S7-1200 1500 PLC应用-基于SCL和数字孪生 课件 项目6 综合应用：ABB机器人弹奏电子琴数字孪生系统

任务描述根据工作站的设计要求，对工作站进行整体规划和设计要求实现手动弹奏、点歌、监控等三个主要功能：①手动弹奏在触摸屏上设计一个电子琴的模拟琴键，通过点击模拟琴键，能手动控制ABB机器人弹奏电子琴，以下简称手动弹奏。②点歌在触摸屏上提供8首歌曲的点歌按钮，可以通过点歌按钮随机点选歌曲。③监控能在触摸屏上实时监控ABB机器人弹奏时所在的琴键位置。任务目标知识目标：①了解ABB机器人弹奏电子琴系统的结构；②理解ABB机器人弹奏电子琴系统的主要设计流程；③理解ABB机器人弹奏电子琴系统的信号传输流程；④掌握ABB机器人弹奏电子琴系统的电路连接。能力目标：①能设计ABB机器人弹奏电子琴系统的结构；②会搭建ABB机器人弹奏电子琴系统的硬件环境。素质目标：①培养全局观和整体设计意识；②培养学生的主动性、积极性。1.工作站的系统结构ABB机器人弹奏电子琴工作站系统结构2.工作站的设计流程工作站的设计流程ABB机器人程序设计PLC程序设计人机界面设计3.工作站的信号传输规划ABB机器人弹奏电子琴工作站的信号传输规划4.搭建硬件环境工作站的电路连接用网线将触摸屏和PLC连接、PLC和ABB机器人连接PLC具有2个网口，一个用于连接触摸屏，另一个用于连接ABB机器人ABB机器人的网口，可以选用Service、LAN3、WAN等网口，但是编程时需要注意使用相应的IP地址本工作站不需要使用PLC和ABB机器人的I/O信号，因此无需对两者的I/O口进行接线任务描述根据ABB机器人弹奏电子琴系统的信号传输规划，选曲信号和手动弹奏信号都是从PLC端发出，由PLC控制ABB机器人的选曲和手动弹奏。要调试ABB机器人的程序，首先需要对PLC进行TCP通信（Socket通信）编程，以便PLC将选曲信号和手动弹奏信号传送给ABB机器人。编写S7-1200PLC的Socket通信程序，完成PLC程序设计以后，因暂时未进行ABB机器人程序设计，可以使用网络调试助手来调试PLC的Socket通信程序。任务目标知识目标：①理解PLC的硬件组态的意义；②熟悉PLC的TCP通信的编程方法；③熟悉PLC的TCP通信的测试方法。能力目标：①能熟练地编写PLC的TCP通信程序；②能使用网络调试助手调试PLC的TCP通信程序。素质目标：①提高程序编写的逻辑性。1.PLC的硬件组态在博途中创建新的项目“PlayOrgan”选择西门子S7-1200PLC型号：CPU1215CAC/DC/RLYCPU1215C的IP地址设置为192.168.125.10。该IP地址须与后续任务中的ABB机器人主程序中的Socket连接的服务器的IP地址一致勾选“启用时钟存储器字节”复选框，启用系统时钟脉冲2.PLC的程序添加全局数据块2.PLC的程序主程序Main[OB1]2.PLC的程序TSEND_C指令的连接参数组态3.调试PLC程序1）下载并运行PLC2）监控PLC的数据块Data[DB2]3）打开网络调试助手进行通信测试①打开网络调试助手，选择协议类型为“TCPClient”（网络调试助手作为客户端），设置远程主机地址为“192.168.125.10”（PLC的IP地址）②网络调试助手连接PLC成功后，将连续快速地（约10Hz）收到PLC发送过来的信息“0300”3.调试PLC程序3）打开网络调试助手进行通信测试③在网络调试助手的数据发送区输入“4”，点击发送按钮，PLC的数据块Data[DB2]中的ABBtoPLC[0]的值将由0变成4④手动修改PLC的数据块Data[DB2]。例如，将PLCtoABB[0]、PLCtoABB[1]的值分别修改为5、7。网络调试助手将连续快速地收到PLC发送过来的信息“0507”任务描述在任务6.1中，已经根据ABB机器人弹奏电子琴系统的设计要求，完成了工作站的整体规划和设计。请对ABB机器人进行详细地程序设计，使工作站实现手动弹奏、选曲、监控等三个主要功能。完成ABB机器人的程序设计以后，对ABB机器人和PLC进行联调。任务目标知识目标：①了解ABB机器人程序中音乐数组；②理解ABB机器人弹奏电子琴的编程原理与实现方法；③掌握ABB机器人Socket通信程序的编写方法；④掌握ABB机器人程序实现手动弹奏与手动选曲无缝切换的方法。能力目标：①能编写ABB机器人弹奏单首曲子的程序；②能编写ABB机器人手动弹奏的程序；③能对ABB机器人与PLC进行联调。素质目标：①培养艺术情操；②培养认真做好每一件小事的习惯。1.音乐基础（1）音乐基本要素音的高低音的长短音的力度音质1.音乐基础（2）音符-音的高低写法：1 2 3 4 5 6 7读法：Do Re Mi Fa Sol La Si在简谱中，不带点的基本符号叫做中音在基本符号上面加上一个点叫高音加两个点叫倍高音；加三个点叫超高音在基本符号下面加一个点叫低音加两个点叫倍低音；加三个点叫超低音音符名称写法倍高音:5高音.5中音5低音5.倍低音5:1.音乐基础（3）节拍-音的长短简谱里将音符分为全音符、二分音符、四分音符、十六分音符、三十二分音符等在这几个音符里面最重要的是四分音符，它是一个基本参照度量长度，即四分音符为一拍这里一拍的概念是一个相对时间度量单位。一拍的长度没有限制，可以是1秒，也可以是2秒或半秒音符名称写法时值全音符5---四拍二分音符5-二拍四分音符5一拍八分音符5-半拍十六分音符5=四分之一拍三十二分音符5≡八分之一拍2.电子琴弹奏编程实现（1）琴键位置偏移以低音组中的“1”（即：“Do”）为基本示教点(即基准点)。例如要弹奏中音的“5”，对应的偏移琴键数量为12，所以只需要利用如下的语句即可实现：音调琴键位置（音符）偏移量（23.17mm的倍数）低音组1.12.23.34.45.56.67.7中音组1829310411512613714高音组.115.216.317.418.519.620.721MoveLOffs(pDo,0,23.17-12*23.17,0),v500,fine,clip_120_L\WObj:=wobj0;2.电子琴弹奏编程实现（2）音乐数组及音符弹奏的实现《生日快乐歌》的简谱，可以用如下的数组来存储：CONSTnumShengRiKuaiLe{25,2}:=[[5,TT1],[5,TT1],[6,2*TT1],[5,2*TT1],[8,2*TT1],[7,4*TT1],[5,TT1],[5,TT1],[6,2*TT1],[5,2*TT1],[9,2*TT1],[8,4*TT1],[5,TT1],[5,TT1],[12,2*TT1],[10,2*TT1],[8,2*TT1],[7,2*TT1],[6,2*TT1],[11,TT1],[11,TT1],[10,2*TT1],[8,2*TT1],[9,2*TT1],[8,6*TT1]];2.电子琴弹奏编程实现（2）音乐数组及音符弹奏的实现弹奏单个音符的程序段2.电子琴弹奏编程实现（3）单首曲子弹奏的实现弹奏单首曲子的子程序1.程序总体设计程序运行流程2.编程实现编程实现（1）定义音乐数组2.编程实现编程实现（2）其它数据声明2.编程实现编程实现（3）示教子程序2.编程实现编程实现（4）弹奏《生日快乐歌》子程序2.编程实现编程实现（5）弹奏《送别》等其它7首歌的子程序2.编程实现编程实现（6）手动弹奏子程序2.编程实现编程实现（7）主程序3.ABB机器人与PLC的程序联调程序联调1）下载并在线监控PLC程序3.ABB机器人与PLC的程序联调程序联调2）打开并运行RobotStudio中的仿真工作站①在RobotStudio中建立一个的ABB机器人仿真工作站，添加“616-1PC-Interface”选项。②为ABB机器人编写程序。③启动仿真，ABB机器人将按PLC的默认点歌请求，开始弹奏歌曲《小星星》。④切换到RAPID程序窗口，将发现仿真工作站在运行子程序rXiaoXingXing()。⑤切换到PLC的全局数据块Data[DB2]窗口，ABBtoPLC[0]的值跟随ABB机器人的动作同步变化。3.ABB机器人与PLC的程序联调程序联调3）修改点歌歌曲①修改Data[DB2]中的PLCtoABB[0]的值，将默认的3修改为其它1~8的整数值，例如修改为5，即点歌歌曲为第5首《兰花草》。②观察ABB机器人的动作和RAPID程序，ABB机器人切换了歌曲，从弹奏《小星星》变成了弹奏《兰花草》。③ABBtoPLC[0]的值跟随ABB机器人的动作同步变化。3.ABB机器人与PLC的程序联调程序联调4）修改PLC中的手动弹奏信号①修改Data[DB2]中的PLCtoABB[0]的值为0，取消点歌请求。同时，修改Data[DB2]中的PLCtoABB[1]的值为1~21之间的整数值，修改为5，设置手动弹奏的琴键为5（Sol）。②在ABB机器人仿真工作站中观察ABB机器人的动作和RAPID程序。ABB机器人停留在5号琴键（Sol）的位置。③PLC的全局数据块Data[DB2]中的ABBtoPLC[0]的值变成了5。任务描述根据ABB机器人弹奏电子琴工作站的设计要求，对触摸屏界面进行详细设计，能更直观地在触摸屏上进行手动弹奏和点歌操作，并在触摸屏上监控ABB机器人的动作。完成触摸屏界面的设计以后，对ABB机器人弹奏电子琴工作站系统的触摸屏、ABB机器人、PLC进行联调。任务目标知识目标：①了解触摸屏硬件组态的意义；②理解触摸屏界面的设计方法和步骤；③掌握触摸屏与PLC的联调的方法。能力目标：①能编写ABB机器人弹奏电子琴的触摸屏界面；②能对ABB机器人弹奏电子琴工作站的触摸屏界面、PLC进行联调；③能对ABB机器人弹奏电子琴工作站的触摸屏界面、ABB机器人、PLC进行联调。素质目标：①培养艺术情操；②培养安全规范操作ABB机器人的意识。1.触摸屏硬件组态触摸屏硬件组态1）添加触摸屏2）触摸屏连接PLC3）设置触摸屏的IP地址4）对PLC进行一次硬件配置下载2.触摸屏界面设计ABB机器人弹奏电子琴工作站的人机界面2.触摸屏界面设计琴键按钮的事件和动画2.触摸屏界面设计点歌按钮的事件和动画2.触摸屏界面设计为琴键添加2个设置变量的事件拖入2.触摸屏界面设计为点歌按钮添加事件并关联变量2.触摸屏界面设计为点歌按钮添加动画效果并关联变量3.触摸屏与PLC的联调触摸屏与PLC的联调1）对PLC进行软硬件下载，下载后运行PLC，并在线监控全局数据块[DB2]，PLCtoABB[0]的值默认为3，说明当前点歌歌曲为《小星星》。2）对触摸屏进行下载，HMI下载完成后，触摸屏进入运行界面，默认情况下小星星点歌按钮为浅蓝色，说明当前点歌歌曲为《小星星》。3）按从左到右的顺序依次按下21个琴键，PLCtoABB[0]的值将变成0，同时PLCtoABB[1]的值将依次变成1~21。4）依次按下8个点歌按钮，PLCtoABB[0]的值将依次变成1~8，同时PLCtoABB[1]的值将变成0。并且，按下某个点歌按钮时，该按钮会由灰色变成浅蓝色。4.弹奏电子琴工作站的系统联调用真实PLC、真实触摸屏、ABB机器人仿真工作站联调1）硬件连接2）按前面任务5.3建立ABB机器人工作站，编写ABB机器人程序，并运行仿真工作站。3）按前面任务5.4编写、下载、运行PLC程序4）按前面任务5.4编写、下载、运行触摸屏人机界面5）测试手动弹奏功能。6）测试点歌功能7）手动弹奏和点歌的随机切换4.弹奏电子琴工作站的系统联调用