何淼

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300）

西門子S7—1200有著很多強(qiáng)大的功能，配有PROFINET集成接口、靈活的擴(kuò)展能力以及具有集成工藝特點(diǎn)，能夠提供簡易的通信和行之有效的解決方案，供多種工藝任務(wù)的需求，特別是能夠提供多種應(yīng)用所需的特性各異的自動(dòng)化需求。其中，計(jì)數(shù)器是S7—1200提供的一種用來累計(jì)輸入脈沖個(gè)數(shù)的編程元件，在實(shí)際應(yīng)用中用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)或完成復(fù)雜邏輯控制任務(wù)。

1 接通延時(shí)計(jì)數(shù)器的使用

在S7—1200的PLC中，可以使用計(jì)數(shù)器指令對(duì)內(nèi)部程序事件和外部過程事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。每個(gè)計(jì)數(shù)器都使用數(shù)據(jù)塊中存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)來保存計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)。用戶在編輯器中放置計(jì)數(shù)器指令時(shí)分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊。

S7—1200PLC有3種計(jì)數(shù)器：加計(jì)數(shù)器CTU、減計(jì)數(shù)器CTD、加減計(jì)數(shù)器CTUD。在調(diào)用指令時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成保持計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)的背景數(shù)據(jù)塊。這些指令屬于軟件計(jì)數(shù)器，其最大計(jì)數(shù)速率受其所在的OB的執(zhí)行速率限制。如果需要速率更高的計(jì)數(shù)器，可以使用CPU內(nèi)置的高數(shù)計(jì)數(shù)器。選用西門子S7—1200加計(jì)數(shù)器CTU，在完成CTU用法探討后，通過分析自動(dòng)線上產(chǎn)品數(shù)量檢測裝置的控制要求，分配其I/O，設(shè)計(jì)其梯形圖，最終完成自動(dòng)生產(chǎn)線上產(chǎn)品數(shù)量檢測的PLC控制。

1.1 計(jì)數(shù)器指令

本文選用CPU為1214C DC/DC/DC的西門子S7—1200PLC，編程軟件用博途V15。在博途V15環(huán)境下添加計(jì)數(shù)器時(shí)，先在項(xiàng)目樹中，打開OB1，然后在指令樹中，拖拽CTU計(jì)數(shù)器指令到程序段中，系統(tǒng)自動(dòng)打開背景數(shù)據(jù)塊選擇對(duì)話框，單擊確認(rèn)按鈕，采用默認(rèn)設(shè)置，系統(tǒng)就會(huì)給計(jì)數(shù)器自動(dòng)分配背景數(shù)據(jù)塊，如圖1所示。

圖1 CTU計(jì)數(shù)器

在圖1中，%DB1“IEC_Counter_0_DB”為計(jì)數(shù)器背景數(shù)據(jù)塊，由系統(tǒng)自動(dòng)生成；單擊“Int”可以選擇計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)類型（Int、SInt、DInt、UInt、USInt、UDInt等），計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍取決于所選的數(shù)據(jù)類型；CU為計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端，即啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的條件；PV為計(jì)數(shù)器的預(yù)設(shè)值；R為計(jì)數(shù)器的復(fù)位端；CV為存儲(chǔ)計(jì)數(shù)器當(dāng)前值的地址；Q為計(jì)數(shù)器的輸出值。

1.2 計(jì)數(shù)器工作過程

S7—1200計(jì)數(shù)器使用一個(gè)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)塊中的結(jié)構(gòu)來保持計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)。在工作區(qū)中，放置定期器指令時(shí)要求分配該數(shù)據(jù)塊，也就是說使用計(jì)數(shù)器時(shí)，要為其分配背景數(shù)據(jù)塊。下面利用時(shí)序圖2，說明接通計(jì)數(shù)器的工作過程。

圖2 計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖

圖2是計(jì)數(shù)值為無符號(hào)整數(shù)的CTU時(shí)序圖（其中預(yù)設(shè)值PV=3），每當(dāng)計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端CU的值從0變?yōu)?時(shí)，加計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值CV=CV+1。當(dāng)CV≥PV時(shí)，計(jì)數(shù)器的輸出端被置為1。這時(shí)若再加計(jì)數(shù)器脈沖，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值仍然不斷增加，直到所選計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)類型的范圍限值。當(dāng)復(fù)位端R的值從0變?yōu)?，計(jì)數(shù)值的當(dāng)前值和輸出狀態(tài)就重置為0。

2 計(jì)數(shù)器控制產(chǎn)品數(shù)量檢測

2.1 控制要求

自動(dòng)生產(chǎn)線上產(chǎn)品數(shù)量檢測裝置控制要求如下。啟動(dòng)按鈕、停止按鈕控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，電機(jī)拖動(dòng)傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，以驅(qū)動(dòng)傳送帶傳輸工件，光電傳感器檢測通過產(chǎn)品的數(shù)量，每湊夠3個(gè)產(chǎn)品，機(jī)械手動(dòng)作1次，進(jìn)行包裝，機(jī)械手動(dòng)作后延時(shí)2s，把機(jī)械手電磁鐵切斷。

2.2 I/O分配

根據(jù)自動(dòng)生產(chǎn)線上產(chǎn)品數(shù)量檢測裝置的控制要求可知，有啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、光電傳感器共計(jì)3個(gè)數(shù)字量輸入，有電機(jī)、機(jī)械手共計(jì)2個(gè)數(shù)字量輸出，因此本文選擇的CPU為1214C DC/DC/DC的西門子S7—1200PLC可以滿足其硬件要求，表1是產(chǎn)品數(shù)量檢測的I/O分配表。

表1 產(chǎn)品數(shù)量檢測的I/O分配表

2.3 梯形圖

在設(shè)計(jì)產(chǎn)品數(shù)量檢測的梯形圖時(shí)，先借助輔助繼電器M，利用“啟保停”編程方法，實(shí)現(xiàn)M0.0的啟動(dòng)和停止；然后用M0.0啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；用M0.0與光電傳感器I0.2作為計(jì)數(shù)器CTU的脈沖輸入端，而計(jì)數(shù)器CTU的復(fù)位端則用定時(shí)器TON的常閉觸點(diǎn)或M0.0接通一次的信號(hào)；再用計(jì)數(shù)器的常開觸點(diǎn)使機(jī)械手Q0.1得電，并且同時(shí)驅(qū)動(dòng)5s開始計(jì)時(shí)TON；最后用TON的常閉觸點(diǎn)斷開Q0.1，使機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)。

2.4 系統(tǒng)調(diào)試

打開博途V15編程軟件，首先創(chuàng)建新項(xiàng)目，在“設(shè)備組態(tài)”中，選擇控制器的PLC類型、CPU型號(hào)、CPU訂貨號(hào)和PLC版本號(hào)，然后完成以太網(wǎng)地址的設(shè)置，再在“程序塊—Main—OB1”中，輸入圖3設(shè)計(jì)的梯形圖，最后再分別將項(xiàng)目樹中的“設(shè)備組態(tài)”和“OBI梯形圖”下載到PLC中。此時(shí)，只需根據(jù)產(chǎn)品數(shù)量檢測的I/O分配，完成其PLC的外部接線后，按下啟動(dòng)按鈕I0.0閉合，M0.0線圈得電并自鎖，其常開觸點(diǎn)閉合，Q0.0線圈得電，傳送帶電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；隨著傳送帶的運(yùn)動(dòng)，光電傳感器每檢到一個(gè)工件都會(huì)給計(jì)數(shù)器CTU脈沖，當(dāng)脈沖數(shù)為3時(shí)，CTU輸出狀態(tài)置位為1，其常開觸點(diǎn)閉合，O0.1得電，機(jī)械手把貨物抓走，與此同時(shí)，定時(shí)器TON開始計(jì)時(shí)，5秒后O0.1斷開，機(jī)械手復(fù)位。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖3 梯形圖

3 結(jié)語

本文在檢測自動(dòng)線上產(chǎn)品的數(shù)量時(shí)，采用S7—1200的CTU計(jì)數(shù)器，從CTU計(jì)數(shù)器的使用、程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試3個(gè)方面進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和論證，從而證明采用CTU計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)的控制自動(dòng)生產(chǎn)線產(chǎn)品數(shù)量檢測的PLC程序，不但滿足了控制要求。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)量檢測的目的，而且系統(tǒng)精確度高、修改和監(jiān)視也方便。