PLC技術應用（西門子）項目十二：.小型自動化生產線的設計01項目引入02項目目標03項目分析04知識準備05器材準備06項目實施CONTENTS項目內容07項目拓展12小型自動化生產線的設計自動化生產線機械結構是生產線的機械本體和執行部件，各設備單元彼此之間的連接配合對完成整條自動化生產線良好運行起著至關重要的作用。01項目引入1.掌握自動化生產線各單元間機械結構配合調整方法2.能熟練進行PPI通信系統連接與測試3.掌握兩個單元PPI通信程序設計與調試方法4.掌握整條生產線PPI通信程序設計與調試方法02項目目標變頻器和PLC聯合控制自動化生產線的多段速控制系統是比較經典的一類控制。在實際生產中，應不同任務的需求，自動化生產線在運行過程中需要改變某段時間或路程內的運行速度，運行速度的改變可根據改變變頻器對應參數實現，將變頻器對應的方向信號和速度信號與PLC對應的輸出信號相連，運用PLC程序段，實現對電動機三段速頻率運轉的控制。03項目分析

1.檢測與加工單元調整檢測單元上滑槽的落料口要調整在加工單元的一號工位正上方，并且保證滑槽落料口的高度不會與一號工位上的工件發生干涉，否則就要適當的調整滑槽的傾斜度。圖12-1檢測單元機械部件03項目分析

2.搬運與加工單元調整搬運單元搬運模塊的手爪工作時，要位于加工單元四號工位的正上方。搬運單元的手爪下降抓取工件時，確保其不會與四號工位上的工件發生碰撞。圖12-2搬運單元機械部件03項目分析

3.供料與檢測單元調整

調整供料單元擺臂、吸盤、轉動氣缸，使其工作時不會干涉到檢測單元。圖12-3供料與檢測單元機械部件03項目分析

4.搬運與分揀輸送單元調整搬運單元中手爪夾緊工件后移動到右邊的位置，而下降必須保證工件能夠正好落到分揀輸送單元中工件進入檢測接近開關正前方的傳送帶上。圖12-4搬運與分揀輸送單元機械部件03項目分析

5.分揀輸送與提取安裝單元調整提取安裝單元的傳送帶與輸送單元的傳送帶在一條直線上，并且兩傳送帶之間不出現摩擦干涉的情況。兩傳送帶的位置在安裝時，彼此間要有一定間隙，中間可用滾針過渡，保證工件能夠被正常運送。圖12-5分揀輸送與提取安裝單元機械部件03項目分析

6.提取安裝與操作手單元調整操作手單元要讓手爪下降后，不會出現與工件發生碰撞或干涉的情況，并且手爪所夾工件的位置在工件的中間部位。圖12-6提取安裝與操作手單元機械部件03項目分析

7.操作手與立體存儲單元調整操作手單元的雙活塞桿氣缸伸出時不能與立體存儲單元的絲杠模塊發生碰撞。調整整個立體存儲單元的位置使工件正好落在工作平臺上。并且保證工件放置到工作平臺上時，不會與推料模塊的干涉。圖12-7操作手與立體存儲單元機械部件03項目分析

實訓注意事項：在自動化生產線整機調試運行之前，將靜音氣泵一次調壓后輸出的壓縮氣源通過氣管和T形連接頭分別并聯連接到各單元的氣源處理元件進氣口進行二次調壓處理后輸出利用。但必須要注意氣路的供氣主回路氣管要足夠粗。加工單元起始位置定位很重要，必須保證整個旋轉臺工作模塊位于加工單元工作臺面的正中間對稱定位。調整時要注意前面單元相互配合已調好的單元，在與后續單元再次配合調整時千萬不能再做調整，否則會造成后續配合調好而前面配合位置又改變了。03項目分析

04知識準備

1．I/O接口通信設計、連接與測試（1）I/O通信原理示意圖外部直流給兩臺PLC1和PLC2的1L+供電，同時將兩電源的24V端連接在一起；1M分別連接各自電源的0V；Q0.0連接到PLC2的I0.0；PLC2的輸出端口Q0.0連接到PLC1的I0.0。

圖12-8I/O通信原理示意圖（2）I/O通信的連接圖中Q1.0和Q1.1或I1.0和I1.1組合用于傳送編碼的工件類型信息，Q1.3和I1.2、Q1.2和I1.3傳送前后單元之間運行狀態信息。圖12-9通信信號指向關系圖04知識準備

（3）I/O接口通信指向信號地址表12-1IO通信接口表04知識準備

（4）認識I/O通信模塊I/O通信模塊是一個I/O通信信號轉接模塊。I/O通信模塊接線端為上、下兩層端子結構，上層為I/O通信信號輸出接口，用于直流24V電源和PLC輸出端口的接線；下層為I/O通信信號輸入接口，為24V直流電源和PLC輸入端口的接線端。圖12-10IO口通信模塊圖圖12-10IO口通信模塊圖

PLC中用于進行通信的輸入口對應連接到I/O通信模塊下層的I0、I1、I3、I4接口上；PLC中用于進行通信輸出口對應連接到I/O通信模塊上層的O0、O1、O3、O4接口上；I/O通信模塊的電源接線端引入PLC輸入端電源24V。D型公端口的通信電纜前后兩單元的I/O通信模塊連接起來。04知識準備

（5）I/O通信測試（a）PLC1調試程序（b）PLC2調試程序圖12-11IO口通信測試程序04知識準備

2．基于I/O接口通信的兩個單元聯機調試聯機后要考慮設備運行的安全，供料單元供料時要檢查檢測單元是否做好接收準備。檢測單元請求供料單元供料時，也要等待供料單元是否準備好輸送工件，否則就不能協調運行。兩單元之間的制約協調關系是通過信息的交換（通信）解決的。圖12-12供料單元和檢測單元IO口連接（1）I/O的接口數量的規劃

在供料單元中只需要2根向檢測單元發送/接收通信信息的通信接線，分別用于接收檢測單元的供料請求信號和向檢測單元發送供料完成信號。表12-2供料單元與檢測單元I/O通信地址分配04知識準備

（2）供料單元的通信控制工藝流程圖圖12-13供料單元的通信控制流程圖（3）檢測單元的通信控制工藝流程圖圖12-14檢測單元的通信控制流程圖（4）編寫I/O通信程序1）等待檢測單元請求供料程序聯網運行狀態下，當接收到檢測單元的請求供料信號時，方可執行后面的供料操作。圖12-15等待檢測單元請求供料程序04知識準備

2）供料單元發送完成信號程序待供料單元供料完成回到初始位置，向檢測單元發送供料完成信號,同時判斷有無供料請求信號，無請求信號后，再進行后續工序中。圖12-16供料單元程序04知識準備

3）向供料單元請求供料信號程序檢測單元回到初始位置后，檢測到無工件時，向供料單元發送請求供料信號；待接收到供料完成信號后，才能執行后續工序程序。實訓應注意事項：（1）供料單元和檢測單元拉開一段距離（2）把單/聯開關關到ON（3）兩單元上電后，先復位后面單元，后復位前面單元（4）兩個單元并未實際的連接起來需要通過人工“輔助”（5）多次運行程序，觀察兩站之間是否能協調運行圖12-17向供料單元請求供料信號程序04知識準備

3．基于I/O接口通信的整條生產線聯機調試三個單元的聯機運行中，當加工單元返回到初始位置后，向檢測單元發出供料請求，檢測單元才可以給加工單元供料。由于檢測單元可進行工件材質、顏色信號的辨別，因此檢測單元對加工單元增加了工件信息內容的傳遞要求，同時加工單元也需要接收檢測單元的工件信息和運行狀態信息。（1）I/O的接口數量的規劃檢測單元需要2根通信線；檢測單元與加工單元組成系統時，檢測單元還要向加工單元傳遞工件信息，因此檢檢測單元還要有2根通信線用于發送工件信息給加工單元。同理，加工單元需要4根的通信線。圖12-18供料單元和檢測單元、加工單元IO口連接04知識準備

（2）I/O通訊地址分配表12-3供料單元與檢測單元、加工單元I/O通信地址分配04知識準備

（3）檢測單元設計工藝流程圖12-19檢測單元設計流程圖（4）加工單元設計工藝流程圖12-20加工單元設計流程圖（5）檢測單元向加工單元發送信息檢測單元接收加工單元的供料請求信號(I2.3)，有請求信號檢測單元輸送工件，輸送工件完成向加工單元發送工件完成信號和工件類型信息。工件類型信息存儲V1002.0和V1002.1地址中。圖12-21檢測單元向加工單元發送信息程序04知識準備

（6）檢測單元接收加工單元供料請求程序當檢測單元供料完成回到初始位置時，再次判斷有無加工單元的供料請求信號，無請求信號，方可執行后續工序。圖12-22檢測單元接收加工單元供料請求程序04知識準備

（7）加工單元供料請求和接收工件信號程序Q1.2為檢測單元發送供料請求信號，I1.2加工單元等待接收檢測單元供料完成信號，同時接收檢測單元采集的工件類型信息，將其存儲在V1003.0和V1003.1地址中，以供下次使用。圖12-23加工單元供料請求和接收工件信號程序04知識準備

（8）加工單元通信控制工藝流程圖圖12-24加工單元通信控制工藝流程圖（9）搬運單元通信控制工藝流程圖圖12-25搬運單元通信控制工藝流程圖（10）提取安裝單元通信控制工藝流程圖圖12-26提取安裝單元通信控制工藝流程圖（11）分揀輸送單元通信控制工藝流程圖圖12-27分揀輸送單元通信控制工藝流程圖圖12-28操作手單元通信控制工藝流程圖（12）操作手單元通信控制工藝流程圖（13）立體存儲單元通信控制工藝流程圖圖12-29立體存儲單元通信控制工藝流程圖05器材準備

名稱型號數量變頻器MM4201可編程控制器S7-200SMART1交流電機

1外接部件

1導線

106項目實施（一）PPI通信系統連接與測試1.網絡連接器網絡連接器是一種能與RS-485兼容的9針D型連接器，D型連接器的插座與總線站相連接，D型網絡連接器的插頭與連接電纜連接。包括兩種類型：（1）不帶編程口不帶編程口的插頭用于一般聯網。（2）帶編程口編程口的插頭可以在聯網的同時仍然提供一個編程連接端口，用于編程或者連接HMI等。（3）西門子的網絡連接器內置終端電阻：在線型網絡兩端，并聯在一對通信線上的電阻。兩個終端電阻并聯后的值應當基本等于傳輸線在通信頻率上的特性阻抗。內置偏置電阻：偏置電阻用于在電氣情況復雜時確保A、B信號的相對關系，保證“0”、“1”信號的可靠性。表12-5網絡連接器的管腳分配針引腳名稱設計描述1SHIELD屏蔽或功能地2M2424V輔助電源輸出的地線3RXD/TXD-P接收/發送數據正端，RS-485的B信號線4CNTR-P方向控制信號正端5DGND數據基準電位6VP+5V供電電源，與100歐電阻串聯7P24+24V輔助電源輸出的正端8RXD/TXD-N接收/發送數據負端，RS485的A信號線9CNTR-N方向控制信號負端06項目實施2.通信網絡部認知通信連接電纜型號有多種，其中使用比較廣泛的是PROFIBUS電纜。PROFIBUS電纜的最大長度取決于通信波特率和電纜的類型。如圖所示該電纜是屏蔽的雙絞線，在屏蔽層內部有紅、綠的信號線。標準的PROFIBUS電纜與網絡連接器連接，包括：剝離電纜、打開網絡連接器、連接芯線。注意首末兩個連接器要把開關撥到“ON”，中間的均撥到“OFF”。圖12-31電纜與網絡連接器連接示意圖圖12-30雙絞線06項目實施3.

控制要求進行兩臺PLC之間的PPI通信控制測試。當一號PLC作為主站發送啟動、停止信號給二號PLC，使二號PLC接收到信號后，PLC輸出端Q1.0指示燈輸出指示；一號PLC讀取作為從站的二號PLC的通信信息，使一號PLC的輸出端Q1.6指示燈輸出指示。（1）硬件連接將制作完成的PPI通信電纜的網絡連接器分別連接到一號PLC和二號PLC的端口0上，并將其用螺釘旋具鎖緊，完成兩PLC進行PPI通信硬件上的連接。（2）連接芯線PPI網絡的實現有兩種形式，一種是直接調用NETR/NETW指令來配置PPI，另一種是利用指令向導來配置PPI網絡。在命令菜單中選擇“工具”→“指令向導”，在指令向導窗口選擇。06項目實施配置網絡讀/寫操作對話框，在“您需要配置多少項網絡讀/寫”中輸入“2”。通信端口配置和子程序命名對話框，選擇PLC的“端口0”作為通信端口；可以給子程序命名或使用默認的名稱。圖12-34子程序命名對話框圖12-32窗口選擇圖12-33配置網絡讀/寫操作對話框06項目實施

在網絡讀/寫操作第1項中選擇配置“NETR”操作，從遠程PLC讀取的數據長度為1個字節，將遠程PLC地址選擇2，本地PLC數據存儲在VB2001中，從遠程PLC的VB2001讀取數據。（3）配置實現的兩臺PLC之間的數據通信區在此對話框中可以看到所選的配置的生成項目組件子程序“NET_EXE”和全局符號表“NET_STMS”，單擊“完成”。在程序編輯器指令樹的“調用子程序”中，調用“NET_EXE(SBR1)”，了解NET_EXE子程序各參數的含義。

圖12-35網絡讀/寫操作對話框圖12-36數據通信對話框06項目實施圖12-38一號PLC設置通道端口設置圖12-39二號PLC的通信端口設置二號PLC的通信端口設置方式與一號PLC的設置方式相同，只要將“端口0”的PLC地址為“2”(即一號PLC里配置的遠程PLC地址)。06項目實施一號PLC的通信測試程序：圖12-40一號PLC的通信測試程序06項目實施二號PLC通信測試程序：圖12-41二號PLC的通信測試程序06項目實施站名通信地址地址含義供料單元（主）V1001.2向檢測單元發送供料完成信號V2001.0接收檢測單元的請求供料信號檢測單元（從）V1001.2接收供料單元供料完成信號V2001.0向供料單元發送請求供料信號（二）基于PPI通信的兩個單元聯機調試供料單元與檢測單元PPI通信前，必須預先合理規劃這兩個單元之間的通信數據信息。兩個單元通信時，供料單元作為主站，因此網絡讀寫操作應在供料單元中配置。根據兩個單元的PPI通信數據分配，在此只要在讀/寫指令向導中配置一個網絡讀操作和一個網絡寫操作即可。表12-6PPI通信聯機調試地址分配06項目實施圖12-43兩個單元的PPI通信數據分配2圖12-42兩個單元的PPI通信數據分配106項目實施1.供料單元的通信控制部分處理程序圖12-44供料單元的通信控制部分處理程序06項目實施2.檢測單元的通信控制部分處理程序圖12-45檢測單元的通信控制部分處理程序06項目實施3.兩個單元的聯機調試方法調試前，供料單元和檢測單元拉開一定距離，以避免因程序出錯導致兩個單元的機構發生碰撞。運行并監控供料單元程序，若通信子程序的參數Cycle值在0和1之間周期性變化，則說明這兩個單元已經通信上；否則通信出錯，那么根據Cycle錯誤代碼找出出錯原因進行排除。檢查PPI網絡連接線是否接好；通過軟件檢查兩個單元PLC通信端口地址是否設置正確，通信波特率設置是否一致。（三）基于PPI通信的整條生產線聯機調試1.三個單元PPI通信控制要求檢測單元接收供料單元工件，進行工件材質、顏色、工件高度的檢測，根據檢測結果判斷工件是否合格，若不合格則把工件剔除；若工件合格，送往準備接收檢測單元工件的加工單元。待檢測單元供料完成后，加工單元開始加工工件，直到完成工件加工為止。2.三個單元PPI通信硬件和軟件連接硬件連接時，只要將中間的網絡連接器的的終端電阻開關撥到“OFF”，首尾兩端的網絡連接器的終端電阻的開關撥到“ON”位置。軟件上，必須將該三單元PLC的通信波特率設置相同，但通信端口的地址不同。06項目實施站

名通信地址地址功能供料單元（1號站）V1001.2向檢測單元發送供料完成信號V2001.0接收檢測單元的請求供料信號檢測單元（2號站）V1001.2接收供料單元供料完成信號V1002.0向加工單元發送工件信息V1002.1向加工單元發送工件信息V1002.2向加工單元發送完成信號V2001.0向供料單元發送請求供料信號V2002.0接收加工單元請求供料信號加工單元（3號站）V1002.0接收檢測單元工件狀態信息V1002.1接收檢測單元工件狀態信息V1002.2接收檢測單元供料完成信號V2002.0向檢測單元發送請求供料信號3.三個單元通信數據規劃表12-7三個單元通信數據規劃地址