西门子S7_1200的设计与应用第1讲自动分拣装置的PLC控制

Column专栏AUTOMATIONPANORAMA2011.0550西门子S7-1200的设计与应用PLCControlledAutomaticSortingDevice1前言PLC自上世纪60年代第一台问世以来，很快被应用到汽车制造、机械加工、冶金、矿业、轻工等各个领域，并大大推进了机电一体化进程。经过长时间的发展和完善，PLC的编程概念和控制思想已为广大的自动化行业人员所熟悉，这是一个目前任何其他工业控制器（包括DCS和FCS等）都无法与之相提并论的巨大知识资源。西门子S7-1200作为中小型PLC的佼佼者，无论在硬件配置和软件编程上都具有强大的优势。2金属与非金属自动分拣装置的组成部分金属与非金属自动分拣装置如图1所示，当落料光电传感器检测到有物料后，马上启动输送电动机；当物料经过推料一位置，如果电感式传感器动作，则说明该物料为金属，则气缸动作将物料推入到金属料槽中；当物料未被电感式传感器识别时，而被输送到推料二位置，此时如果电容式传感器动作，则说明必定为非金属物料，气缸动作将其推入到塑料料槽中。图1自动分拣机构[变频器与PLC]第1讲自动分拣装置的PLC控制摘要：在以S7-1200为核心的控制系统中，输入/输出部分用以接收信号或输出信号，便于与PLC进行人机对话。输入的有条码读入器，输入模拟量的电位器等；输出的则有打印机、编程器等。随着技术进步，这种设备将更加丰富。通过自动分拣装置的实现，可以进一步将S7-1200应用到以前使用S7-200的任何场合中去。关键词：PLC；自动分拣装置；NPN传感器Abstract:InthethecontrolsystemwiththecoreofS7-1200,theinput/outputsectioncanbeusedtoreceivethesignalsoroutputthesignalswithPLCtofacilitateman-machinedialogue.Theinputdevicesincludebarcode,analoginputpotentiometer,etc,whiletheoutputdevicesareprinters,programmingdevices,etc..Astechnologyadvances,thedeviceswillbecomemoreabundant.Achievedthroughtheautomaticsortingdevice,S7-1200canbefurtherappliedtotanyoccasionwhichispreviouslyusedbyS7-200.Keywords:PLC;AutomaticSortingDevice;NPNSensor浙江工商职业技术学院李方园G-专栏.indd 502011-5-26 16:50:362011.05AUTOMATIONPANORAMA51自动分拣机构具体包括以下几部分：•落料光电传感器：检测是否有物料到传送带上，并给PLC一个输入信号；•放料孔：物料落料位置定位；•金属料槽：放置金属物料；•塑料料槽：放置非金属物料；•电感式传感器：检测金属材料；•电容式传感器：用于检测非金属材料；•三相异步电动机：驱动传送带转动，低速运行；•推料气缸：将物料推入料槽，由双向电控气阀控制。3物料自动分拣用的检测开关（1）金属分拣用的电感式传感器电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的，如图2所示。图2电感式传感器工作原理在物料分拣中，电感式传感器工作流程如图3所示，金属物体在接近电感式传感器的振荡感应头时，会在物体内部产生涡流，这个涡流反作用于传感器，使传感器振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种电感式传感器所能检测的物体必须是金属物体。（2）物料分拣用的电容式传感器电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，很象“打开的”电容器电极，这两个电极构成一个电容，串接在RC振荡回路内。电源接通时，RC振荡器不振荡，当一目标朝着电容器的电靠近时，电容器的容量增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测金属物体，也能检测非金属物体，对金属物体可以获得最大的动作距离，对非金属物体动作距离决定于材料的介电常数，材料的介电常数越大，可获得的动作距离越大。图4所示为电容式传感器工作流程。电容式传感器亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种传感器的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体，在检测较低介电常数ε的物体时，可以调节传感器的内部电位器来增加感应灵敏度。图4电容式传感器工作流程（3）提升气缸的到位检测为了确保气缸动作的正确性，通常还要在气缸上安装传感器，用于检测气缸伸出和缩回是否到位。由于提升气缸的动作为开关形式，因此只需要在气缸的前点和后点上各安装一个，当检测到气缸准确到位后，就给PLC或上位机发出一个信号。由于气缸运动部件是处于金属壳体内部，这时就无法使用光电开关、电感开关等常用的接近开关来进行检测，在这种情况下可以考虑采用能测量永久变化的磁感应式接近开关。图5是利用磁性开关来测量气缸活塞运动位置的示意图。图3电感式传感器工作流程G-专栏.indd 512011-5-26 16:50:36Column专栏AUTOMATIONPANORAMA2011.0552图5磁性开关的安装位置用于气缸到位检测的磁性开关有不同的安装方式，主要有带式、导轨式、拉杆式和直接式四种。4S7-1200PLC的硬件部分接线（1）列出输入/输出资源配置根据自动分拣控制工艺要求，选择S7-1200作为PLC控制器，并列出物料传送和分拣机构的输入/输出资源配置，如表1所示。表1自动分拣装置的输入/输出资源配置序号输入地址说明序号输入地址说明1I0.0推料一气缸后限位1Q0.0推料一气缸(缩回)2I0.1推料一气缸前限位2Q0.1推料一气缸(推出)3I0.2推料二气缸前限位3Q0.2推料二气缸(缩回)4I0.3推料二气缸后限位4Q0.3推料二气缸(伸出)5I0.4电感式传感器(推料1气缸)5Q0.4传动带启停6I0.5电容式传感器(推料2气缸)7I0.6传送带物料检测光电传感器 （2）PLC外部接线原理无论是光电开关还是磁性开关，都有NPN和PNP输出两种接线方式。对于PLC来说，也有对应的两种输入接线方式，在本案例中接近开关和光电开关等均采用PNP接线，而输出电磁阀或接触器等采用直流24V线圈，具体如图6所示。5S7-1200的软件编程如表2所示，除输入信号和输出信号外，新增进口物料检测上升沿%M0.0布尔变量和未检测到物料定时器%MD4时间变量。表2自动分拣控制的PLC变量表本程序中需要注意的编程要点是：如果在设定时间（本案例为60s）内没有检测到新的物料的话，则传送带停止；如果在设定时间内有新的物料检测后，则定时器复位。因此，需要应用到复位定时器的指令“----[RT]----”，它可重置指定定时器的定时器数据。同时，由于需要检测上升沿信号，需要用到P触点，如图7所示。图7P触点它在分配的“IN”位上检测到正跳变（关到开）时，该触点图6自动分拣机构的PLC外部接线G-专栏.indd 522011-5-26 16:50:37Column专栏AUTOMATIONPANORAMA2011.0554图8自动分拣PLC控制梯形图6结束语在以S7-1200为核心的控制系统中，输入/输出部分用以接收信号或输出信号，便于与PLC进行人机对话。输入的有条码读入器，输入模拟量的电位器等；输出的则有打印机、编程器、监控器虽也可对PLC输入信息，从PLC输出信息，但输入输出设备实现人机对话更方便，可在现场条件下实现，并便于使用。随着技术进步，这种设备将更加丰富。通过本案例的实现，可以进一步将S7-1200应用到以前使用S7-200的任何场合中去。参考文献：[1]李方园.图解西门子S7-1200PLC入门到实践[M].北京:机械工业出版社,2011.[2]李方园.自动化综合实践[M].北京:中国电力出版社,2009.[3]李方园.PLC控制技术[M].北京:电子工业出版社,2010.李方园（1973-）男，浙江舟山人，毕业于浙江大学电气自动化专业，高级工程师，长期从事于变频器等现代工控产品的应用与研究工作。现在职就读于浙江工业大学信息学院工程硕士专业。的状态为TRUE；该触点逻辑状态随后与能流输入状态组合以设置能流输出状态。P触点可以放置在程序段中除分支结尾外的任何位置。图8所示是自动分拣装置的详细梯形图程序，本程序中定时器采用了单一背景数据块DB1。G-专栏.indd 542011-5-26 16:50:41