自动化生产线控制与维护（基于数字孪生）课件 项目5 典型自动化生产线组成单元设计与调试

任务5.1供料搬运单元设计与调试项目5典型自动化生产线组成单元设计与设计任务5.1.1供料搬运单元设计与调试我们将学到以下知识：了解供料搬运单元的基本组成和功能认识各种接近开关的用途掌握工件的姿态、材质和颜色的识别原理推料气缸1传送带变频电动机光电传感器1光电传感器2电感传感器推料气缸2电容传感器任务分析供料单元由推料气缸、传送带、变频电动机以及各种传感器等组成。用于实现将工件从料仓输送到传送带尾端，同时完成工件姿态、颜色和材质的检测。任务分析推料气缸用于完成工件的上料，由单电控电磁阀驱动。传送带完成工件的输送，由变频电动机驱动。各种传感器用于工件位置、姿态、颜色和材质等信号的检测。各种传感器的检测原理如下：光电传感器1是漫反射式光电开关，用于检测工件的姿态，是正面还是反面。当工件姿态为正面时，信号为1；反面时，信号为0。光电传感器2用于检测工件的颜色。当工件颜色是白色或者银色时，信号为1；是黑色时信号为0。推料气缸1传送带变频电动机光电传感器1光电传感器2电感传感器推料气缸2电容传感器任务分析电感传感器，所能检测的物体必须是金属物体，本任务用于检测工件的材质。当工件材质是金属时，信号为1；是塑料时信号为0。电容传感器，所能检测的物体并不限于金属，也可以是绝缘的液体或粉状物体，本任务用于检测工件是否到达传送带尾端。该信号的作用，一方面是通知下道工序“分拣”可以启动了，同时将工件的颜色和材质等数据送给下道工序的存储单元；另一方面，其下降沿信号可作为当前工件识别和输送结束的标志，同时清除当前工件颜色和材质等数据，启动下一个工件的输送。推料气缸1传送带变频电动机光电传感器1光电传感器2电感传感器推料气缸2电容传感器案例展示5.1供料搬运模块设计与调试5.1.2供料模块设计与调试主讲人：曾洁琼MCD信号PLC信号名称类型名称类型推料杆推出输入推料杆推出输出推料杆出到位输出推料杆出到位输入推料原位输出推料原位输入信号设置支持仿真功能打勾新建项目——推料杆新建项目——推料杆①添加设备新建HMI变量新建HMI变量HMI启动按钮功能程序编写程序编写打开仿真连接器—建立仿真实例—将程序下载到仿真器中ＮＸ软件进行【外部信号配置】程序编写程序编写进行【信号映射】——相同名字的可以自动映射，不同名字的需要手动关联程序编写启动仿真进行虚拟仿真效果调试感谢观看Thankyou主讲人：曾洁琼任务5.1.3供料搬运模块设计与调试主讲人：曾洁琼项目5典型自动化生产线组成单元设计与设计任务5.1.3搬运模块的设计PLC控制的传送带的运行任务5.1.3搬运模块的设计我们将学到以下知识：变频器控制传送带的编程方法触摸屏技术PLC编程虚拟调试实战控制任务手动控制功能能够在HMI上具有传送带的前进、后退、停止的功能，速度由HMI获得；自动控制功能按下启动按钮，有物料的情况下，推出物料后，将料传送到传送带尾端。参考的HMI功能如图所示变频器概述变频器（Variable-frequencyDive,VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。如图3-2-4所示为实验室用SINAMICSG120变频器。下图为SINAMICSG120系列产品构成，变频器与功率单元驱动三相异步电动机转动。SINAMICSG120系列产品的构成操作面板控制单元功率单元变频器设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试HMI关联变量IO变量G120变频器变量所需要的中间变量设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试新建“FC”函数块，并编写G120程序设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试设置流程Main函数新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试自动控制流程设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试Main函数——自动部分设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试感谢观看Thankyou主讲人：曾洁琼任务5.1.3供料搬运模块设计与调试主讲人：曾洁琼项目5典型自动化生产线组成单元设计与设计任务5.1.3搬运模块的设计PLC控制的传送带的运行任务5.1.3搬运模块的设计我们将学到以下知识：变频器控制传送带的编程方法触摸屏技术PLC编程虚拟调试实战控制任务手动控制功能能够在HMI上具有传送带的前进、后退、停止的功能，速度由HMI获得；自动控制功能按下启动按钮，有物料的情况下，推出物料后，将料传送到传送带尾端。参考的HMI功能如图所示变频器概述变频器（Variable-frequencyDive,VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。如图3-2-4所示为实验室用SINAMICSG120变频器。下图为SINAMICSG120系列产品构成，变频器与功率单元驱动三相异步电动机转动。SINAMICSG120系列产品的构成操作面板控制单元功率单元变频器设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试HMI关联变量IO变量G120变频器变量所需要的中间变量设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试新建“FC”函数块，并编写G120程序设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试设置流程Main函数新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试自动控制流程设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试Main函数——自动部分设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试感谢观看Thankyou主讲人：曾洁琼任务5.1.4PLC对传感器信息的处理与反馈主讲人：曾洁琼项目5典型自动化生产线组成单元设计与设计项目5.1传送带的设计任务5.3.2PLC控制的传送带的运行控制任务能够分出6种形态的物料并在HMI显示出信息参考的HMI功能如图所示颜色传感器材质传感器正反面物料类型101白色塑料正面100白色塑料反面111银色金属正面110银色金属反面001黑色塑料正面000黑色塑料反面传感器与物料的关系颜色传感器：是光反射传感器，黑色物料经过传感器时，值是0；白色和银色物料经过传感器时，值变为1。材质传感器：是电感式传感器，非金属物料也是就塑料经过传感器时，值是0；金属物料经过传感器时，值为1。正反面传感器：漫反射传感器，接触距离非常接近传感器时值为1，没有物料接近为0。也就是正面触发传感器值为1是1次而反面可以触发两次传感器的值。这里用正面记为1，反面记为0。设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试设置流程新建变量HMI画面制作程序编写虚拟调试感谢观看Thankyou主讲人：曾洁琼任务5.3机械手设计与调试主讲人：曾洁琼项目5典型自动化生产线组成单元设计与调试任务5.3机械手的设计与调试任务5.3机械手的设计与调试我们将学到以下知识：单电控电磁阀点动功能实现机械手动作功能实现的PLC编程方法PLC编程虚拟调试实战控制任务手动控制功能能够在HMI上具有机械手的手动点动控制功能；自动控制功能按下启动按钮，有物料的情况下，推出物料，检测物料的正反，将反面放置的物料经过机械手翻转后再将料传送到传送带尾端，正面放置的物料直接传送到传送带尾端位置，等待分类。参考的HMI功能如图所示NameAdapterDataTypeI/OValue机械手上下机械手boolInputFALSE机械手夹紧机械手boolInputFALSE机械手翻转机械手boolInputFALSE机械手翻转到位机械手boolOutputFALSE机械手翻转原点位机械手boolOutputFALSE机械手上下上限位机械手boolOutputFALSE机械手上下下限位机械手boolOutputFALSE机械手夹紧到位机械手boolOutputFALSE机械手松开到位机械手boolOutputFALSE机械手的信号手动控制功能的实现设置流程变量设置HMI画面设计虚拟调试手动控制功能的实现设置流程变量设置HMI画面设计虚拟调试手动控制功能的实现设置流程变量设置HMI画面设计虚拟调试手动控制功能的实现设置流程变量设置HMI画面设计虚拟调试自动控制功能的实现设置流程程序设计虚拟调试检测正反的传感器要在物料传送到机械手在传送带位置之前获取信息，以控制机械手的动作是否需要进行，需要上一小节的内容做一个小的修改。自动控制功能的实现设置流程程序设计虚拟调试机械手翻转动作的编程，在推出物料后，传送带运行后添加机械手翻转的程序。自动控制功能的实现设置流程程序设计虚拟调试机械手翻转动作的编程，在推出物料后，传送带运行后添加机械手翻转的程序。自动控制功能的实现设置流程程序设计虚拟调试机械手翻转动作的编程，在推出物料后，传送带运行后添加机械手翻转的程序。自动控制功能的实现设置流程程序设计虚拟调试机械手翻转动作的编程，在推出物料后，传送带运行后添加机械手翻转的程序。自动控制功能的实现设置流程程序设计虚拟调试感谢观看Thankyou主讲人：曾洁琼任务5.3.1画面切换功能的实现主讲人：曾洁琼任务5.3自动分拣单元的设计与调试1.画面切换目标将画面变成两个手动和自动操作界面，由切换开关实现切换作为一名自动化的工程师，随着智能化逐步地深入我们的生活，人机交互中，美观性和实用性兼顾成为我们工程师需要考虑的问题，在工作的过程中，我们只有精益求精，才能做出好的作品。1.画面切换增加画面新增变量变量关联程序调试1.画面切换增加画面新增变量变量关联程序调试1.画面切换增加画面新增变量变量关联程序调试1.画面切换增加画面新增变量变量关联程序调试1.画面切换增加画面新增变量变量关联程序调试1.画面切换增加画面新增变量变量关联程序调试1.画面切换增加画面新增变量变量关联程序调试1.画面切换增加画面新增变量变量关联程序调试总结与思考【拓展】大家还记得在3.1人机界面设计中我们学到的画面的切换的方法么？与这次的方法有什么不同呢？大家想一想，我们还可以用什么控件进行画面切换的人机交互方式呢？是的，我们还可以用按钮和图形控制的方式来进行画面的切换。人机交互是机器与人的最直接的接触方式，在操作过程中实用性的同时，舒适感的体验也非常的重要。希望大家在学习的过程中，时刻注意与人为本的设计理念。感谢观看Thankyou主讲人：曾洁琼任务5.3.1自动分拣系统的设计与调试自动分拣单元的设计与调试任务分析任务5.3.1自动分拣系统的设计与调试自动分拣控制系统组成如图所示，由供料搬运单元、姿态校正单元和分拣单元等部分组成。供料搬运单元由推料气缸、废料气缸、传送带和传感检测元件等组成。姿态校正单元由姿态机械手、挡料气缸和传感检测元件组成。分拣单元由搬运机械手、滑槽和传感检测元件等组成。搬运机械手的左右移动由伺服电动机驱动，上下移动由单电控电磁阀控制的气缸驱动，工件的抓取由真空吸盘完成。搬运机械手真空吸盘伺服电动机物料槽吸盘上下气缸任务分析自动分拣控制系统分为手动控制功能和自动控制功能。手动控制主要用于传送带、姿态机械手、推料气缸、搬运机械手各种动作的点动调试。任务分析自动控制功能主要用于实现工件按订单进行自动检测和分拣。满足订单要求的工件搬运到对应的滑槽中，不满足订单要求的工件推到废料滑槽中。总结与反思同学们，通过上述案例，我们可以看到，自动化生产设备可以完全按照人类设计的意图，无差错、不知疲倦的高效连续工作，生产效率大幅提高。所以说科技是第一生产力。“科技从来没有像今天这样深刻影响着国家前途命运，从来没有像今天这样深刻影响着人民生活福祉。”当前，正发生以“智能化”为代表的第四次工业革命，对于我们国家既是严峻挑战更是难得机遇。当代大学生，应该在这新一轮的工业革命中承担起自己的使命与职责，推动中国式现代化发展。感谢观看Thankyou主讲人：曾洁琼任务5.3.1订单选择功能文本和图形列表的应用主讲人：曾洁琼任务5.3自动分拣单元的设计与调试任务5.3.1订单选择功能文本和图形列表的应用2.物料的选择物料选择—符号IO域、图形IO域2.物料的选择新建变量文字列表添加图形列表添加画面调试2.物料的选择新建变量文字列表添加图形列表添加画面调试2.物料的选择新建变量文字列表添加图形列表添加画面调试2.物料的选择新建变量文字列表添加图形列表添加画面调试2.物料的选择新建变量文字列表添加图形列表添加画面调试2.物料的选择新建变量文字列表添加图形列表添加画面调试感谢观看Thankyou主讲人：曾洁琼任务5.3.4订单功能的实现主讲人：曾洁琼任务5.3自动分拣单元设计与调试任务5.3.4订单功能的实现2.订单功能的实现我们将学到以下知识：传感器信息的获取与处理订单功能的编程实现PLC编程虚拟调试实战2.订单功能的实现供料输送模块示意图推料气缸1变频电机传送带电感传感器光电传感器2电容传感器推料气缸2传送带光电传感器1传感器的逻辑功能物料的类型判断由光电传感器2和电感式传感器获取。光电传感器2用于物料的颜色辨别，我们称为颜色辨别传感器，如果是白色或者是银色的物料经过传感器时，触发传感器的值为1，如果是黑色的物料，值为0不变。电感式传感器用于物料材质的辨别，当金属物料经过传感器，值变为1，而塑料物料经过传感器时，检测的值为0。其逻辑关系如下：传感器颜色传感器材质传感器判定结果获取数值10白色塑料获取数值11银色金属获取数值00黑色塑料2.订单功能的实现调整物料信息的收集的时间订单数据的处理废料处理程序虚拟调试2.订单功能的实现经过调试和观察，正面物料在检测正反传感器被触发后4.3S能够运行至废料槽位，而反面物料因为需要翻转的动作需要8S。调整物料信息的收集的时间订单数据的处理废料处理程序虚拟调试2.订单功能的实现调整物料信息的收集的时间订单数据的处理废料处理程序虚拟调试2.订单功能的实现调整物料信息的收集的时间订单数据的处理废料处理程序虚拟调试2.订单功能的实现调整物料信息的收集的时间订单数据的处理废料处理程序虚拟调试2.订单功能的实现调整物料信息的收集的时间订单数据的处理废料处理程序虚拟调试2.订单功能的实现调整物料信息的收集的时间订单数据的处理废料处理程序虚拟调试感谢观看Thankyou主讲人：曾洁琼任务伺服电机的组态主讲人：曾洁琼项目5.3自动分拣单元的设计与调试任务伺服电机的组态1.伺服电机的组态我们将学到以下知识：伺服电机的组成伺服电机的组态参数的调试1.伺服电机的组态采用西门子S7-1500系列PLC作为控制核心执行系统和用户程序，是设备层核心。工业用交换机实现PLC、伺服电机、计算机通信。V90伺服驱动器，驱动伺服电机进行运动。伺服电动机，作为控制系统的执行元件驱动丝杆直线运动。采用西门子精简系列KTP900Basic触摸屏，为整个系统的人机操作界面，可以在HMI上进行控制操作及监控显示。1.伺服电机的组态主要软硬件配置1套TIAPortalV16软件；1台PLC控制器，型号CPU1512C-1PN，订货号6ES7512-1CK01-0AB0；1台伺服驱动器，型号SINAMICS-V90-PN；1台SINAMICS伺服电机；1台触摸屏KTP900Basic订货号6AV2123-2JB03-0AX0。1.伺服电机的组态添加硬件设备报文设置联网通信参数设置①添加伺服电机新建一个PLC项目——打开设备与网络——在选项目录里添加V90伺服。（这里用的是博途V16及西门子1500PLC）。②在SINAMICS中找到添加。1.伺服电机的组态添加硬件设备报文设置联网通信参数设置③单击V90点击设备视图在子模块中添加：标准报文3。图3-3-7添加标准报文31.伺服电机的组态添加硬件设备报文设置联网通信参数设置④添加完报文后，点击网络视图，将V90和PLC连接。图3-3-8网络视图1.伺服电机的组态添加硬件设备报文设置联网通信参数设置⑤点击工艺对象——新增对象——选择运动控制并添加：TO_PositioningAxis。图3-3-9新增工艺对象：TO_PositioningAxis1.伺服电机的组态添加硬件设备报文设置联网通信参数设置⑥在工艺对象组态中，在驱动装置中，把上面添加的报文3添加进去；在与编码器进行数据交换中，将运行过程中自动应用编码器值（在线）勾选上。图3-3-10驱动装置1.伺服电机的组态添加硬件设备报文设置联网通信参数设置图3-3-11启用自动应用编码器值1.伺服电机的组态添加硬件设备报文设置联网通信参数设置感谢观看Thankyou主讲人：曾洁琼5.3.7伺服电机点动控制功能实现主讲人：曾洁琼任务5.3自动分拣单元的设计与调试5.3.7伺服电机点动控制功能实现2.伺服电机的点动控制功能我们将学到以下知识：PLC运动控制功能实现伺服电机的点动功能实现伺服电机的虚拟调试技术2.伺服电机的手动控制功能新建变量工艺轴组态虚拟调试2.伺服电机的手动控制功能新建变量工艺轴组态虚拟调试2.伺服电机的手动控制功能新建变量工艺轴组态虚拟调试2.伺服电机的手动控制功能新建变量工艺轴组态虚拟调试2.伺服电机的手动控制功能新建变量工艺轴组态虚拟调试总结与思考【总结与拓展】同学们，在项目3.3中，我们学习了伺服电机的实体设备的调试与应用，这节课我以虚拟仿真的形式给大家演示伺服电机的手动功能实现，虚拟仿真技术的应用可以使得我们的学习从课堂转到了宿舍，拓展了我们学习的空间，从而延长了我们学习的时间。掌握虚拟仿真调试技术，完成伺服电机的手动功能后，我们尝试将程序下载到真实设备中进行调试，看看会出现什么问题。具体的实现方法可以参考任务4.3的虚实联调技术的方法。学以致用，一直是这门课程的总体设计思路，学到的