《智能制造设备技术应用》 课件 1.1 1.2 模块一 项目一 项目二 认识智能制造设备技术平台：学习目标

模块一智能制造设备技术应用的核心技术01项目一认识智能制造设备技术平台：学习目标

识别智能制造设备技术应用实训平台的功能单元，说明其主要功能

描述实训平台主要功能单元的能量流，绘制框图

描述实训平台主要功能单元的信息流，绘制框图

描述实训平台不同加工制造过程和物料的流动过程项目一认识智能制造设备技术平台：观察思考智能装备升级推动制造业数字化转型近几年国家出台大量的政策鼓励企业开展智能装备升级、信息管理系统集成应用、工业互联网平台建设等工作，指导企业进一步深化数字技术与制造业的创新融合应用。如图1-1-1所示橙黄色的焊装机器人灵活地翻动机械臂，精准焊装汽车零部件；如图1-1-2所示装载物料的智能搬运机器人来回穿梭，快速高效的将物料运送到不同的工位，走过整个车间，除了在屏幕前检查参数的工程师，看不到多少工作人员的身影整厂智能化升级提质增效持续推进整厂智能化升级，促进产线提质增效。机器人实现高效配合的背后，是一套精准的质量控制系统，例如在焊接过程中，自校正控制系统能够对压力、电流、时间等焊接参数进行实时监控并调整，比人工焊接的质量更稳定。为保障产品质量，智能制造技术针对贯穿整个生产流程的工艺，实现了机器视觉检测全覆盖，例如在涂胶过程中，相机对涂胶过程实时监控，配合计算机的数据统计与分析能力，大幅降低了涂胶失效的概率。工厂的智能化升级不仅提高了产品质量，还大大提升了生产效率项目一认识智能制造设备技术平台：项目要求实训平台功能与流程分析参考智能制造设备技术应用平台设备技术手册资料，分析实训平台的主要功能单元，说明其主要功能。根据设备电气图和气路图，识别平台电气部件和气路部件，分析描述实训平台主要功能单元的能量流，绘制框图。根据出厂设备状态操作和运行实训平台，分析主要功能单元的信息流，绘制框图。描述实训平台不同加工制造过程和物料的流动过程项目一认识智能制造设备技术平台项目一认识智能制造设备技术平台：项目准备

智能制造实训平台助力人才培养智能制造设备技术应用实训平台精准对接高端装备制造业技能人才需求，将工业机器人系统操作、工业机器人系统运维、智能制造设备运维、电气系统安装与调试、机械设备修理等岗位相关工作任务核心技能点进行了精心提炼与教学转化，以工业机器人、工业视觉系统和输送带追踪系统等智能制造设备为核心，融合可编程控制器（PLC）、人机交互终端（HMI）、快换工具、气压驱动等先进制造技术，以工业机器人在智能制造行业中最典型的零部件装配为应用背景，开展智能制造设备的安装调试、集成应用、运行维护、质量控制等任务，同时兼顾智能制造设备中典型基础应用：码（拆）垛、涂胶、传送带跟踪、力控等任务项目一认识智能制造设备技术平台：项目实施

实训平台布局智能制造设备技术应用实训平台主要由工业机器人单元、传送带单元、涂胶单元、供料单元、加工与检测单元、样品装配单元、暂存单元、仓储单元、码垛单元、传送带单元、行星齿轮装配单元、柔性振动盘单元、电控单元、智能视觉模块、快换模块、实训机台和配套的软件等组成。平台的正视图和侧视图如图1-1-3所示，平台的俯视图如图1-1-4所示平台主要单元在智能制造领域，工业机器人、PLC控制器和机器视觉技术共同构成了智能工厂自动化的核心支柱，为生产流程的智能化、自动化提供了强大支撑工业机器人作为智能制造的重要组成部分，以其高精度、高效率、高灵活性等特点，在生产线中扮演着关键角色。它们能根据预设的程序，执行搬运、装配、焊接、打磨等各种复杂的作业任务。PLC（可编程逻辑控制器）是工业自动化控制系统的核心部件，充当着智能制造系统的“中枢神经”。PLC能够接收来自传感器、按钮等输入设备的信号，通过内部逻辑运算，控制包括机器人在内的各种执行机构的动作，实现对生产过程的精准控制与监控工业机器视觉系统则为智能制造增添了“慧眼”，通过图像传感器和配套软件系统，能够实现对产品和生产过程的实时视觉检测、识别和定位。机器视觉技术与工业机器人的集成应用，可以大大提升生产线的智能化程度，比如通过视觉引导机器人准确抓取和放置工件，或是对生产线上产品的质量进行实时检查，确保生产线高效、准确、高质量地运行工业机器人、PLC控制器和工业机器视觉系统在智能制造中紧密协作，共同构建起高效、精准、柔性的现代化智能生产线，为智能制造愿景提供了强有力的技术支持。项目一认识智能制造设备技术平台：项目实施项目一认识智能制造设备技术平台：项目评价序号项目评价观测点配分得分1工业机器人单元（本体、控制柜、示教器）15

2识别机械手末端工具快换模组，描述其功能。10

3识别柔性供料单元、仓储单元、螺丝机供料单元、芯片供料单元、分料单元、装配定位单元、回收与暂存单元，描述其功能。25

4识别视觉检测与RFID读写单元、输送带单元、打磨加工单元、检测单元，描述其功能。10

5识别涂胶单元、拆码垛与齿轮组装单元，描述其功能。10

6识别机器视觉应用开发硬件模块，描述其功能。10

7识别PLC、HMI单元，描述其功能。10

9安全意识、质量意识、绿色环保意识、团队协作意识10

合计总分项目一认识智能制造设备技术平台：巩固提升

1.在课堂上观察实训平台的自动化运行过程，重点记录物料的加工或装配流程和最终的产品形态。从物料流动的角度绘制各模块和单元的框图2.实训平台有很多不同功能的模块或者单元，根据对它们的功能描述进行分类，分为3-4类，制作一个模块或单元分类报告，为每一类命名并描述每一类包含的模块3.观察实训平台的能量提供方式有几种，分别说明各种能量提供给了那些组件或者部件4.查看电气图纸和气路图纸，描述的那些执行气缸的电磁阀与PLC的输出端连接，这说明平台中哪些工具和单元受PLC数字输出信号控制。这对理解项目二和项目三打下了基础项目二实现PLC与机器人的ModbusTCP通信：学习目标

回顾S7-200PLC编程、调试的相关步骤

能够阐释ModbusTCP通信的基本原理

能够概括S7-200与埃夫特工业机器人进行ModbusTCP的方法

调用PLC编程软件的ModbusTCP库指令和基本指令，实现机器人与PLC通信项目二实现PLC与机器人的ModbusTCP通信：观察思考Modbus协议演进与优势Modbus是Modicon公司为其PLC通讯而开发的一种通讯协议，从1979年问世至今，已经成为工业通讯领域的业界标准，最初的Modbus通讯协议仅支持串口，分为ModbusRTU和ACSII两种信号传输模式（一般基于RS485串口通信媒介），而随着时代进步，Modbus也与时俱进，新增了ModbusTCP版本，可以通过以太网进行通讯，传输速率相较于前两种版本大大提高，广泛应用于工业自动化领域。和其他工业通信协议相比，Modbus主要的优点包括内容公开没有版权要求，不用支付额外费用；硬件要求简单，容易部署使用，便于系统集成项目二实现PLC与机器人的ModbusTCP通信：项目要求

建立PLC与机器人通信控制输出为PLC编写程序，建立PLC与机器人的ModbusTCP通信，实现可通过机器人ModbusTCP变量控制PLC输出

PLC与机器人Modbus通信程序设计调用Modbus库指令MBUS_CLIENT，PLC作为客户端，工业机器人作为服务器端，采用轮询方式编写机器人与PLC数据交换子程序，实现客户端（PLC）读取或写入机器人变量。根据Modbus传输协议和通信指令段设置，将读取的机器人变量用于控制PLC输出端子程序。在PLC主程序调用2个子程序，调试运行

此任务不需要为工业机器人系统编写用户程序，只在PLC端编写通信程序和机器人变量控制程序单击此处添加项正文项目二实现PLC与机器人的ModbusTCP通信项目二实现PLC与机器人的ModbusTCP通信：项目准备

项目准备ModbusTCP是通过工业以太网TCP/IP网络传输的Modbus通信工业机器人的MoubusTCP协议埃夫特ER系列机器人ModbusTCP通信的IP地址与机器人控制器的IP地址相同，端口号固定为502。ER系列机器人ModbusTCP通信交换的数据分为可读可写、只读和只写三种变量类别。这里主要介绍只读只写变量，只读部分对应机器人的发送端协议，只写部分对应机器人的接收端协议。2个协议结构相同，都分为用户协议（用户变量）和系统协议（系统变量）系统协议由开发人员进行配置及维护，主要是读取及设置机器人状态及运动参数等。用户只能通过固定的地址对固定的变量进行读写。用户层协议由终端用户自行配置及维护，只能在使用机器人语言编程中可以使用，不支持在工艺包中使用接收端和发送端协议各留有64个BOOL,6个int,24个float数据接口。具体的地址与变量映射关系如图1-2-2和图1-2-3所示从工业机器人的MoubusTCP发送端和接收端协议可知，机器人的接收起始地址为40101，发送起始地址为40001，都是一个字长度（16位）的访问地址，共可访问92个字的数据项目二实现PLC与机器人的ModbusTCP通信：项目准备

PLCModbusTCP库指令S7‑200SMART采用客户端-服务器方法，Modbus客户端设备通过该方法发起与Modbus服务器设备的TCP/IP连接。建立连接后，客户端向服务器发出请求，服务器将响应客户端的请求。客户端可请求从服务器设备读取部分存储器，或将一定数量的数据写入服务器设备的存储器。如果请求有效，则服务器将响应该请求；如果请求无效，则会回复错误消息STEP7Micro/WINSMART提供了两种ModbusTCP库指令，这些指令位于STEP7-Micro/WINSMART项目树中“指令”(Instructions)文件夹的“库”(Libraries)文件夹中MBUS_CLIENTMBUS_SERVER本平台采用工业机器人端作为服务器，PLC作为客户端方案。因此，主要阐述ModbusTCP客户端协议使用的库指令MBUS_CLIENT。PLC作为服务器端的应用由读者自行查阅相关技术资料MBUS_CLIENT作为ModbusTCP客户端通过S7-200SMARTCPU上的以太网端口进行通信。可建立客户端-服务器连接、发送Modbus功能请求、接收客户端响应，以及连接至ModbusTCP服务器和断开与此服务器的连接。Modbus客户端指令(MBUS_CLIENT)使用CPU的以下资源每次连接至Modbus服务器，均有一个主动连接资源。MBUS_CLIENT自动生成连接IDModbus客户端使用以下程序实体：1个子程序；2849个字节的程序空间；V存储器的638字节模块（用于指令符号）因此，必须从STEP7Micro/WINSMART的库存储器命令中为该模块分配起始地址。将MBUS_CLIENT指令置于程序中后，可从项目树中的“程序块”(ProgramBlock)或“程序块>库”(ProgramBlock>Library)文件夹访问库存储器命令项目二实现PLC与机器人的ModbusTCP通信：项目准备PLC系统状态特殊存储器S7-200SMARTCPU提供包含系统数据的特殊存储器。将各个位寻址的格式为SM<字节号>.<位号>。特殊存储器字节0(SM0.0-SM0.7)包含八个位，在各扫描周期结束时S7-200SMARTCPU会更新这些位。SM0.1为特殊寄存器，功能为：仅在第一个扫描周期时接通PLC置位(S)和复位(R)指令置位(S)和复位(R)指令用于置位（接通）或复位（断开）从指定地址（位）开始的一组位(N)。可以置位或复位1至255个位。如果复位指令指定定时器位（T地址）或计数器位（C地址），则该指令将对定时器或计数器位进行复位并清零定时器或计数器的当前值项目二实现PLC与机器人的ModbusTCP通信：项目实施

设备组态编写程序之前，在STEP7Micro/WINSMARTV2.7应首先进行设备组态，包含两个系统模块CPU-CPUST60(DC/DC/DC)扩展模块-EMDT16(8DI/8DQ)编写机器人与PLCModbusTCP通信子程序首先通过图1-2-7案例分析MBUS_CLIENT是如何设置。“IPAddr1”、“IPAddr2”、“IPAddr3”、“IPAddr4”分别输入机器人IP地址的第一个八位字节、第二个八位字节、第三个八位字节、第四个八位字节；“IP_Port”为机器人的端口号；“RW”选择模式（0为读取，1为写入），图中是读取数据；“Addr”为机器人的Moubus数据起始地址；“Count”为传输的数据长度；“DataPtr”为PLC的数据起始地址从案例可归纳出，对MBUS_CLIENT客户端指令的理解为通过请求连接到IP地址所代表的机器人服务器，读取地址从40001开始的92个字数据（16位），存储到PLC本地VB600开始的连续存储空间然后开始实操，创建子程序，将其重命名为“modbus_tcp”。在子程序中编写该功能的程序段。程序段如图所示。该程序段采用轮询模式程序段1：在初次扫描周期时置位“V0.0”（读取模块的启动位）程序段2：读取模块（将机器人的数据读取至PLC）程序段3：读取模块执行完成后，判断是否存在错误代码。若存在，则将其记录至“VB2”程序段4：读取模块完成，复位“V0.0”，置位“V0.2”（写入模块的启动位）程序段5：写入模块（将PLC的数据写入至机器人）程序段6：写入模块执行完成后，判断是否存在错误代码。若存在，则将其记录至“VB4”程序段7：写入模块完成，复位“V0.2”，置位“V0.0”（读取模块的启动位），循环执行读、写模块项目二实现PLC与机器人的ModbusTCP通信：项目实施

后续程序请参考教材

项目调试在主程序中调用2个子程序，将程序下载到PLC，启动运行，打开监视，先不运行Modbus通信指令段，强制赋值机器人变量，根据程序逻辑，查看对应PLC的输出端指示灯是否点亮。如有问题，在指导下诊断排除开通Modbus通信指令段，在指导下操作机器人的控制面板，置位或复位对应变量，查看PLC的对应输出端是否点亮。如有问题，在指导下诊断排除

序号项目评价观测点配分得分1调取Modbus库指令，采用轮询方式编写机器人与PLC数据交换程序段，实现读取或写入机器人变量。20

2根据Modbus传输协议和通信指令段设置，编写机器