S7-1200 1500 PLC应用-基于SCL和数字孪生 课件 项目4 进阶应用：控制Factory IO中的数字孪生对象

任务描述用S7-1200/1500PLC实物（或者PLCSIM软件）来控制FactoryIO中的传送带系统。具体要求如下：①场景包含2个拼接在一起的传送带，左边为传送带1，右边为传送带2；②启动按钮能点动控制传送带1从左向右；③传送带2的两端各有一个检测传感器，当箱子从传送带1传送过来到达传送带2的起点位置时，起点物料检测传感器检测到信号，传送带2启动。到达传送带2的终点时，终点物料检测传感器检测到信号，传送带2停止。中途若按下停止按钮，传送带2也会停止。任务目标知识目标：①了解FactoryI/O的传感器；②理解FactoryI/O的执行器的控制方法；③掌握TIAPortal软件与FactoryI/O通讯的方法；能力目标：①会使用FactoryI/O中的简单工业场景；②能用PLC控制FactoryI/O的简单工业场景。素质目标：①培养团队意识。1.FactoryIO虚拟工厂（1）FactoryIO简介FactoryIO虚拟仿真实验室，用实物PLC（或使用PLCSIM）可以对虚拟工厂进行控制。FactoryIO包含丰富的典型的工业设备部件库。部件库包含传感器、传送带、按钮、开关等部件。使用FactoryIO的智能编辑工具，可以简单而又逼真地建造3D工业场景及虚拟工厂。FactoryIO可以连接到不同的I/O驱动上，再与PLC、SoftPLC等控制器相连。PLC的输出信号送至FactoryIO的执行器，FactoryIO的传感器等信号则送至PLC的输入口。FactoryIO虚拟仿真实验室1.FactoryIO虚拟工厂（2）FactoryIO场景可以使用场景库中的21个典型的工业场景来调试PLC程序。可以使用FactoryIO提供的元器件、传感器、驱动器等搭建自己专属的工业场景。FactoryIO的场景库1.FactoryIO虚拟工厂（2）FactoryIO场景1）传送带系统场景在FactoryIO场景库中有三个不同的传送带系统场景。这些场景包含滚筒式传送带、反射传感器和反射器、盒子、物料发生器、物料回收器等。传送带场景逻辑关系简单，适用于初学者。三个不同的传送带系统场景1.FactoryIO虚拟工厂（2）FactoryIO场景2）储液罐系统场景储液罐系统场景是典型的过程控制类场景，可以对其液位进行PID控制，该场景主要包括控制柜和储液罐。储液罐设置了进水阀和出水阀，两个阀门均可以设置为模拟量（0.0V-10.0V）控制；系统还提供了储液罐的液位传感器、出水流量传感器等。因此，可以使用S7-1500PLC(S7-1200PLC的PID工艺不能仿真)对储液罐的液位进行PID闭环控制。储液罐系统场景1.FactoryIO虚拟工厂（2）FactoryIO场景3）电梯系统场景在FactoryIO场景库中有两个电梯系统场景，左右两个分别是基础电梯系统和高级电梯系统。场景中提供两个开关量分别控制其上下移动，移动时为高速，接近时可以启用低速控制。但该场景中无定位传感器，使用者可以自行使用其他传感器对电梯进行定位。电梯系统场景1.FactoryIO虚拟工厂（2）FactoryIO场景4）视觉分拣系统场景在FactoryIO场景库中有多个分拣系统场景。系统由物料发生器、物料回收器、传送带、视觉传感器、分捡器、挡板等组成。视觉分拣系统场景使用的视觉传感器可以识别蓝、绿两种颜色。使用该场景可以进行物料颜色的辨别，将不同颜色物料进行分拣。视觉分拣系统场景2.FactoryIO的TIAPortal工程模板工程模板为了实现FactoryIO与TIAPortal的通信，FactoryIO官网分别为S7-1200PLC、S7-1500PLC提供了一个TIAPortal工程模板。在S7-1200的工程模板中，提供了一个用SCL编写的名为“MHJ-PLC-Lab-Function-S71200”的驱动函数[FC9000]。在S7-1500的工程模板中，提供了一个用SCL编写的名为“MHJ-PLC-Lab-Function-S71500”的驱动函数[FC9000]。S7-1200的驱动函数[FC9000]的变量2.FactoryIO的TIAPortal工程模板工程模板中的S7-1200的驱动函数[FC9000]1.PLC的I/O分配PLC的I/O分配输入信号输出信号名称数据类型地址名称数据类型地址启动按钮BoolI0.0启动指示灯BoolQ0.0停止按钮BoolI0.1停止指示灯BoolQ0.1起点物料检测BoolI0.2传送带1电机BoolQ0.2终点物料检测BoolI0.3传送带2电机BoolQ0.32.FactoryIO场景设计打开FactoryIO场景设计运行FactoryIO软件，选择“文件”菜单->“打开”,进入打开场景界面，打开场景“2-FromAtoB（SetandReset）”2.FactoryIO场景设计添加控制箱在右侧部件库下拉菜单中选择“操作站”，找到白色的控制箱及其支座，将其拖拽到场景中的合适位置。选择电气柜部件位置调整菜单2.FactoryIO场景设计在控制箱上添加按钮在操作站部件库中，找到启动按钮和停止按钮，拖拽出来后放置到控制箱的面板上。带启动、停止按钮的控制箱2.FactoryIO场景设计修改传感器和执行器标签名称传感器和执行器的默认标签为英文，可以将这些标签改为中文。选择“视图”菜单->“添加所有标签到任务栏”之后，可以在任务栏修改标签的名称。添加所有标签至任务栏在任务栏中修改标签名称3.FactoryIO驱动配置进入驱动设置界面选择“文件”菜单->“驱动”（或者直接按“F4”键）进入驱动设置界面。3.FactoryIO驱动配置选择控制器类型3.FactoryIO驱动配置配置PLC的类型和I/O点击驱动界面中右上角的“配置”按钮可以进入配置界面：①左侧控制器的类型，选择“SiemensS7-PLCSIM”；②PLC的具体类型，需要根据项目实际情况进行选择，这里选择“S7-1200”；③输入/输出点数根据场景中输入信号和输出信号的具体个数而定，这里根据场景的I/O配置表，布尔输入填“4”，布尔输出填“4”，双字输入和双字输出填“0”。3.FactoryIO驱动配置I/O点与传感器、执行器的配对完成以上配置后返回驱动界面，在界面中可以看到左侧为传感器，右侧为执行器。将传感器、执行器按照前面的“PLC的I/O分配表”依次拖拽到对应的输入输出信号的位置。拖拽4.PLC程序设计PLC变量表4.PLC程序设计Main主程序[OB1]5.系统调试建立通信连接的步骤启动PLCSIM仿真软件，把PLC程序下载到PLCSIM中，启动运行PLC程序。在FactoryIO中，进入驱动界面，后点击“连接”，当界面中红色感叹号变为绿色对勾时，表示PLCSIM与FactoryIO成功地建立了通信。5.系统调试建立通信连接以后，返回到FactoryIO的主界面。按以下步骤测试：①按下启动按钮，启动指示灯亮，传送带1启动，开始运送箱子；②松开启动按钮，启动指示灯熄灭，传送带1停止；③当箱子运送至起点物料检测传感器时，传送带2自动启动运行；④当箱子运送至终点物料检测传感器时，传送带2自动停止运行；⑤在传送带2运行过程中，按下停止按钮，传送带2停止运行。5.系统调试程序运行监控界面1.参考实施方案程序运行监控界面小结FactoryIO场景库和场景；FactoryIO的各种功能；FactoryIO传送带控制系统场景的搭建；传送带控制系统PLC程序的设计；FactoryIO与TIAPortal的通讯方法；FactoryIO与TIAPortal的联调方法。任务描述FactoryI/O虚拟工厂提供了工业控制中常见的21个数字孪生系统（场景），本次任务对其中的机械臂装配场景进行控制。使用西门子S7-1500PLC来控制机械臂装配场景，完成产品盖子和底座的装配。任务目标知识目标：①了解两轴机械臂的工作原理；②了解机械臂装配系统的工艺过程；③理解机械臂装配系统的总体结构。能力目标：①会使用GRAPH语言编写顺序控制程序；②会调试机械臂装配系统的PLC程序。素质目标：①培养创新意识。1.机械臂装配系统场景机械臂装配系统的场景1.机械臂装配系统场景机械臂装配场景主要设备控制箱物料发生器传送带上下挡板盖子夹具、底座夹具两轴机械臂1.机械臂装配系统场景机械臂装配场景典型控制流程两个物料发生器分别产生盖子、底座

两种物料分别通过A、B传送带运送至两轴机械臂底部工作位置

安装在传送带中间位置的传感器检测到物料到位

A、B两个夹具分别将盖子、底座夹紧定位

机械臂垂直下移到盖子的上方

机械臂通过吸盘吸取盖子后向上提起

机械臂水平向右移动至底座上方

机械臂垂直下移将盖子组装到底座上

机械臂回到原位

组装完成后B挡板上移

组装好的工件通过传送带运送至出口，装配完成。1.PLC的I/O分配PLC的I/O分配输入信号输出信号名称数据类型地址名称数据类型地址

机械臂伸出缩回限位BoolI0.0机械臂伸出BoolQ0.0

机械臂上升下降限位BoolI0.1机械臂下降BoolQ0.1

吸盘有料BoolI0.2吸盘吸气BoolQ0.2

A传送带中间传感器BoolI0.3A传送带动作BoolQ0.3

A挡板夹紧限位BoolI0.4A挡板夹紧BoolQ0.4

A挡板上升下降限位BoolI0.5A挡板上升BoolQ0.5

B传送带中间传感器BoolI0.6B传送带动作BoolQ0.6

B挡板夹紧限位BoolI0.7B挡板夹紧BoolQ0.7

B挡板上升下降限位BoolI1.0B挡板上升BoolQ1.0

B传送带末端传感器BoolI1.1盖子出料BoolQ1.1

启动按钮BoolI1.2底座出料BoolQ1.2

复位按钮BoolI1.3启动按钮指示灯BoolQ1.3

停止按钮BoolI1.4成品数量DintQD30

急停按钮BoolI1.5

自动模式BoolI1.6

2.FactoryIO场景设计打开FactoryIO场景设计2.FactoryIO场景设计修改传感器和执行器标签名称2.FactoryIO场景设计FactoryIO驱动配置拖放2.FactoryIO场景设计I/O点与传感器、执行器的配对4.PLC程序设计PLC变量表4.PLC程序设计程序处理流程4.PLC程序设计采用GRAPH编写机械臂装配控制程序机械臂装配控制系统GRAPH程序框图4.PLC程序设计采用SCL编写机械臂装配控制程序4.PLC程序设计采用LAD编写机械臂装配控制程序子程序主程序5.系统调试建立通信连接以后，按以下步骤测试：①按下控制箱上的启动按钮，启动指示灯被点亮。同时，盖子物料发生器、底座物料发生器分别产生第一个物料。②盖子及底座物料发生器产生第一个物料后，A、B传送带开始运送，当盖子及底座物料到达上下挡板位置时，A、B夹具夹紧，A、B传送带停止。③机械臂开始动作（此时机械臂在盖子物料的上方）：机械臂下降->吸盘吸取盖子->吸取盖子后机械臂上升->机械臂向右伸出至底座物料的正上方->机械臂下降->吸盘放开盖子->机械臂上升->机械臂向左缩回到初始位置。④B传送带的上下挡板上升，B传送带继续启动将组装完成的物料运送到成品物料收集器。⑤物料发生器产生下一个物料，开始下一轮装配流程。⑥当按下控制箱上的停止按钮时，机械臂装配系统停止运行。5.系统调试程序运行监控界面任务描述在FactoryI/O中的场景，不仅可以进行数字量控制，也能够进行模拟量控制。使用西门子S7-1500PLC对重量分拣场景进行控制，实现对不同重量的物料进行称重与分拣。任务目标知识目标：①了解重量传感器的工作原理；②了解反射传感器的工作原理；③理解重量分拣系统的工艺流程；④掌握使用GRAPH编写顺序控制程序的方法；⑤掌握使用SCL编写顺序控制程序的方法；⑥掌握使用LAD来编写顺序控制程序的方法。能力目标：①能在FactoryI/O中搭建重量分拣场景；②能使用SCL编写重量分拣系统的PLC程序；③能对重量分拣系统进行联调。素质目标：①培养团队合作精神。1.重量分拣场景重量分拣场景1.重量分拣场景重量分拣场景主要设备传送带分拣换向传送装置反射传感器分拣换向传送装置反射传感器1.重量分拣场景重量分拣场景典型控制流程物料发生器产生物料

起始传送带将物料运送至称重传送带

根据物料重量控制分拣换向传送装置向左、前、右3个不同方向转动

左、前、右3个不同方向的传送带分别将物料运送至3个物料收集器

完成一个物料的分拣。1.PLC的I/O分配PLC的I/O分配输入信号输出信号名称数据类型地址名称数据类型地址

A末端反射传感器BoolI0.0A传送带动作BoolQ0.0

B中间传感器BoolI0.1B传送带动作BoolQ0.1

B末端传感器BoolI0.2向左分拣BoolQ0.2

左边前端传感器BoolI0.3左边传送带动作BoolQ0.3

左边末端反射传感器BoolI0.4向右分拣BoolQ0.4

前边前端传感器BoolI0.5右边传送带动作BoolQ0.5

前边末端反射传感器BoolI0.6分拣滚轮BoolQ0.6

右边前端传感器BoolI0.7前边传送带动作BoolQ0.7

右边末端反射传感器BoolI1.0启动按钮指示灯BoolQ1.0

启动按钮BoolI1.1复位按钮指示灯BoolQ1.1

复位按钮BoolI1.2停止按钮指示灯BoolQ1.2

停止按钮BoolI1.3A物料发生器BoolQ1.3

转换开关BoolI1.4左边末端物料清空BoolQ1.4

B重量传感器RealID30前边末端物料清空BoolQ1.5

右边末端物料清空BoolQ1.6

左边已处理数量DIntQD30

前边已处理数量DIntQD34

2.FactoryIO场景设计打开FactoryIO场景设计2.FactoryIO场景设计修改传感器和执行器标签名称2.FactoryIO场景设计I/O点与传感器、执行器的配对4.PLC程序设计PLC变量表4.PLC程序设计程序处理流程4.PLC程序设计采用GRAPH编写重量分拣控制程序GRAPH程序框图4.PLC程序设计采用SCL编写重量分拣控制程序4.PLC程序设计采用LAD编写重量分拣控制程序5.系统调试建立通信连接以后，按以下步骤测试：①按下控制箱上的启动按钮，启动指示灯点亮。同时，物料发生器产生第一个物料。②A、B传送带启动，物料被A传送带送到B称重传送带上，经过测重后，左边、前边、右边三个传送带同时启动。③当物料重量大于15千克时，分拣滚轮左转，被分拣到左边传送带上，再由左边传送带运送到左边物料收集器进行回收，数码显示管（C已处理数量）显示的回收数量加1；当物料重量在5至15千克之间时，分拣滚轮向前，被分拣到前边传送带上，再由前边传送带运送到前边物料收集器进行回收，数码显示管（D已处理数量）显示的回收数量加1；当物料重量在0-5千克之间时，分拣滚轮向右，被分拣到右边传送带上，再由右边传送带运送到右边物料收集器进行回收，数码显示管（E已处理数量）显示的回收数量加1。④重量传感器测量物料时，A传送带停止，测量完成后A传送带重新启动，物料发生器产生新的物料。⑤当按下控制箱上的停止按钮时，重量分拣系统停止运行。5.系统调试程序运行监控界面任务描述使用西门子S7-1500PLC对工业机器人数控加工上下料场景（以下简称：机器人加工场景）进行控制，完成产品从原料到成品的加工。任务目标知识目标：①了解机器人加工中心的工作过程；②理解机器人加工控制系统的总体结构；③掌握使用GRAPH来编写顺序控制程序的方法。能力目标：①会通过查阅资料了解机器人加工系统的工艺；②能在FactoryI/O中搭建机器人加工场景；③能编写和调试机器人加工控制系统的PLC程序。素质目标：①培养沟通与合作能力。1.机器人加工场景机器人加工场景1.机器人加工场景机器人加工场景主要设备传送带机器人加工中心1.机器人加工场景机器人加工场景典型控制流程当控制信号为1时，物料发生器产生物料。产生的物料由传送带运送至加工中心进料口。按下加工中心控制面板的启动按钮或将机器人启动信号置1后，若加工中心进料口上方传感器检测到物料，则机器人抓取该物料给机床上料加工。机床加工完成后，机器人抓取成品放至出料口的传送带上，由传送带将成品运送至物料收集器进行收集。1.PLC的I/O分配PLC的I/O分配输入信号输出信号名称数据类型地址名称数据类型地址A末端反射传感器BoolI0.0A传送带动作BoolQ0.0A机器人加工中信号BoolI0.1A机器人启动信号BoolQ0.1B前端反射传感器BoolI0.3A机器人停止信号BoolQ0.2G末端反射传感器BoolI0.4B传送带动作BoolQ0.3B机器人加工中信号BoolI0.5C传送带动作BoolQ0.4F前端反射传感器BoolI0.7G传送带动作BoolQ0.5FactoryI/O(Running)BoolI1.0B机器人启动信号BoolQ0.6FirstScanBoolM1.0B机器人停止信号BoolQ0.7

F传送带动作BoolQ1.0

E传送带动作BoolQ1.1

D传送带动作BoolQ1.2

A机器人已处理数量DWordQD30

B机器人已处理数量DWordQD342.FactoryIO场景设计打开FactoryIO场景设计2.FactoryIO场景设计修改传感器和执行器标签名称2.FactoryIO场景设计I/O点与传感器、执行器的配对4.PLC程序设计PLC变量表4.PLC程序设计程序处理流程4.PLC程序设计采用GRAPH编写机器人加工控制程序GRAPH程序框图4.PLC程序设计采用SCL编写机器人加工控制程序4.PLC程序设计采用LAD编写机器人加工控制程序5.系统调试建立通信连接以后，按以下步骤测试（2个机器人加工中心一致，选其一为例）：①运行仿真PLC，并启动FactoryI/O仿真后，A物料发生器立即产生一个物料，A传送带将物料运送到加工中心A的进料口。②A传送带将物料运送到加工中心的进料口后，A传送带停止。机器人取走物料后，A传送带重新启动运送下一个物料，物料发生器产生下一个物料。③为了安全起见，物料第一次到达加工中心A的进料口时，加工中心不会自动启动加工流程，需要手动按下“A机器人启动”按钮才能启动。后续加工流程无需手动按下“A机器人启动”按钮，能自动启动物料的加工。④加工中心A启动后，启动A、B、C、D传送带，同时机器人抓取物料为数控机床上料，数控机床开始加工。⑤机器人加工中心A完成加工后，机器人将成品物料搬运到B传送带上，加工中心已处理数量加1。⑥成品物料被B传送带运送到C传送带，再C传送带运送到D传送带，最后由物料收集器进行收集。⑦当按下控制箱上的停止按钮时，机器人加工系统停止运行。任务描述使用S7-1500PLC对FactoryI/O场景库中的立体仓库场景进行控制，并编写HMI人机界面，实现立体仓库的入库存货和出库取货。在HMI人机界面上应能实时显示当前54个仓位有无物料的信息，设置1个“存货”按钮和1个“取货”按钮，并能随机设定存货和取货的仓位号。任务目标知识目标：①了解码垛起重机的工作原理；②理解存货、取货的控制流程；③熟悉使用SCL来编写顺序控制程序的方法。能力目标：①能在FactoryI/O中搭建智能立体仓库场景；②能编写和调试智能立体仓库系统的HMI人机界面；③能编写和调试智能立体仓库系统的PLC程序。素质目标：①树立专业自信，激发进取精神与责任意识。1.智能立体仓库场景智能立体仓库场景1.智能立体仓库场景智能立体仓库场景主要设备传送装置码垛起重机码垛起重机1.PLC的I/O分配PLC的I/O分配输入信号输出信号名称数据类型地址名称数据类型地址A中间反射传感器BoolI0.0A传送带动作BoolQ0.0B末端反射传感器BoolI0.1B传送带动作BoolQ0.1码垛向前伸出限位BoolI0.2码垛向前伸出BoolQ0.2码垛缩回限位BoolI0.3码垛向后伸出BoolQ0.3码垛向后伸出限位BoolI0.4码垛抬起BoolQ0.4C前端反