PLC与工业网络技术 课件 5-1 模块五项目一 码垛机器人包装工程

项目1

码垛机器人包装系统主讲人：张XX@常州科教城管理委员会()《XXXX教材名称》2CONTENTS任务一触摸屏画面设计与通讯项目三码垛机器人包装系统项目引入0

1项目描述02项目目标03项目分析04任务二码垛机器人的控制与运行任务三码垛机器人通讯设计任务描述任务分析知识链接任务实施任务描述任务分析知识链接任务实施任务描述任务分析知识链接任务实施项目引入为推进制造业“智改数转”，助推产线智能化转型，提高产线生产效率，降低成本，本项目旨在通过学习工业互联网相关技术，进一步提升多种设备之间的工业网络综合通讯技能，为传统制造业产线提供网络解决方案。项目围绕一个码垛机器人包装功能的实际竞赛项目案例展开，提供了通过主站西门子S7-300PLC和两台S7-200SmartPLC通讯实现项目基本控制要求，利用触摸屏实现系统的监控功能的解决方案。3项目描述货物通过传送带进行高低速运行搬运到机器人码垛区域，直角坐标系码垛机器人分别有X、Y、Z轴，三个轴分别由步进电机、伺服电机和三相异步电机控制，机械手由旋转气缸和抓取气缸控制，在码垛完成后运送至包装处进行纸箱包装，再有小车进行运送。达到节省时间、人力成本的效果。4本项目要求用触摸屏仿真。项目目标5□掌握PROFIBUS-DP通讯的基本原理；□掌握基于以太网的S7通讯的基本原理；□掌握触摸屏与PLC的通讯的以太网通讯方式；□能够实现PLC对三种电机进行控制；□能够实现S7-300与S7-200smart的PROFIBUS-DP通讯；□能够实现S7-300与S7-200smart的S7以太网通讯；□良好的安全、质量、时间意识；□培养精益求精，增强民族精神；□提升审美素养、强国有我的责任感；知识目标能力目标素质目标项目分析61.功能分析码垛机器人包装系统共由直角坐标系码垛机器人、货物传送带、纸箱码垛、运料小车和检测装置组成。系统运行过程如下：货物首先从进口进入→SQ1的位置通过货物传送带（M1）→进入检测货物的尺寸（检测装置输出模拟量）→直角坐标系机器人完成货物的码垛→码垛封箱→通过运料小车（M5）运到SQ4位置。直角坐标系码垛机器人分别有X、Y、Z轴，三个轴分别由步进电机、伺服电机和三相异步电机控制，机械手由旋转气缸和抓取气缸控制。TASKONE触摸屏画面设计与通讯任务描述|任务分析|任务实施在本次任务中，触摸屏画面以控制功能为主，由于码垛机器人包装系统设备具备两种工作模式，分别是：模式一手动调试检测模式；模式二码垛机器人包装模式。在设备上电后触摸屏还需要有欢迎界面，欢迎界面中需要显示触摸屏与PLC的通讯状态，还要增加企业logo、企业文化等元素丰富触摸屏元素，提升触摸屏的美观度。任务描述8图1-1触摸屏设计构成任务分析9图1-2硬件结构图本系统采用西门子S7-300作为控制器主站，MCGS触摸屏和主站PLC采用以太网模式进行通信，触摸屏与西门子S7-300PLC之间通过网线连接，进行PROFINET通讯。触摸屏实时监控智能分拣控制系统，可以通过触摸屏手动控制码垛机器人的运行参数，并实时监控记录码垛机器人运行情况。根据控制要求，电气系统控制框图如图1-2所示任务实施101.欢迎界面组态1.设备上电后触摸屏进入欢迎界面，欢迎界面中需要显示触摸屏与PLC的通讯状态，如图1-3所示，点击“进入调试界面”按钮，设备进入调试检测模式。2.可在欢迎界面上加上公司logo或企业品牌文化，制作画面切换功能，根据需求进行设计。图1-3欢迎界面参考图任务实施111.手动调试检测模式界面组态图1-4手动调试模式参考界面设备进入手动调试检测模式后，触摸屏出现手动调试检测界面一，调试画面可参考图1-5进行制作。通过按下选择调试按钮，选择需要调试的电机，当前电机指示灯亮。按下SB1启动按钮，选中的电机将进行调试运行。每个电机调试完成后，对应的指示灯消失。任务实施121.手动调试检测模式界面组态图1-4手动调试模式参考界面制作电机指示按钮指示灯。制作参数设定输入/输出框。M2电机正反转显示。日期时间。画面切换按钮。画面设置要点任务实施132.货物码垛手动调试界面图1-5货物码垛手动调试界面界面如图1-5所示，按下开始检测，可以通过旋转电位器记录货物长度、宽度和高度，并显示在触摸屏上，单位为厘米。此外，还需要对托盘码货要求进行设置：托盘码货要求的长宽高需要由触摸屏进行设定，例如可以将托盘码货要求设置为：长×宽×高=36×24×30，单位为厘米。任务实施142.货物码垛手动调试界面图1-5货物码垛手动调试界面检测按钮。输入输出域。检测到的物料长宽高作为输出域，注意数据类型为浮点型数据，显示小数点后面一位；画面切换按钮。需要可以切换到上一个手动调试界面。货物检测和托盘参数需要导入相应的示意图作为图片插入，并制作相应的标题，注意界面的美观性。画面设置要点任务实施153.码垛机器人自动运行码垛界面组态图1-6码垛机器人码垛界面示意图当系统切换进入到码垛机器人包装模式后，触摸屏自动进入运行模式画面，出现“码垛机器人包装模式”字样。码垛机器人包装画面要求：显示码垛机器人码垛各流程工作状态和码垛过程。工作状态触摸屏中应该显示当前运送货物的数量和完成一次托盘码货所需时间。码垛过程触摸屏画面托盘上应当有各层货物位置布置指示，布置指示要体现货物长宽放置状态；有货物进入时，对应位置显示已存放货物的顺序号。任务实施163.码垛机器人自动运行码垛界面组态图1-6码垛机器人码垛界面示意图自动运行模式。工作流程显示。码垛过程显示。画面报警弹窗。画面切换按钮。画面设置要点1）欢迎界面：通过欢迎界面可以观察PLC与触摸屏是否通讯正常，可以通过欢迎界面进入手动模式。2）手动模式：设备进入手动调试检测模式后，触摸屏出现手动调试检测界面一，所有电机调试结束后，点击下一页，系统进入手动调试检测界面二，手动调试检测界面二设置完成后，按下SB3，系统将切换进入到码垛机器人码垛模式。在未进入码垛机器人码垛模式时单台电机可以反复调试。3）自动模式：切换进入到码垛机器人包装模式后，触摸屏自动进入运行模式画面，可以通过画面切换按钮随时回到欢迎界面和手动界面。任务实施17调试运行TASKTWO码垛机器人的控制与运行任务描述|任务分析|任务实施在这一任务里需要进行PLC编程，将PLC与硬件设备进行正确连接，并实现码垛机器人的相应功能。任务描述19图2-1系统控制功能任务分析20图2-2硬件结构图根据控制要求进行PLC程序编写，在码垛机器人的控制与运行程序编写中分为手动控制和自动控制两部分。在手动控制部分，需要对三相异步电机、步进电机、伺服电机等进行控制，其中需要调速的电机通过变频器进行模拟量控制调速；自动状态需要通过测量货物大小，进行码垛路径规划。任务实施211.控制功能分析货物传送带由M1驱动，其中M1为双速电机，可实现低速与高速的切换运行；机器人Z轴由电机M2驱动，M2为三相异步电机，由变频器控制，可以进行多段速或模拟量方式设置，电机正转时Z轴垂直向下运行；Y轴由电机M3驱动，M3为步进电机，步进电机参数设置如下：步进电机旋转一周需要1000个脉冲一周行走4mm，电机正转时Y轴延正向运行；X轴由电机M4驱动，M4为伺服电机；伺服电机参数设置如下：伺服电机旋转一周需要1600个脉冲一周行走6mm，电机正转时X轴延正向运行。送料小车由M5驱动，M5为三相异步电机（带速度继电器），只进行正转运行。电机旋转以面向电机“顺时针旋转为正向,逆时针旋转为反向”为准。任务实施222.主站设备组态设备使用了一台主站西门子S7-300系列PLC和两台从站200SMART，输入指令信号包括：传感器信号、变频器输入等，输出控制信号包括：变频器驱动信号、状态显示、气缸控制等，PLCI/O信号分配见表所示。电机方案西门子S7-300+S7-200Smart方案订货号HMI、M1315F-2PN/DP6ES7315-2FJ14-0AB0M5、SB1～SB4、HL1～HL5、SQ1～SQ4S7-200Smart6ES7288-1SR40-0AA0M3、M4、SA1、SQ11～SQ15S7-200Smart6ES7288-1ST30-0AA0M2G120C-PNG120C-PN任务实施232.主站设备组态图2-3货物码垛手动调试界面设备具体安装硬件摆布如图所示，其中一台从站S7-200Smart和G120变频器在一块控制板的正面，另一个从站S7-200Smart和主站S7-300在控制板的反面。硬件安装任务实施242.主站设备组态I/O表PLC变量200Smart1PLC变量200Smart2PLC变量S7-300SB1I0.0SA1I0.0M1KM1Q0.0SB2I0.1SQ11I0.1M1KM2Q0.1SB3I0.2SQ12I0.2M1KM3Q0.2SB4I0.3SQ13I0.3

SQ1I0.4SQ14I0.4

SQ2I0.5SQ15I0.5

SQ3I0.6M3PUL+Q0.0

SQ4I0.7M3DIR+Q0.1

HL1Q0.0M4PULS+Q0.2

HL2Q0.1M4SIGN+Q0.3

HL3Q0.2

HL4Q0.3

HL5Q0.4

M5KM5Q0.5

变频器G120QW100

电位器长IW64

机械手Q0.6

任务实施253.PLC编程要求图2-4码垛机器人包装步骤流程图根据控制要求，系统程序分为手动调试模式和自动码垛模式，首先进行手动调试模式的程序编写。1）手动调试检测模式。①货物传送带电机M1调试过程；②码垛机器人变频电机M2调试过程；③码垛机器人步进电机M3调试过程；④直角坐标系码垛机器人伺服电机M4调试过程⑤送料小车电机M5调试过程2）码垛机器人自动运行模式自动流程图如图所示。任务实施263.PLC编程要求图2-5频率给定程序如图所示为频率给定程序段，触摸屏频率给定“输入框”与PLC数据寄存器变量相连接，通过“输入框”可以对变频器进行频率设定，范围是0-50Hz。频率设置技术点任务实施273.PLC编程要求图2-6Y轴步进电机安装步进电机安装在丝杠装置上，如图所示，其中SQ13、SQ12、SQ11分别为直角坐标系Y轴的定位开关，各定位开关根据货物尺寸进行安装调整，SQ14、SQ15分别为极限位开关。步进电机开始调试前，手动将码货小车移动至SQ11位置，在触摸屏中设定步进电机的速度，沿丝杠向左行驶到定位开关SQ12处停止，触摸屏显示当前位置，3s后开始返回，到SQ11处停止；2s后继续向左运行，至SQ13处停止，触摸屏显示当前位置，3s后开始返回，到SQ11处停止。当前位置的单位为厘米。步进电机技术点任务实施283.PLC编程要求图2-7电位器与长度的对照图系统需要对货物的长度、宽度和高度分别进行测量，由电位器输出电流表示，例如测量货物的长×宽×高=12×8×10cm时，要求电位器输出电流分别为16、12、14mA。其中货物的行宽高三个电位传感器值需要传输至触摸屏进行显示，因此需要进行主从通讯。电位器技术点任务实施294.变频器参数设置变频器参数设置如表所示。设置变频器参数，设置连接宏Cn002。将组态程序下载到触摸屏中，再用以太网方式将PLC与触摸屏连接，测试步骤如下。进行测试时设备实际动作应该与触摸屏上的仿真动作一致。1）手动模式：M1、M2、M3、M4、M5都能按照具体的要求进行控制并在触摸屏上显示各惦记着的状态，同时可以在手动界面2上看到测量到货物的长宽高以及物料托盘的参数。2）自动模式：切换进入到码垛机器人包装模式后，触摸屏自动进入运行模式画面，可码垛机器人可以正常按照流程进行工作任务实施30调试运行TASKTHREE码垛机器人通讯设计任务描述|任务分析|任务实施在码垛机器人控制系统中，主站与从站的分工不同，主从站需要协同工作，这就离不开主从站通信，涉及到S7-300与S7-200smart之间的通信，本次任务主要在完成基础功能后完成主从站的通讯功能。任务描述32图3-1码垛机器人控制系统通讯示意图任务分析33要明确设备的通讯方式，如图所示。主站S7-300与触摸屏进行以太网通讯，与从站200Smart1进行了基于S7的PROFINET通讯，与从站200Smart2进行了PROFIBUS-DP通信。图3-1码垛机器人控制系统通讯示意图任务分析34本次项目中通讯传输的数据进行罗列，方便后期建立通讯通道。200Smart1➡S7-300S7-300➡200Smart1S7-300➡200Smart2200Smart2➡S7-300M1电机状态BoolSB1BoolSB1BoolM2电机状态BOOLM1电机高低速BoolSB2BoolSB2BoolM2电机速度REALM2电机状态BOOL托盘长RealM3电机速度Real

M2电机速度REAL托盘宽RealM4电机速度

M5电机状态BOOL托盘高Real

货物长Real

货物宽Real

货物高Real

任务实施351.主站S7-300与从站200Smart1进行S7以太网通信（Step7）S7-300可以通过以太网接口与S7-200SMARTPLC之间的S7通讯，S7通信是S7系列PLC基于MPI、PROFIBUS、ETHERNET网络的一种优化的通信协议，需要S7-300侧编程调用PUT/GET指令，具体见表所示。在本项目中主站S7-300PLC与从站200SMART1中间就是通过S7通信实现的。S7-300描述简要描述FB14读数据