數(shù)字孿生在智能制造中的工程實(shí)踐 課件 運(yùn)動控制

數(shù)字孿生目錄0123導(dǎo)論數(shù)字孿生概述46技術(shù)圖譜平臺及工藝機(jī)器視覺5運(yùn)動控制構(gòu)建空間模型、行為模型7傳輸接口8數(shù)字孿生系統(tǒng)調(diào)試9數(shù)據(jù)聚合、分析，提供洞見和行動①平臺及工藝數(shù)字孿生平臺技術(shù)圖譜物理世界物理實(shí)體虛擬世界數(shù)字孿生體產(chǎn)品數(shù)字孿生！工藝數(shù)字孿生！產(chǎn)品數(shù)字孿生！工藝數(shù)字孿生！數(shù)字孿生③運(yùn)動控制②機(jī)器視覺形狀顏色偏移角度坐標(biāo)機(jī)器視覺軟件側(cè)重于應(yīng)用可以開放部分庫函數(shù)TCP/IP通訊三維位姿傳感器振動傳感器溫度傳感器聲波傳感器視覺傳感器④構(gòu)建零件三維模型

↓設(shè)置基本機(jī)電對象

↓運(yùn)動副

↓傳感器

↓設(shè)置傳輸面↓設(shè)置位置控制

↓設(shè)置電子凸輪

↓設(shè)置運(yùn)行時參數(shù)

↓設(shè)置運(yùn)行時表達(dá)式

↓序列編輯運(yùn)行空間模型行為模型⑦聚合

↓分析

↓洞見

↓行動⑥數(shù)字孿生系統(tǒng)調(diào)試通過對物理實(shí)體配備的多種傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，建立物理實(shí)體與數(shù)字孿生體實(shí)時、無縫的傳輸，通過對數(shù)據(jù)的聚合、分析，依據(jù)模型、算法，提供洞見，根據(jù)洞見，對物理實(shí)體即將發(fā)生的偏離，實(shí)施預(yù)先的控制！控制系統(tǒng)構(gòu)成慣量和轉(zhuǎn)矩折算傳動機(jī)構(gòu)PLC系統(tǒng)程序設(shè)計⑤

OPC傳輸接口A前情回顧2工藝要求掃描過程?接收控制器指令；?檢測掃描平臺四個區(qū)域

工件的形狀、顏色、偏轉(zhuǎn)角度和坐標(biāo)；?向控制器發(fā)送檢測到的工件信息。協(xié)議頭工件形狀工件中心坐標(biāo)工件旋轉(zhuǎn)角度工件顏色0xC(圓)/S(方),±xxx.xx,±xxx.xx,±xxx.xx,B(藍(lán))/R(紅)/Y(黃),通信協(xié)議格式前情回顧機(jī)器視覺+運(yùn)動控制=集成智能分揀系統(tǒng)1234運(yùn)動控制概述55運(yùn)動控制目錄6運(yùn)動曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計人機(jī)接口運(yùn)動控制器驅(qū)動器執(zhí)行器傳動機(jī)構(gòu)負(fù)載反饋分類：按照被控物理量，調(diào)速系統(tǒng)、位置伺服系統(tǒng)（隨動系統(tǒng)）1運(yùn)動控制概述人機(jī)接口與運(yùn)動控制器通信，功能是運(yùn)動控制器編程；通過運(yùn)動控制器操作機(jī)器運(yùn)行。工業(yè)計算機(jī)顯示器按鈕、指示燈1運(yùn)動控制概述運(yùn)動控制器控制器是運(yùn)動控制系統(tǒng)的“大腦”執(zhí)行邏輯程序。控制其自身和外部擴(kuò)展的IO模塊各工藝軸的參數(shù)配置、路徑規(guī)劃。一個完整的運(yùn)動控制系統(tǒng)，應(yīng)具有如下單元：計算機(jī)用戶程序說明；軌跡生成；閉合伺服回路；驅(qū)動器（放大器）

的命令生成；監(jiān)控軸極限，安

全互鎖；處理中斷和錯誤，

如過量的跟隨誤差。各軸的I/O接口電機(jī)功率輸出；用于輸出放大器命

令的伺服I/O接口；用于接收電機(jī)或其

他外部傳感器反饋

信號的輸入端子；軸限制、歸位信號和寄存。?機(jī)器I/O接口?通信用于各類傳感器，如操作按鈕

和接近傳感器的數(shù)字信號輸入

端子；用于驅(qū)動外部設(shè)備（通常通過

繼電器）的數(shù)字信號的輸出端

子；用于模擬信號傳感器，諸如壓

力傳感器、力敏傳感器的模擬

輸入（通常是可選的）的端子；用于驅(qū)動模擬設(shè)備的模擬輸出

（通常時可選的）的端子。與其他外部設(shè)備、主機(jī)、平臺

檢測系統(tǒng)進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)通信，使

用的協(xié)議包括DeviceNet、Profibus、ControlNet、EtherNet/IP等；USB或串行接口通信；人機(jī)接口（HMI）通信。PLCS7-12001運(yùn)動控制概述與外部部件的通信。執(zhí)行器（電機(jī)）（液壓泵）（氣泵）執(zhí)行器：為驅(qū)動負(fù)載提供能量的裝置，電動、液壓、氣動是三種主要的技術(shù)。電動控制：在需要移動非常準(zhǔn)確或者需要連

續(xù)移動的時候，是非常出色的，

應(yīng)用非常普遍。液壓控制：當(dāng)需要快速反應(yīng)的時候，是大負(fù)

載條件下的選擇。它可以承受的

壓力是三個運(yùn)動類型中最大的，

最多可以達(dá)到100噸。。氣壓控制：對于高溫、低溫、灰塵、機(jī)械振

動、潮濕以及電子噪音都不太敏

感，使用簡單、便捷。步進(jìn)電機(jī)1運(yùn)動控制概述傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)：連接負(fù)載和電機(jī)的軸，使負(fù)載完成要求的運(yùn)動軌跡。負(fù)載轉(zhuǎn)動+////////////////////////+傳輸電機(jī)齒輪箱？機(jī)制直接驅(qū)動？帶傳動？絲杠？傳送帶？或平移負(fù)載交互過程

以智能分揀系統(tǒng)為例，運(yùn)動控制系統(tǒng)使用線性模組從步進(jìn)電機(jī)向末端（負(fù)載）傳遞運(yùn)動，使末端能夠按照所期望曲線運(yùn)動，這個稱之為“交互過程”。電機(jī)與傳動機(jī)構(gòu)一起稱為傳動鏈。傳動鏈的設(shè)計，在負(fù)載的運(yùn)動明確后，需要考慮：?

保證從電機(jī)（在最大負(fù)載速度下）獲得的轉(zhuǎn)矩大于應(yīng)用要求轉(zhuǎn)矩的安全區(qū)域；?

保證電機(jī)與負(fù)載之間滿足合理的慣量關(guān)系；?

滿足所有其他條件，包括但不限于成本、精度、剛度、周期時間等。電機(jī)的選擇，需要理解“電機(jī)尺寸”，電機(jī)尺寸涉及電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩。電機(jī)尺寸過大會增加系統(tǒng)成本，并且使系統(tǒng)響應(yīng)變慢。這是因?yàn)榇蟛糠帜芰肯脑趯﹄姍C(jī)的加速上。電機(jī)過小，不能向負(fù)載運(yùn)動提供所需要的能量，即使勉強(qiáng)滿足負(fù)載的運(yùn)動要求，電機(jī)也會因?yàn)檫^熱而縮短壽命。1運(yùn)動控制概述（線性模組）滾珠絲杠聯(lián)軸器步進(jìn)電機(jī)傳動鏈（聯(lián)軸器）步進(jìn)電機(jī)的軸通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠連接，聯(lián)軸器起到傳遞轉(zhuǎn)矩、減震、緩沖等。1運(yùn)動控制概述反饋（旋轉(zhuǎn)編碼器）（磁柵尺）（光柵尺）反饋：是通過傳感器，用來測量負(fù)載的位置

和速度，負(fù)載和電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)的

耦合，負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)矩通過傳

動機(jī)構(gòu)折算到電機(jī)上。傳感器是一種用來檢測位置、速度、溫度或壓力等物理量的裝置。將其輸入以某種函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為輸出，輸入時物理量，輸出一般為電信號。運(yùn)動控制有時會采用多種傳感器，任何運(yùn)動控制系統(tǒng)運(yùn)行的核心問題，都需要測量運(yùn)動的為位置和負(fù)載的速度。最常見的傳感器是光電編碼器。...........................................（光電傳感器碼盤示意圖）1運(yùn)動控制概述1234運(yùn)動控制概述54運(yùn)動控制目錄6運(yùn)動曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計末端（比如磁吸等）運(yùn)動遵循一條軌跡在一臺自動控制的機(jī)械裝置中，末端可以沿一條直線的單軸運(yùn)動。在復(fù)雜的場合中，比如CNC的切削刀具采用多軸聯(lián)動，其軌跡是一條三維的空間曲線。當(dāng)末端從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)，生成了連點(diǎn)之間的連接軌跡。這條軌跡稱之為空間曲線?？刂破饕砸蟮臅r間區(qū)間內(nèi)，為控制系統(tǒng)中的每臺電機(jī)發(fā)出速度和位置指令，控制系統(tǒng)將調(diào)解系統(tǒng)中電機(jī)沿期望的曲線移動對應(yīng)的軸，從而形成運(yùn)動曲線。A1B1A2B2A1?B1藍(lán)色線段單軸直線運(yùn)動A2?B2紅色線段三軸聯(lián)動空間曲線運(yùn)動運(yùn)動曲線概述2時間（t）時間（t）時間（t）位置，s(t)速度，v(t)加速度，a(t)ooo這個三角形的面積使最終位置速度的斜率為加速度AB圖2-1位置、速度、加速度

之間的基本關(guān)系從運(yùn)動學(xué)的角度看，在不考慮引發(fā)運(yùn)動的力的情況下，研究的是時間、位置、速度、加速度之間的關(guān)系。研究機(jī)械運(yùn)動學(xué)不僅是計算運(yùn)動曲線需要，同時也有助于在機(jī)械設(shè)計過程中正確的選擇各軸對應(yīng)的電機(jī)。////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////電機(jī)AB當(dāng)一個軸的末端由A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，

也可以積分形式表示：（2-1）（2-2）（2-3）

運(yùn)動曲線運(yùn)動學(xué)的基本概念2時間（s）時間（s）時間（s）位置(in)速度，(in/s)

000圖2-2由速度曲線求加速度

時間（t）時間（t）時間（t）位置in速度，v(t)加速度，a(t)000AB圖2-3由速度曲線求減速度

一個函數(shù)的積分是函數(shù)曲線在無窮小函數(shù)值的和，等于曲線下的面積。由方程式（2-2）可知，t時刻的位置就等于直到時刻

t的速度曲線下的面積，如圖（2-1）所示！曲線上某一點(diǎn)的斜率可以通過微分得到。因此，由方程式（2-1）可知，加速度就是速度曲線的斜率，如圖2-1所示。510aa5151025s運(yùn)動曲線的幾何規(guī)則如下。（1）時刻t的位置等于速度曲線在直到時刻t時曲線下的面積。（2）加速度是速度曲線的斜率。對于更一般情況，根據(jù)方程式（2-2）和（2-3），可得：

（2-4）

運(yùn)動曲線運(yùn)動學(xué)的基本概念2

由圖2-4所示，加速度變化將引起曲線的突變，梯形曲線由于在速度曲線的轉(zhuǎn)角加速度不連續(xù)，存在4個加速度變化極大的沖擊點(diǎn)。整個運(yùn)動曲線可以分為3段：加速段、恒速段和減速段。時間,（t）時間,（t）時間,（t）時間,（t）位置,s(t）速度,v(t）加速度,a(t）突變,j(t）0000

圖2-4軸從位置0運(yùn)動到L時的梯形速度曲線與相應(yīng)位置、速度、加速度和突變曲線

（2-5）（2-6）（2-7）

總運(yùn)動時間為：軸坐標(biāo)運(yùn)動的距離可以通過求速度曲線下的兩個三角形面積和一個矩形面積得到：勻速運(yùn)動時間為：運(yùn)動曲線常見運(yùn)動曲線—梯形速度曲線2為了使加速度平滑連續(xù)，可將速度曲線的尖角圓滑處理為S形，如圖2-8所示。圓角采用二次拋物線構(gòu)造，這種重新構(gòu)造的速度曲線在加速度的正、零、負(fù)各段之間轉(zhuǎn)換時是平滑的。時間,（t）時間,（t）時間,（t）時間,（t）位置,s(t）速度,v(t）加速度,a(t）突變,j(t）0000L-aaj-j

圖2-8S形速度曲線和相對應(yīng)的位置、速度、加速度和急拉曲線如圖2-8所示，這種速度曲線含有7個不同區(qū)間。其中4段用二次方程表達(dá)，剩余3段是斜率為正、零、負(fù)的直線。如果不看直線段，一條純S形速度曲線如圖2-9所示。純S形速度曲線由兩段二次曲線組成，如圖2-9中曲線A、B。每段方程如下：時間,（t）時間,（t）時間,（t）時間,（t）位置,s(t）速度,v(t）加速度,a(t）突變,j(t）0000L-aaj-j

圖2-9純S形速度曲線

（2-10）式中，C1、C2、C3是由邊界條件決定的系數(shù)。運(yùn)動曲線常見運(yùn)動曲線—S形速度曲線2（1）曲線A（t）A

v（t）

邊界條件運(yùn)動方程

（2）曲線B（t）B

v（t）邊界條件運(yùn)動方程

運(yùn)動曲線常見運(yùn)動曲線—S形速度曲線2X軸Y軸Z軸R軸（旋轉(zhuǎn)軸）末端（磁吸）根據(jù)左圖，系統(tǒng)有四軸，分別是X、Y、Z、R軸，R軸是旋轉(zhuǎn)軸。在不考慮R軸旋轉(zhuǎn)的情況下，X、Y、Z軸的復(fù)合運(yùn)動，使末端到達(dá)指定的位置。這種多軸運(yùn)動，有三種方式：每次移動一個軸；三軸同時開始移動（擺動運(yùn)動）；三軸同時開始移動并調(diào)節(jié)使三軸同時停止（插補(bǔ)運(yùn)動）。本課程示例程序采用的是第二種！運(yùn)動曲線多軸運(yùn)動21234運(yùn)動控制概述54運(yùn)動控制目錄6運(yùn)動曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計++//////////////////////////////

電機(jī)轉(zhuǎn)動負(fù)載平移負(fù)載傳輸傳動機(jī)構(gòu)交互過程交互傳動鏈的設(shè)計過程慣量和轉(zhuǎn)矩折算3慣量:物理量，運(yùn)動的物體的慣性量值，可以分為轉(zhuǎn)動慣量和平移慣量，與物體的質(zhì)量有關(guān)。轉(zhuǎn)矩:使機(jī)械元件轉(zhuǎn)動的力矩稱為轉(zhuǎn)矩，分為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩和動態(tài)轉(zhuǎn)矩，有時也稱為扭矩。電機(jī)m耦合器傳動機(jī)構(gòu)負(fù)載旋轉(zhuǎn)平移T

in

或Tin

N傳動機(jī)構(gòu)

圖3-1帶有傳動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動鏈典型結(jié)構(gòu)圖圖3-1所示的是含有傳動機(jī)構(gòu)T的典型驅(qū)動鏈的示意圖，其負(fù)載做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或直線運(yùn)動。這時，從電機(jī)軸上看到的總慣量為：

電機(jī)m傳動機(jī)構(gòu)負(fù)載旋轉(zhuǎn)平移T

in

或

慣量和轉(zhuǎn)矩折算3絲杠被廣泛用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動。（1）傳動比絲杠的傳動比可以根據(jù)螺距的定義計算。螺距（rev/in，rev/m（rev應(yīng)為r））：螺母每行進(jìn)1in要求絲杠旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。導(dǎo)程（in/rev，m/rev）：絲杠每轉(zhuǎn)一圈螺母行進(jìn)的距離。其方程表達(dá)式：

于是，絲杠機(jī)構(gòu)的傳動比為：

慣量和轉(zhuǎn)矩折算絲杠3（2）慣量折算首先推導(dǎo)平移質(zhì)量和折算慣量之間的關(guān)系?？傎|(zhì)量為m的物體在直線運(yùn)動中的動能為：

運(yùn)用式（3-2），我們可以將動能方程重新寫為：

由于現(xiàn)在速度以角速度表達(dá)，前面的因子應(yīng)該等于折算的慣量：

或

滾珠絲杠原理圖電機(jī)in///////////////////////////////////////////////////////////////

運(yùn)載機(jī)構(gòu)滾珠絲杠負(fù)載折算到輸入軸的慣量為：

慣量和轉(zhuǎn)矩折算絲杠3（3）負(fù)載轉(zhuǎn)矩

作用在與水平?角度的滾珠絲杠上的力電機(jī)in///////////////////////////////////////////////////////////////

+

β

從電機(jī)側(cè)看到的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可通過所做功計算：

慣量和轉(zhuǎn)矩折算絲杠3（3）負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用在與水平?角度的滾珠絲杠上的力電機(jī)in///////////////////////////////////////////////////////////////

+

β在式（3-5）中帶入式（3-1），可得：

并且，由輸入側(cè)有：

于是：

考慮驅(qū)動效率，則：

這個結(jié)果用所有外力的和替代了外部總轉(zhuǎn)矩，用絲杠傳動比替代了齒輪箱比。慣量和轉(zhuǎn)矩折算絲杠31234運(yùn)動控制概述54運(yùn)動控制目錄6運(yùn)動曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計工藝要求4（觀看現(xiàn)場演示）1234運(yùn)動控制概述54運(yùn)動控制目錄6運(yùn)動曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計根據(jù)工藝要求，進(jìn)行系統(tǒng)配置！機(jī)械部分末端：磁吸傳動機(jī)構(gòu)：四軸懸臂式直角坐標(biāo)機(jī)器人X軸：水平運(yùn)動傳動方式：滾珠絲桿；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī)；絲桿導(dǎo)程：10mm；最大行程：300mm；最大速度：100mm/s；最大負(fù)載：4kg；通斷濾波：350msY軸：前后運(yùn)動傳動方式：滾珠絲桿；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī)；絲桿導(dǎo)程：10mm；最大行程：200mm；最大速度：100mm/s；（下一頁續(xù)）X軸Z軸Y軸R軸磁吸系統(tǒng)構(gòu)成機(jī)械部分5機(jī)械部分Z軸：上下運(yùn)動傳動方式：齒輪齒條；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī)；減

速

比：5：1；分度圓直徑：30mm；最大速度：300mm/s；R軸：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳動方式：直驅(qū)轉(zhuǎn)動；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī)；徑向扭矩：0.07Nm；最大轉(zhuǎn)角：無限制；最大速度：1800R/Min；X軸Z軸Y軸R軸磁吸（接上頁）系統(tǒng)構(gòu)成機(jī)械部分5電氣部分人機(jī)界面：IPC用于系統(tǒng)程序編寫、上傳下載及人機(jī)界面顯示。

控制器：PLC控制系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)控制程序運(yùn)行其中。型

號：CPUS7-1215C西門子

數(shù)

字

量:14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出；模

擬

量:2路輸入/2路輸出；脈沖輸出:4路，100KHz；擴(kuò)展模塊：8DI/8DO。（SM1223）處

理

器：IntelI7十代；內(nèi)

存：8G-DDR4；固態(tài)硬盤：500G；

顯

卡：NVIDIAQuadroP620操作系統(tǒng)：Windows1064位S7-1215CSM1223工業(yè)計算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成電氣部分5電氣部分驅(qū)動器：步進(jìn)驅(qū)動器

配套對應(yīng)軸的步進(jìn)電機(jī)，設(shè)置其電流值和細(xì)分值。傳感器：磁柵尺及光電開關(guān)

用于限位及定位補(bǔ)償。X軸型

號：DM556S電流值：2.3A細(xì)分值：1000Y軸型

號：DM556S電流值：1.9A細(xì)分值：1000Z軸型

號：DM542電流值：1.9A細(xì)分值：1000R軸型

號：DM542電流值：1.5A細(xì)分值：1000磁柵尺型

號：MR50T60分辨率：0.005mm重復(fù)精度：±5μm光電開關(guān)型

號：E2S-H4N1檢測距離：5mm輸出類型：NPN型DM556SDM542MR50T60E2S-H4N1系統(tǒng)構(gòu)成電氣部分5軟件部分編程軟件：TIAPortal

視覺軟件：BKVision

編程軟件：BKOPCServer

數(shù)字孿生軟件：NXMCD

功能：采用統(tǒng)一的工程組態(tài)和軟件項(xiàng)目環(huán)境的自動化軟件，可快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動化系統(tǒng)。版本：V15SP1功能：機(jī)器視覺軟件采用拖拽式編程，為機(jī)器視覺應(yīng)用創(chuàng)建解決方案。版本：V1.0功能：采用標(biāo)準(zhǔn)的OPCDA架構(gòu)，可快速完成控制器與NXMCD的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。版本：V1.0功能：機(jī)電設(shè)備設(shè)計過程中硬件在環(huán)的仿真調(diào)試，通過虛擬設(shè)備與PLC連接，對產(chǎn)品可靠性進(jìn)行虛擬調(diào)試。版本：V12.0系統(tǒng)構(gòu)成軟件部分51234運(yùn)動控制概述54運(yùn)動控制目錄6運(yùn)動曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計1工藝回顧人機(jī)接口運(yùn)動控制器驅(qū)動器執(zhí)行器傳動機(jī)構(gòu)負(fù)載反饋1工藝回顧工藝流程控制線路外圍設(shè)備程序設(shè)計1.工藝流程：不同顏色、不同形狀的工件分別分布在四個綠色正方形區(qū)域內(nèi)，經(jīng)過視覺識別之后，告訴運(yùn)動控制系統(tǒng)，識別到的各個工件的形狀、顏色、位置等信息；控制系統(tǒng)根據(jù)這些信息，將工件分揀，并堆垛到堆垛區(qū)；1工藝回顧工件A工件C工件B工件DA區(qū)B區(qū)C區(qū)D區(qū)堆垛區(qū)A堆垛區(qū)B堆垛區(qū)C堆垛區(qū)D原點(diǎn)工件擺放區(qū)域接下來的內(nèi)容采用播放屏幕的形式1工藝回顧工

藝

要

求控制線路工

藝

要

求程序設(shè)計符號表制作根據(jù)系統(tǒng)配置，進(jìn)行符號表的制作！序號寄存器名稱備注1I0.0磁柵尺A讀取X軸位置2I0.1磁柵尺B3I0.2橫軸正限位4I0.3橫軸參考點(diǎn)X軸參考點(diǎn)5I0.4橫軸負(fù)限位6I0.5縱軸正限位7I0.6縱軸參考點(diǎn)Y軸參考點(diǎn)8I0.7縱軸負(fù)限位9I1.0豎軸負(fù)限位10I1.1豎軸參考點(diǎn)Z軸參考點(diǎn)11I1.2豎軸正限位12I1.3R軸參考點(diǎn)R軸參考點(diǎn)13I2.4啟動系統(tǒng)啟動序號寄存器名稱備注16I2.5停止系統(tǒng)停止17I2.6復(fù)位系統(tǒng)復(fù)位18Q0.0橫軸脈沖X軸19Q0.1縱軸脈沖Y軸20Q0.2豎軸脈沖Z軸21Q0.3旋轉(zhuǎn)軸脈沖R軸22Q0.4橫軸方向X軸23Q0.5縱軸方向Y軸24Q0.6豎軸方向Z軸25Q0.7旋轉(zhuǎn)軸方向R軸26Q1.0蜂鳴器27Q1.1電磁鐵磁吸28Q2.0光源控制光源2開始系統(tǒng)初始化初始化完成計數(shù)復(fù)位其他復(fù)位故障報警X軸回原點(diǎn)Y軸回原點(diǎn)R軸回原點(diǎn)Z軸回原點(diǎn)（下一頁續(xù)）是是否限位觸發(fā)否手動復(fù)位程序流程圖3（接上一頁）A區(qū)程序視覺通信開始掃描工件數(shù)>0數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲B區(qū)程序視覺通信C區(qū)程序視覺通信D區(qū)程序視覺通信數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲（下一頁續(xù)）掃描完成程序流程圖3（接上一頁）解碼工件A數(shù)據(jù)開始分揀工件數(shù)>0軸移動到工件A確定解碼工件Z軸位置解碼工件B數(shù)據(jù)抓取工件確定解碼工件Z軸位置軸移動到工件B系統(tǒng)停止分揀完成系統(tǒng)復(fù)位將工件放到指定位置程序流程圖31.雙擊下圖“博圖”圖標(biāo)，打開編程軟件。單擊“創(chuàng)建新項(xiàng)目”2.創(chuàng)建新項(xiàng)目3.填寫項(xiàng)目名稱及存儲路徑后，單擊創(chuàng)建。單擊“創(chuàng)建”4.單擊左下角的“項(xiàng)目視圖”硬件組態(tài)31.雙擊博圖圖標(biāo)，打開編程軟件。單擊“添加新設(shè)備”2.添加硬件設(shè)備：PLC的CPU。單擊“添加新設(shè)備”單擊“確定”硬件組態(tài)33.在硬件目錄中添加擴(kuò)展IO。單擊此處硬件組態(tài)35.在擴(kuò)展IO的屬性中將IO地址的起始地址改成2。4.配置網(wǎng)絡(luò)及CPU的IP地址。1.雙擊此處2.單擊“添加新子網(wǎng)”3.設(shè)置IP地址硬件組態(tài)36.添加PC站。1.單擊此處2.單擊此處7.添加PC站軟件。雙擊此處硬件組態(tài)38.配置網(wǎng)卡。雙擊此處9.PC站配置網(wǎng)絡(luò)及IP。單擊此處硬件組態(tài)310.PC站配置網(wǎng)絡(luò)及IP。選擇子網(wǎng)填寫本機(jī)IP地址硬件組態(tài)311.網(wǎng)絡(luò)視圖中連接PLC和PC。硬件組態(tài)312.組態(tài)工藝對象，新建工藝軸X軸。2.單擊此處1.單擊此處3.填寫軸名稱4.單擊“確定”硬件組態(tài)313.配置X軸參數(shù)—選擇脈沖發(fā)生器Pulse_1。根據(jù)圖紙配置脈沖及方向IO根據(jù)絲桿導(dǎo)程，配置運(yùn)動參數(shù)14.根據(jù)絲桿導(dǎo)程及設(shè)備速度和精度要求，配置運(yùn)動參數(shù)。硬件組態(tài)315.根據(jù)計算結(jié)果配置運(yùn)動曲線。16.配置急停參數(shù)。硬件組態(tài)317.根據(jù)電氣圖紙，配置限位開關(guān)。18.配置原點(diǎn)開關(guān)及回原點(diǎn)方式。硬件組態(tài)3注：其他各軸與X軸配置方式相同。1.主程序OB1中調(diào)用子程序（程序位于OB1：程序段1）2.X軸使能和復(fù)位驅(qū)動程序（程序位于OB1：程序段2）程序代碼43.X軸回原點(diǎn)和暫停驅(qū)動程序（程序位于OB1：程序段3）程序代碼44.X軸點(diǎn)動和絕對運(yùn)動驅(qū)動程序（程序位于OB1：程序段4）程序代碼4注：其他各軸驅(qū)動程序配置與X軸配置方法相同。5.X軸的HMI運(yùn)動曲線使用的程序開始系統(tǒng)初始化初始化完成計數(shù)復(fù)位其他復(fù)位故障報警X軸回原點(diǎn)Y軸回原點(diǎn)R軸回原點(diǎn)Z軸回原點(diǎn)是否限位觸發(fā)否手動復(fù)位（下一頁續(xù)）是程序代碼41.系統(tǒng)啟動及停止功能程序。（程序位于FC20：程序段1）程序代碼4開始系統(tǒng)初始化初始化完成計數(shù)復(fù)位其他復(fù)位故障報警X軸回原點(diǎn)Y軸回原點(diǎn)R軸回原點(diǎn)Z軸回原點(diǎn)是否限位觸發(fā)否手動復(fù)位（下一頁續(xù)）是程序代碼42.系統(tǒng)初始化功能程序。（程序位于FC20：程序段2）程序代碼4開始系統(tǒng)初始化初始化完成計數(shù)復(fù)位其他復(fù)位故障報警X軸回原點(diǎn)Y軸回原點(diǎn)R軸回原點(diǎn)Z軸回原點(diǎn)是否限位觸發(fā)否手動復(fù)位（下一頁續(xù)）是程序代碼4左極限/////////////////////////////////////////////////////////電機(jī)右極限原點(diǎn)控制器驅(qū)動器控制器有內(nèi)部自帶的回零程序?；亓愕哪康氖菫榱俗鴺?biāo)軸建立絕對坐標(biāo)參考位置。這個參考位置稱為零位。回零對采用增量編碼器位置反饋時是特別需要的，因?yàn)檫@種系統(tǒng)在上電時軸的位置是未知的。一旦零位被找到，所有后續(xù)運(yùn)動都是參照這個零位來定義的。

回零通過一個傳感器，用移動直接被觸發(fā)的方案來建立零位。下圖展示了一個坐標(biāo)軸，它有兩個在行程末端的極限開關(guān)，一個在中間的零件開關(guān)。這些開關(guān)連接到控制器對應(yīng)的數(shù)字I/O上。

回原點(diǎn)，是一個單軸的簡單運(yùn)動，可以設(shè)定配置參數(shù)來定義點(diǎn)動運(yùn)動的速度和加速度。指令可配置定義為正向或負(fù)向移動到一個指定位置通過一定距離或連續(xù)移動到任意的停止位置。程序代碼4觸發(fā)程序由一個預(yù)觸發(fā)和一個后觸發(fā)段組成。在預(yù)觸發(fā)段，軸以一個固定的回零速度朝零位傳感器方向移動和加速。當(dāng)軸撞到零位開關(guān)時，收到一個觸發(fā)信號，預(yù)觸發(fā)移動開始，軸減速，當(dāng)前時刻軸位于零位的另一邊。減速后控制器控制運(yùn)動轉(zhuǎn)入后觸發(fā)段，軸平滑地改變它的移動方向，往回低速向零位開關(guān)移動。在收到觸發(fā)信號瞬間，軸位置被控制器的硬件捕獲單元保存，完成回零運(yùn)動。這是一個當(dāng)觸發(fā)發(fā)生時捕獲軸瞬時位置的精確方法。

可以在軟件中定義一個零位偏移距離。這樣零位傳感器的零位位置可以通過軟件設(shè)定來調(diào)整，而不用物理調(diào)整機(jī)器上傳感器的位置。這個偏移被加到觸發(fā)點(diǎn)作為運(yùn)動的零位。程序代碼42.系統(tǒng)初始化功能程序。（程序位于FC20：程序段3）程序代碼4開始系統(tǒng)初始化初始化完成計數(shù)復(fù)位其他復(fù)位故障報警X軸回原點(diǎn)Y軸回原點(diǎn)R軸回原點(diǎn)Z軸回原點(diǎn)是否限位觸發(fā)否手動復(fù)位（下一頁續(xù)）是程序代碼42.系統(tǒng)初始化功能程序。（程序位于FC20：程序段4）程序代碼42.系統(tǒng)初始化功能程序。（程序位于FC20：程序段7、8）系統(tǒng)啟動時打開光源，初始化時蜂鳴器告警；注意：故障報警及復(fù)位程序在程序流程全部完成后，在做相應(yīng)的添加即可。程序代碼4（接上一頁）A區(qū)程序視覺通信開始掃描工件數(shù)>0數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲B區(qū)程序視覺通信C區(qū)程序視覺通信D區(qū)程序視覺通信數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲（下一頁續(xù)）掃描完成程序代碼43.啟動掃描功能程序。（程序位于FC20：程序段3、FC21程序段5，啟動/暫停掃描程序）程序代碼43.啟動掃描功能程序。（程序位于FC21：程序段1、2；記錄掃描的步驟）程序代碼43.啟動掃描功能程序。（程序位于FC21：程序段4，啟動軸運(yùn)行）程序代碼43.啟動掃描功能程序。（程序位于FC21：程序段5、6；設(shè)定各步驟時的速度及各軸的位置）程序代碼4（接上一頁）A區(qū)程序視覺通信開始掃描工件數(shù)>0數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲B區(qū)程序視覺通信C區(qū)程序視覺通信D區(qū)程序視覺通信數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲（下一頁續(xù)）掃描完成程序代碼4采用PLC軟件平臺封裝好的TRCV和TSEND功能模塊建立TCP服務(wù)器和客戶端，實(shí)現(xiàn)PLC與外部設(shè)備通信。類別UDPTCP是否連接無連接面向連接是否可靠不可靠傳輸，不使用流量控制和擁塞控制可靠傳輸，使用流量控制和擁塞控制連接數(shù)量支持一對一，一對多，多對一和多對多通信只能是一對一通信傳輸方式面向報文面向字節(jié)流首部開銷首部開銷小，僅8字節(jié)首部最小20字節(jié)，最大60字節(jié)適用場景適用于實(shí)時應(yīng)用（IP電話、視頻會議、直播等）適用于要求可靠傳輸?shù)膽?yīng)用，例如文件傳輸以太網(wǎng)通信常用的通信協(xié)議是UDP和TCP通信；根據(jù)協(xié)議特點(diǎn)，本次選擇TCP協(xié)議進(jìn)行通信。程序代碼4TCP/IP模型分為5層：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層及物理層。詳細(xì)的數(shù)據(jù)傳遞如下：接收端MAC地址發(fā)送端MAC地址以太網(wǎng)類型發(fā)送端IP地址接收端IP地址協(xié)議類型源端口號目標(biāo)端口號數(shù)據(jù)循環(huán)冗余校驗(yàn)傳輸層IP首部TCP/UD首部應(yīng)用包頭及其數(shù)據(jù)以太網(wǎng)Trailer數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層以太網(wǎng)頭數(shù)據(jù)鏈路層表示首部的下一個協(xié)議表示首部的下一個協(xié)議表示首部的下一個協(xié)議服務(wù)端口號表示應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)流動的方向數(shù)據(jù)處理的順序程序代碼4在分揀碼垛過程中，視覺與PLC進(jìn)行TCP通信連接，按照約定協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解碼。Start掃描過程機(jī)器視覺控制器1.打開相機(jī)2.檢測工件開始掃描接收到完整信息工件信息OK接收到完整信息工件信息OKStop關(guān)閉相機(jī)末端分別移動到掃描區(qū)域A，B，C，D，向機(jī)器視覺分揀系統(tǒng)發(fā)送“Start”；視覺收到“Start”后，打開相機(jī)，開始檢測工件，將檢測到的第一個工件信息發(fā)送到PLC。PLC與視覺的通信約定：程序代碼4PLC向視覺發(fā)送“Sort”；視覺接收到“Sort”后打開相機(jī)，檢測工件是否偏移；無偏移向PLC發(fā)送“Over”；有偏移向PLC發(fā)送“Error,PosX”其中X為工件所在的掃描區(qū)域，即A/B/C/D；PLC收到“Over”，控制機(jī)器末端磁吸吸取工件；PLC收到“Error,PosX”發(fā)送“Sort”到視覺重新檢測；視覺將檢測結(jié)果發(fā)送到PLC；PLC接收到工件信息后移動到指定位置吸取工件；循環(huán)執(zhí)行上述操作，直到所有的工件分揀碼垛完成。Sort分揀過程機(jī)器視覺控制器1.打開相機(jī)2.檢測工件偏移開始分揀Over/Error,pos接收到完整信息Sort重新檢測工件信息接收到完整信息程序代碼44.視覺通信程序。（程序位于FC24：程序段1；通信模塊調(diào)用）（下一頁續(xù)）程序代碼44.視覺通信程序。（程序位于FC24：程序段2；視覺通信采集指令生成。）（續(xù)上一頁）程序代碼44.視覺通信程序。（程序位于FC24：程序段3、4；記錄工件數(shù)量。）程序代碼44.視覺通信程序。（程序位于FC24：程序段5;視覺數(shù)據(jù)解碼。）程序代碼4（接上一頁）A區(qū)程序視覺通信開始掃描工件數(shù)>0數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲B區(qū)程序視覺通信C區(qū)程序視覺通信D區(qū)程序視覺通信數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲（下一頁續(xù)）掃描完成程序代碼44.視覺通信程序。（程序位于FC24：程序段5;視覺數(shù)據(jù)存儲。）程序代碼4（接上一頁）A區(qū)程序視覺通信開始掃描工件數(shù)>0數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲B區(qū)程序視覺通信C區(qū)程序視覺通信D區(qū)程序視覺通信數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲（下一頁續(xù)）掃描完成程序代碼44.視覺通信程序。（根據(jù)下圖程序，程序位于FC21：程序段1、2，判定掃描是否完成。）程序代碼4（接上一頁）解碼工件A數(shù)據(jù)開始分揀工件數(shù)>0軸移動到工件A確定解碼工件Z軸位置解碼工件B數(shù)據(jù)抓取工件確定解碼工件Z軸位置軸移動到工件B系統(tǒng)停止分揀完成系統(tǒng)復(fù)位將工件放到指定位置程序代碼41.分揀啟動程序