“启用”轴，在“信息性消息”栏中可以看见轴的实时状态，速度以及“加速度/减速度”两栏可以自由调节，通过“正向”和“反向”按钮可以控制电机的正反转，调试后未发现错误消息说明组态无误，可以进行下一步运动控制的编程。伺服电机的PTO控制高速脉冲输出及指令脉冲宽度与脉冲周期之比称为占空比脉冲列输出(PTO)功能提供占空比为50%的方波脉冲列输出。S7-1215PLC都有4个PTO发生器,通过PLC集成的Q0.0-Q0.7发出高速脉冲信号，如表3-12所示。S7-1211PLC没有Q0.4-Q0.7,S7-1212PLC没有Q0.6和Q0.7。PTOPTO1脉冲PTO1方向PTO2脉冲PTO2方向PTO3脉冲PTO3方向PTO4脉冲PTO4方向地址Q0.1Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7高速脉冲输出及指令高速脉冲输出及指令高速脉冲输出及指令高速脉冲输出及指令程序段说明M100.0使伺服使能伺服使能后使用M100.1使伺服回原点使用MC_MoveAbsolute实现绝对定位步进电机控制步进电机简介步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它步进电机驱动器就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，步进电机的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。步进电机的细分是通过改变各相的通电时间和电流大小来控制电机的转动惯量实现步距角的细分和电机的平稳运行。厂家通常会步进驱动器将细分后的整圈脉冲数标示在驱动器上，对应上述细分为400，800，1600，3200等。如细分设置为400时则表示步进电机400个脉冲才旋转1圈。步进电机简介高速计数器指令高速计数器能对超出CPU普通计数器能力的脉冲信号进行测量。西门子S7-120PLC中的CPU提供了多个高速计数器(HSC1-HSC6),用以快速响应脉冲输人信号。高速计数器的计数速度比PLC的扫描速度要快得多，因此高速计数器可独立于用户程序工作，不受扫描时间的限制。用户通过相关指令和硬件组态控制高速计数器的工作。高速计数器的典型应用是利用光电编码器测量转速和位移。所有高速计数器在同种计数器运行模式下的工作模式相同。高速计数器共有以下四种工作模式。(1)单相计数,内部方向控制高带计数器单相计数，内部方向控制的原理是:高速计数器采集并记录时钟信号的个数，当内部方向信号为高电平时,高速计数器的当前数值增加;当内部方向信号为低电平时,高速计数器的当前数值减小。(2)单相计数，外部方向控制高速计数器单相计数，外部方向控制的原理是:高速计数器采集并记录时钟信号的个数,当外部方向信号(如外部按钮信号)为高电平时.高速计数器的当前数值增加:当外部方向信号为低电平时.高速计数器的当前数值减小。(3)加减两相计数，两路时钟脉冲输人高速计数器采集并记录时钟信号的个数，加计数信号端子与减计数信号端子分开。当加计数有效时,高速计数器的当前数值增个数。加当减计数有效时.高速计数器的当前数值减小。(4)A/B相正交计数。高速计数器A/B相正交计数的原理如图3-24所示。高速计数器采集并记录时钟信号的个数，A相计数信号端子和B相计数信号端子分开。当A相计数信号超前时高速计数器的当前数值增加；当B相计数信号超前时，高速计数器的当前数值减小。利用光电编码器(或者光栅尺)测量位移和速度时,通常采用这种工作方式。高速计数器指令高速计数器指令高速计数器指令块及参数LAD参数数据类型说明

HSCHW_HSC高速计数器的硬件地址(HW-ID)DIRBOOL启用新的计数方向CVBOOL启用新的计数值RVBOOL启用新的参考值PERIODBOOL启用新的频率测量周期NEW_DIRINTDIR=TRUE时装载的计数方向1=加计数，-1=减计数NEW_CVDINTCV=TRUE时装载的计数值NEW_RVDINT当RV=TRUE时，装载参考值NEW_PERIODINTPERIOD=TRUE时装载的频率测量周期STATUSWORD运行状态高速计数器的组态认识西门子G120C变频器西门子G120C变频器简介西门子常用的变频器型号有G120系列、G120C系列、V10系列、V20系列、S120系列等。G120系列是模块式变频器，将控制单元、功率模块和操作面板进行了分离，让它们可以发挥自己最大的功效，最大功率可以到250KW，目前已取代老款MM4系列变频器。G120C变频器是一款将控制单元(CU)和功率模块(PM)集于一体、防护等级为IP20的紧凑型一体式变频器，功率为0.75-18.5Kw。G120C紧凑的机械设计和高功率密度，使它能够内置于控制箱和开关柜中，并且可以直接并排安装，无需降容，从而节省空间，适用于输送带、混料机、挤出机、泵、风机、压缩机以及简单的搬运机械等多种应用场合，是一款性价比比较高的变频器，本书选用的是G120C系列中的FSAA尺寸变频器。西门子G120C变频器简介硬件接线

西门子变频器对电源的要求主要有输入电源电压、频率、允许电压波动范围、允许电压不平衡度和允许频率波动范围等，需要对输入电源进行稳压、滤波等处理以保证变频器的安全稳定运行。在变频器运行时，会有很高的漏电流流经保护接地线。因此变频器的保护接地线不得中断，以便在变频器运行时提供安全接触防护。为保障安全接触防护，保护接地线的最小横截面需要满足一定要求，保护接地线的长度无需满足任何要求。但考虑到电磁兼容安装，保护接地线应尽量短。硬件接线端子接线主要指开关量控制、模拟量控制、电源线接口，如图3-31所示。如果将端子9的24V电源用作数字量输入的电源时，即使用内部电源接线方式，必须将端子上的“GND”、“DICOM1”和“DICOM2”相互连接。如要对端子31、32以及数字量输入端子供电，则必须互连端子上的“DICOM1、DICOM2”和“GNDIN”。模拟量输入的电源既可以是内部10V电源，也可以是外部电源。如果使用内部10V电源，则必须将AI0-与GND连接在一起。手动调试基本操作面板BOP-2通过一个RS232接口连接到变频器上，旨在增强变频器的接口和通讯能力。通过基本操作面板BOP-2可实现驱动调试、运行监控以及个性化的参数设置。该组件配备两行屏及菜单导航功能，从而令标准型驱动的调试得到简化。其可同时显示参数、参数值及参数过滤，从而使驱动的基本调试更为简便，且多数情形下无需使用打印的参数列表。通过预设的导航键可方便地实现驱动的手动控制。此外BOP-2还设置了独立的切换键，用于在自动模式和手动模式间进行切换。通过直观的菜单导航可方便地实现变频器诊断。能够以数字同时显示最多两个过程值。BOP-2支持同型号驱动的批量调试。为此可将一台变频器中的参数列表复制到BOP-2，之后根据需求载入至其他同型号的变频器。。TIA软件调试TIA软件调试TIA软件调试工业常用通信方式PLC以太网简介PLC以太网通信是基于传统的Ethernet通信机制，使用以太网和TCP/IP协议作为通信基础，在任何场合下都提供对TCP/IP通信的绝对支持。为了能够满足自动化中的实时要求，基于PLC以太网层的优化实时通信通道，减少了通信上占用的时间，提高了自动化数据刷新方面的性能。S7-1200CPU本体上集成了一个PROFINET通信口（CPU1211C-CPU1214C）或者两个PROFINET通信口（CPU1215C-CPU1217C），支持以太网和基于TCP/IP和UDP的通信标准。这个PROFINET物理接口是支持10/100Mbit/s的RJ45口，支持电缆交叉自适应，因此标准的或是交叉的以太网线都可以用于这个接口。使用这个通信口可以实现S7-1200CPU与编程设备的通信、与HMI触摸屏的通信以及与其它CPU之间的通信。S7-1200CPU的PROFINET通信口主要支持以下通信协议及服务。ModbusTCP通信简介Modbus协议是一项应用层报文传输协议，包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型。标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网接口，采用master/slave方式通信。Modbus设备可分为主站和从站。主站只有一个，从站有多个，主站向各从站发送请求帧，从站给予响应。在使用TCP通信时，主站为client端，主动建立连接；从站为server端，等待连接。主站请求：功能码+数据；从站正常响应：请求功能码+响应数据；从站异常响应：异常功能码+异常码，其中异常功能码即将请求功能码的最高有效位置1，异常码指示差错类型。值得注意的是需要建立超时管理机制，避免无期限的等待可能不出现的应答。OUC通信简介OUC（OpenUserCommunication，开放式通信）通信适用于与其他品牌PLC通信、也适用于西门子各型号PLC间通信，OUC通信包含三种通信协议：TCP/IP，使用最广泛，适用于大量数据的传输；ISO_ON_TCP，可靠性高于TCP/IP，但适用于少量数据的传输。UDP，无连接协议，适用于对传输可靠性要求不高，但对传输速度和延迟要求高的场合。OUC通信是双边通信，即客户端与服务器端都需要写程序，比如客户端写发送指令和接收指令，那服务器端也要写接收指令和发送指令，发送与接收指令是成对出现的。TIAPORTAL软件内提供了以下开放式用户通信指。PROFINET通信简介PROFINET是一种开放的、标准的、实时的工业以太网标准，它定义了跨厂商的通信、自动化系统的工程组态模式。作为PROFINET的一部分，PROFINETIO主要用于实现模块化、分布式的控制，通过以太网直接连接现场设备，通信为全双工点到点方式，按设定的更新时间双方对等发送数据。PROFINETIO设备是系统的从站设备，由分布于现场的、用于获取数据的IO模块组成，包括远程IO、变频器、交换机等分布式现场设备。主要作用是连接现场分散的检测装置、执行机构，传递现场采集的数据，传递执行机构的控制命令等。PROFINETIO监视器用于组态、编程、调试和诊断，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，主要包括编程设备、PC或HMI设备。硬件组态1.创建新项目启动TIAPortal（博图）软件，点击“创建新项目”，打开创建新项目对话框，并输入项目名称和项目存储位置。2.添加PLC创建完项目后，进入“项目视图”，在“项目树”下双击“添加新设备”选项，在打开的对话框中选择所使用的的S7-1200CPU（此处选择型号为1214CDC/DC/DC），并添加到机架上，命名为PLC_1，同样的方法再添加通信伙伴的S7-1200CPU，命名为PLC_2。3.为Profinet通信口分配以太网地址在PLC_1设备视图中单击CPU上代表Profinet通信口的绿色小方块，在下方会出现Profinet接口的属性，在“IP协议”选项区域中分配地址为192.168.0.1，子网掩码为255.255.255.0。同样的方法，设置PLC_2的IP地址为192.168.0.2，子网掩码为255.255.255.0。4.创建CPU之间的逻辑网络连接在项目树中选择“项目树”-“设备和网络”-“网络视图”，创建两个PLC的网络连接。远程I/O的使用PROFINET网络和外部设备的通讯可以借由PROFINETIO来实现，PROFINETIO定义和现场连接的外部设备的通讯机能，其基础是级联性的实时概念，是实现工厂过程自动化和安全性的解决方案。远程I/O的使用1、对远程IO模块进行配置名字可以通过厂家赠送的软件进行连接设备，系统会临时分配一个IP对模块进行设置名称。根据官方文档，设备名称只能包含26个字母（包含大小写）、10个数字和下划线，不能用其他特殊字符。PROFINET参数包含COM端口参数和IO参数两部分；这边主要对设备类型、IP以及485设备通信区域的设备，比如站号、寄存器地址等。远程I/O的使用2、导入GSD文件到博途里面打开博途软件的选项》管理通用站描述符文件（GSDML）菜单，找到设备的GSD文件，点击确定，远程I/O的使用3、在博途里面拖出远程IO进行使用简单拖拽就可以进刚添加进去的远程IO，进行拖出来，直接使用。远程I/O的使用4、查看设备分配的地址通过查看远程IO设备概览，可以看到自动分配好了。可以看到，对应的关系。远程I/O的使用5、通过博途在线监控首先，我们对%QW进行赋值8192值，此时通过万用表，可以测量到8.2mA的电流。模拟量输出正常。S7-SCL使用介绍S7-SCL简介S7-SCL(StructuredControlLanguage)结构化控制语言是一种类似于计算机高级语言的编程方式，它的语法规范接近计算机中的PASCAL语言。SCL编程语言实现了IEC61131-3标准中定义的ST语言(结构化文本)的PLCopen初级水平。S7-SCL为PLC作了优化处理，它不仅仅具有PLC典型的元素(例如输入/输出，定时器、计数器、符号表)，而且具有高级语言的特性，例如循环、选择、分支、数组和高级函数。S7-SCL应用范围由于S7-SCL是高级语言，所以其非常适合于如下任务:①复杂运算功能;②复杂数学函数;③数据管理;④过程优化。由于S7-SCL具备的优势，其将在编程中应用越来越广泛，有的PLC厂家已经将结构化文本作为首推编程语言(以前首推梯形图)。S7-SCL程序编辑器在博途项目视图中，单击“添加新块”，新建程序块，把编程语言选中为“SCL”,再单击“确定"按钮，如图3-60所示，即可生成SCL函数块,其编程语言为SCL。在创建新的组织块、函数块和函数时，均可将其编程语言选定为SCL。在博途项目视图的项目树中，双击“SCL函数块”，弹出的视图就是SCL编辑器。SCL编辑器的界面介绍SCL编辑器的界面分6个区域，SCL编辑器的各部分组成及含义见下表。对应序号组成部分含义1区间总览窗口显示SCL程序中的区间关系2侧栏在侧栏中可以设置书签和断点3行号行号显示在程序代码的左侧4轮廓视图轮廓视图中将突出显示相应的代码部分5代码区在代码区，可对SCL程序进行编辑6绝对操作数的显示列出了赋值给绝对地址的符号操作数S7-SCL编程语言基础（1）字符集S7-SCL使用ASCII字符子集：字母A~Z（大小写），数字0~9，空格和换行字符等。此外，还包含特殊含义的字符，见下表。+-*/=<>[]()：；$#”’{}%.,S7-SCL编程语言基础（3）标识符标识符分配给S7-SCL语言对象的名称，即是给变量、或块等分配的名称。标识符可以最多由24个字母或者数字组成，其第一个必须是字母或者下划线，不区分大小写，但标识符不可为关键字或者标准标识符。如:X1、_001、Value1都是合法的标识符，而001R(第一个字符是数字)、Array(Array是关键字)、XValue(字符间不能有空格)是非法的标识符。由于不区分大小写，Y1和y1是同一个标识符。S7-SCL编程语言基础2.运算符一个表达式代表一个值，它可以由单个地址（单个变量）或几个地址（几个变量）利用运算符结合在一起组成。运算符有优先级，遵循一般算术的运算规律。S7-SCL中的运算符序号类别名称运算符优先级1赋值赋值：=112算术运算幂运算一元加（符号）一元减（符号）乘除模运算除加、减**+-*/MODDIV+、-322444453比较运算小于大于小于等于大于等于等于不等于<><=>==<>6666774逻辑运算非与异或或NOTAND、&XOROR3891