2. 硬件系统搭建：S7-1200 PLC与G120变频器选型、主电路与控制电路接线、电源与接地规范
好了，咱们正式开始动手。这一章，我带你把硬件搭起来。
很多人觉得硬件接线就是照着图纸拧螺丝，没什么技术含量。其实不然。我见过太多项目，程序写得漂漂亮亮，结果一上电就烧模块——十有八九是硬件没处理好。说白了，硬件是骨架，软件是血肉。骨架歪了，后面全白搭。
2.1 选型那些事儿：S7-1200 与 G120 怎么配？
选型是第一步，也是最容易踩坑的一步。我个人习惯，先定变频器，再选PLC。为什么？因为变频器要匹配电机，电机参数是死的，而PLC的IO点数可以灵活扩展。
2.1.1 G120变频器选型要点
G120是个大家族，分CU控制单元和PM功率模块。我建议你重点关注这几点：
- 功率模块（PM）： 根据电机额定电流选，留10%-20%余量。我在项目里吃过亏，电机22kW，选了刚好22kW的PM模块，结果夏天车间温度一高，变频器频繁过温报警。后来换成30kW的模块，再没出过问题。
- 控制单元（CU）： 做联调，CU250S-2是最佳选择。它支持PROFINET，带安全功能，性价比高。CU240E虽然便宜，但少了很多工艺功能，后面想加就麻烦了。
- 操作面板： 建议配一个BOP-2。调试时不用抱着电脑蹲在电柜前，方便很多。
重要： G120的订货号很讲究。比如 6SL3210-1KE21-3UF1，每个字段都有含义。采购时一定要核对功率、电压等级和防护等级（IP20还是IP55）。
2.1.2 S7-1200 PLC选型要点
S7-1200选型相对简单。我一般这样选：
- CPU型号： 1214C或1215C。1214C性价比高，1215C多了两个高速计数通道和一路模拟量输出。如果你要控制伺服或做高速计数，直接上1215C。
- 通信模块： 必须配CM1241 RS485模块。G120的RS485接口是标准配置，用MODBUS RTU通信，成本低又稳定。
- 数字量扩展： 根据现场按钮、传感器数量来。一般预留20%余量，方便后期加功能。
我的经验： 选型时别只看价格。S7-1200的固件版本也很重要。V4.4以上版本支持PROFINET RT，通信速度比V4.0快不少。订货时记得问清楚固件版本。
2.2 主电路接线：从断路器到电机，电流怎么走？
主电路就是强电部分。嗯，这里要打起精神，安全第一。
2.2.1 主电路拓扑结构
先看一张我画的接线图，帮你理清思路：
2.2.2 接线步骤与规范
实际操作时，我按这个顺序来：
- 电源侧： 三相L1、L2、L3接断路器上口。断路器下口接输入电抗器（如果有的话）。电抗器输出接G120的L1、L2、L3端子。
- 电机侧： G120的U、V、W端子接电机。注意相序！我遇到过有人把U和W接反，电机反转，差点把设备搞坏。
- 制动电阻（可选）： 如果电机需要快速制动，在G120的R1、R2端子接制动电阻。电阻功率按变频器手册选。
警告： 主电路接线前，必须确认断路器处于断开状态，并用万用表测量确认无电。我曾经有一次忘记断电，螺丝刀碰到L1端子，火花四溅，手都麻了。安全无小事。
2.3 控制电路接线：PLC怎么指挥变频器？
控制电路是弱电部分，但同样重要。这里我重点讲两种方式：数字量控制和通信控制。
2.3.1 数字量控制（硬接线）
这种方式简单粗暴，适合对速度精度要求不高的场合。
| PLC输出点 | G120端子 | 功能说明 |
|---|---|---|
| Q0.0 | DI1 (端子5) | 启动/停止（高电平启动） |
| Q0.1 | DI2 (端子6) | 正转/反转 |
| Q0.2 | DI3 (端子7) | 多段速选择1 |
| Q0.3 | DI4 (端子8) | 多段速选择2 |
| AI0 (模拟量) | AI1 (端子3-4) | 0-10V模拟量速度给定 |
接线时注意：G120的DI端子是24V PNP逻辑，PLC输出也要用PNP型。如果PLC是NPN输出，需要加中间继电器转换。我在一个项目里就吃过这个亏，PLC输出直接接G120，结果信号死活不响应，查了半天才发现是电平不匹配。
2.3.2 通信控制（PROFINET）
这才是现代工业控制的主流方式。一根网线搞定所有。
- 硬件连接： S7-1200的PROFINET口（X1口）用标准网线连到G120的X150口。如果距离超过100米，中间加交换机。
- IP地址设置： PLC设为192.168.0.1，G120设为192.168.0.2。子网掩码统一为255.255.255.0。
- 设备名称： G120的设备名称必须与TIA Portal中组态的名称一致。我习惯用"G120_Drive"这种命名方式，清晰明了。
小技巧： 通信线用屏蔽双绞线，屏蔽层单端接地（在PLC侧接地）。这样可以有效抑制电磁干扰。我在一个变频器密集的车间里试过，不接地时通信偶尔中断，接地后稳如老狗。
2.4 电源与接地规范：别让噪声毁了你的系统
电源和接地，是硬件系统里最容易被忽视，但也是最重要的部分。你想想看，变频器工作时会产生大量谐波和电磁干扰，如果电源和接地处理不好，PLC可能会莫名其妙地死机、通信中断，甚至烧毁IO模块。
2.4.1 电源分配
我建议采用独立供电方案：
- PLC电源： 用单独的24V开关电源供电，不要和变频器的控制电源共用。PLC的24V电源容量至少2A。
- 变频器控制电源： G120的CU控制单元需要24V供电，可以从PM功率模块的24V端子取电，也可以外接开关电源。我习惯外接，这样即使主电路断电，控制单元仍然有电，可以查看故障记录。
- 传感器电源： 如果现场有接近开关、光电传感器等，再配一个24V开关电源，与PLC电源隔离。
2.4.2 接地规范
接地是门学问。我总结了几条铁律：
- 单点接地： 所有设备的接地线汇集到一点，再接入大地。避免形成接地环路。接地环路上会产生感应电流，干扰信号。
- 接地线径： 主电路接地线不小于4mm²，控制电路接地线不小于1.5mm²。接地电阻小于4Ω。
- 屏蔽层接地： 通信电缆的屏蔽层在PLC侧单端接地。变频器侧悬空。我在一个项目里试过两端接地，结果地环流把通信芯片烧了。
- 变频器接地： G120的PE端子必须可靠接地。接地线尽量短，不要盘成线圈。线圈在高频下会变成电感，影响接地效果。
核心原则： 强电地、弱电地、机壳地，最终都要汇到同一个接地排上。但走线要分开，强电和弱电的接地线不要平行走，保持20cm以上距离。
2.5 避坑指南：我踩过的那些坑
最后，分享几个我亲身经历过的教训，希望能帮你少走弯路。
- 坑1：变频器干扰PLC通信 —— 我曾经在一个项目里，变频器一启动，PLC和上位机的通信就断。查了三天，最后发现是变频器的输出电缆没有用屏蔽线，而且和通信线绑在一起走线。后来换成屏蔽电缆，分开走线，问题解决。
- 坑2：电机接地不良导致漏电保护跳闸 —— 有一次调试，只要变频器一运行，漏电保护器就跳。用万用表一量，电机外壳对地有110V电压。原来是电机接线盒里的接地螺丝没拧紧。拧紧后一切正常。
- 坑3：PLC输出点烧毁 —— 有学员问我，为什么PLC的Q0.0点用了两天就坏了。我让他检查负载，发现他直接驱动了一个24V的接触器线圈，没有加续流二极管。线圈断电时产生的反向电动势把输出点击穿了。加一个二极管，问题解决。
嗯，硬件搭建就讲到这里。记住一句话：接线前多花10分钟检查，调试时就能少花2小时查故障。下一章，我们开始配置软件，让PLC和变频器真正“聊”起来。