自動化生產(chǎn)線控制與維護（基于數(shù)字孿生）課件全套 項目1-5 自動化生產(chǎn)線的認知-典型自動化生產(chǎn)線組成單元設計與調(diào)試

項目1.1自動化生產(chǎn)線認知任務描述本項目主要包括自動化生產(chǎn)線概述、應用場合以及現(xiàn)場管理與維護的要求，認識自動化生產(chǎn)線，為后面完成控制功能實現(xiàn)單元設備運行做理論準備。1.知道自動生產(chǎn)線的概念及組成；2.了解自動化生產(chǎn)線的應用現(xiàn)狀，機電行業(yè)的發(fā)展情況；3.建立“我”在行業(yè)領域發(fā)展的信心。

通過本節(jié)的學習，我們將：一、了解自動化生產(chǎn)線及應用自動化生產(chǎn)概念自動化生產(chǎn)線是在流水線和自動化專機的功能基礎上逐漸發(fā)展形成的自動工作的機電一體化的裝置系統(tǒng)。通過自動化輸送及其他輔助裝置，按照特定的生產(chǎn)流程，將各種自動化專機連接成一體，并通過氣動、液壓、電機、傳感器和電氣控制系統(tǒng)使各部分的動作聯(lián)系起來，使整個系統(tǒng)按照規(guī)定的程序自動的工作，連續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)出符合技術要求的特定產(chǎn)品，稱這種自動工作的機電一體化系統(tǒng)為自動化生產(chǎn)線。一、了解自動化生產(chǎn)線及應用自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)概念機械、氣動、傳感檢測、電動機驅(qū)動、PLC（可編程序控制器）、工業(yè)網(wǎng)絡通信以及人機界面等多種技術的有機結合。自動化生產(chǎn)線上的傳感檢測、傳輸與處理、分析控制以及驅(qū)動與執(zhí)行等部件在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作，并通過一定的輔助設備構成一個完整的機電一體化系統(tǒng)，自動地完成預定的全部生產(chǎn)任務。一、了解自動化生產(chǎn)線及應用特點自動化生產(chǎn)線綜合性機械控制技術氣動控制技術電機控制技術傳感檢測技術人機界面技術工業(yè)網(wǎng)絡技術系統(tǒng)性檢測傳輸處理控制執(zhí)行驅(qū)動一、了解自動化生產(chǎn)線及應用自動化生產(chǎn)線發(fā)展方向及應用領域發(fā)展方向運用領域發(fā)展方向應用領域提高生產(chǎn)率增大多用性增大靈活性數(shù)控車床工業(yè)機器人電子計算機二、初識自動化生產(chǎn)線應用圖1-2為某電商公司的自動化無人倉庫，這是全球第一個規(guī)?；\行并投入實際使用的全流程無人倉，承擔華東地區(qū)每天20萬單3C電子產(chǎn)品和個人護理產(chǎn)品的物流分揀打包工作。因為倉庫里沒有人，工作者是上千臺機器和傳送帶。所有的機器都有各自精準的軌道和工作流程，即使是幾乎隨時在運動的自動轉運貨架AGV，也具備防觸碰和主動避讓程序，數(shù)千臺機器如何在自主研發(fā)的系統(tǒng)引導下，密切配合，完成每天20萬單的產(chǎn)品入庫、分揀、打包、出庫全流程的無人化運作。公司表示，要讓這一無人倉的運轉成為世界標準，用中國自主研發(fā)的無人倉智能控制系統(tǒng)開啟全球智慧物流的未來。二、初識自動化生產(chǎn)線應用如圖1-3所示是某汽車公司的自動化汽車生產(chǎn)線。該公司擁有全球最先進、世界頂級的沖壓、焊裝、樹涂裝及總裝等整車制造總成的自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)。通過該自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)可實現(xiàn)汽車制造中高效率、高精度和低能耗沖壓加工；借助生產(chǎn)線配備的267個自動化機器人可實現(xiàn)車身更精密，柔性化的焊接，有力地確保了產(chǎn)品品質(zhì)，成就“中國制造”。圖1-3某汽車公司的自動化汽車生產(chǎn)線二、初識自動化生產(chǎn)線應用圖1-4所示是口罩機生產(chǎn)線，包括口罩機的生產(chǎn)和包裝功能于一體，包括成型、耳帶焊接、消菌消毒以及包裝等工序單元。生產(chǎn)線上每個單元都有相應獨立的控制與執(zhí)行等功能，通過工業(yè)網(wǎng)絡通信技術將生產(chǎn)線構成一個完整的工業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)，確保整條生產(chǎn)線高效有序運行，實現(xiàn)大規(guī)模的自動化生產(chǎn)控制與管理，為我們國家三年抗疫的勝利發(fā)揮了重要的作用。二、初識自動化生產(chǎn)線應用圖1-5所示是某化工廠領域污水處理自控系統(tǒng)的監(jiān)控現(xiàn)場。該生產(chǎn)線引入工業(yè)網(wǎng)絡技術，通過采用先進的計算機技術、電氣控制技術、信息化技術以及工業(yè)聯(lián)網(wǎng)技術，集成工廠自動化設備對污水處理全過程實施控制、調(diào)度、監(jiān)控。同時，工控機、變頻器、人機界面、觸摸屏技術以及工業(yè)通信技術等自動化產(chǎn)品在該生產(chǎn)線上得到充分應用。圖1-5某自動化公司自控系統(tǒng)的監(jiān)控室總結與思考自動化生產(chǎn)線在軍工、民用等生產(chǎn)領域得到大量的應用，在大力發(fā)展中國制造的背景下，作為新時期的未來“智能制造”科技人員，了解最新的自動化生產(chǎn)線知識，掌握前沿自動化生產(chǎn)線的知識，讓自己成為中國智能制造的人才，為“中國制造”添磚加瓦！總結與思考自動化生產(chǎn)線的概念？01自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的概念？02簡述自動化生產(chǎn)線的應用場合。03你還知道哪些有關自動化生產(chǎn)線的知識？04感謝觀看Thankyou主講人：曾潔瓊項目1.2自動化生產(chǎn)線實訓平臺的認知任務描述1.認識自動化生產(chǎn)線課程所選用的實訓教學平臺；2.知道實訓設備的基本組成；3.了解實訓設備的核心技術；4.熟悉實驗室設備的整體情況及其布置。自動化生產(chǎn)線課程包括機械設計、機械原理、可編程序控制(PLC)技術、電機控制技術、氣動控制技術、人機界面（HMI）及工業(yè)網(wǎng)絡通信技術等技術的綜合應用，將這些課程知識整合在《自動化生產(chǎn)線》一門課程中，需要一套融合所有技術的實訓平臺，通過這節(jié)課的學習，我們將了解課程的實訓平臺，我們將：典型自動化生產(chǎn)線（綜合機設備）綜合機綜合機設備包括供料模塊、傳送帶模塊、分類搬運模塊等三個模塊組成，能夠?qū)崿F(xiàn)從供料、傳送、分類等控制功能。生產(chǎn)線動作演示如下：典型自動化生產(chǎn)線（生產(chǎn)線設備）圖1-6所示為廣州沃圖自動化技術有限公司生產(chǎn)的典型模塊化自動化生產(chǎn)線組成結構圖。該典型自動化生產(chǎn)線由供料單元、檢測單元、加工單元、搬運單元、分揀輸送單元、提取安裝單元、操作手單元、分類存儲單元及工業(yè)機器人等9個不同的模塊單元組成。圖1-6典型模塊化自動化生產(chǎn)線組成結構圖供料單元加工單元搬運單元操作手單元提取安裝單元檢測單元安裝搬運單元分類存儲單元工業(yè)機器人單元典型自動化生產(chǎn)線（生產(chǎn)線設備）自動化生產(chǎn)線實訓設備是開放式的模塊結構，各個組成單元的機構結構與功能已經(jīng)固定，但每個設備單元的控制功能的順序和要求、設備單元之間的聯(lián)機動作配合，可以根據(jù)模擬實際生產(chǎn)現(xiàn)場狀況進行靈活地配置，使之實現(xiàn)模擬實際生產(chǎn)要求的自動化生產(chǎn)運行過程。同時每個設備單元都是獨立設備單元，具備自動化單機控制系統(tǒng)的功能。在完成每一個基本設備單元的控制功能實現(xiàn)的基礎上，學習聯(lián)機通信技術，逐步實現(xiàn)整機運行。同時通過觸摸屏技術的學習，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線的遠程控制和監(jiān)控功能。典型自動化生產(chǎn)線設備特點自動化生產(chǎn)線由9個模塊式工作單元組成01實體設備每個工作單元電氣控制板上都配備有一臺西門子S7系列PLC，分別控制每一工作單元的執(zhí)行功能。02生產(chǎn)線中各單元可自成一個獨立的系統(tǒng)運行，同時也可以通過網(wǎng)絡互聯(lián)構成一個分布式的整機控制系統(tǒng)運行。03運行方式典型自動化生產(chǎn)線工作運行方式當工作單元自成一個獨立的系統(tǒng)運行時獨立設備運行的主令信號以及運行過程中的狀態(tài)顯示信號，來源于該工作單元操作面板，各模塊在自身PLC控制下自動完成本站的執(zhí)行功能。當生產(chǎn)線采用網(wǎng)絡通信方式互聯(lián)成一個整機系統(tǒng)運行時工作單元之間的各種信息通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通信與交換，各運行設備之間能自動協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)線整機穩(wěn)定有序地運行。當自動化生產(chǎn)線采用了觸摸屏或組態(tài)軟件等人機界面運行時生產(chǎn)線中主令信號通過觸摸屏或組態(tài)軟件系統(tǒng)給出。同時，人機界面上也實時顯示系統(tǒng)運行的各種狀態(tài)信息?？偨Y與思考理論題典型自動化生產(chǎn)線由什么工作單元組成？簡述典型自動化生產(chǎn)線的系統(tǒng)特點及運行方式。分組實踐操作題觀察我們實驗室設置的布置情況，觀察我們實驗室有哪些設備，并完成以下的內(nèi)容；請用CAD或其它繪圖軟件繪制實驗室布置圖；用文字描述設備的機械結構組成，并對不同的設備功能做個簡介。細心觀察設備的擺放情況，并查閱相關資料進行機械結構及其功能簡介，并能用學過的繪圖軟件對實驗室的布置情況進行繪制。可以先用手繪草圖后回宿舍再進行電子圖的制作，將課堂的時間更有效的利用，培養(yǎng)獨立自由的學習能力，初步形成工程師的職業(yè)素養(yǎng)。考核評分表2-1任務考核評分表評分項目考核標準權重得分理論題正確了解自動化生產(chǎn)線的概念、作用、應用場合；典型生產(chǎn)線的工作單元組成及系統(tǒng)運行方式。50%

操作題熟悉實驗室設備，知道實驗室設備的情況及其放置情況。初步了解產(chǎn)線設備功能。50%

項目2.1.1可編程序控制技術的編程入門任務描述自動化生產(chǎn)線的控制核心是控制器，本實驗設備的控制器是西門子S7-1500PLC，此任務通過啟保?？刂乒δ軐崿F(xiàn)展示PLC控制系統(tǒng)的程序設計與調(diào)試方法。可編程序控制器的認知；PLC控制系統(tǒng)組成；S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法。

通過本節(jié)的學習，我們將：2.1.1可編程序控制器的認知可編程序控制器簡稱PLC，是專門為工業(yè)環(huán)境下的應用而設計的控制器，是一種數(shù)字運算操作系統(tǒng)。PLC是在電氣控制技術和計算機技術的基礎上開發(fā)出來并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動化技術、計算機技術及通信技術融為一體的新型工業(yè)控制裝置。圖2-1可編程序控制器組成結構圖

輸入單元

輸出單元

微處理器CPU

KM

SBSQSAYVHL

2.1.1可編程序控制器的認知可編程序控制器由微處理器(CPU)，存儲器(ROM，RAM)，輸入/輸出單元(I/O)，編程器和電源組成，如圖2-1所示。本小節(jié)所用的主要軟硬件配置2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法西門子S7-1500系列PLC的編程軟件選用博途軟件V16。TIA博途是全集成自動化軟件TIAportal的簡稱，是西門子工業(yè)自動化集團發(fā)布的一款全新的全集成自動化軟件。借助該全新的工程技術軟件平臺，用戶能夠快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動化系統(tǒng)。1套TIAPortalV16軟件；011臺PLC控制器型號CPU1512C-1PN，訂貨號6ES7512-1CK01-0AB0；021臺觸摸屏KTP900Basic訂貨號6AV2123-2JB03-0AX0。032.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法基于S7-1500PLC程序設計步驟：設備組態(tài)分配IP和設備名程序設計與調(diào)試2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法設備組態(tài)點擊“項目視圖”進入博途編程界面。圖2-1-4博途視圖2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法設備組態(tài)添加PLC控制器。點擊“添加新設備”→“控制器”→“SIMATICS7-1500”→“CPU”→“CPU1512C-1PN”→“6ES7512-1CK01-0AB0”→“確定”。圖2-1-5添加CPU1512CDC/DC/DC控制器2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法設備組態(tài)設置設備網(wǎng)絡組態(tài)。在“設備和網(wǎng)絡”視圖中選中整個PLC（或者選中PLC的網(wǎng)口），在下方的屬性窗口添加子網(wǎng)和設置IP地址、設備名稱。圖2-1-6添加子網(wǎng)和設置IP、設備名稱2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法設備組態(tài)設置CPU屬性組態(tài)。在設備視圖中選中PLC，勾選“時鐘存儲器”屬性，儲存器字節(jié)為“0”，表示把“MBO”設置為時鐘存儲器。同樣的，“MBI”設置為系統(tǒng)存儲器字節(jié)。圖2-1-7時鐘存儲器2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法設備組態(tài)IO組態(tài)。在設備視圖選中PLC的各個模塊，在下方屬性窗口的輸入和輸出、I/O地址屬性里分別設置通道類型和地址。圖2-1-8PLC數(shù)字量輸入輸出2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法設備組態(tài)創(chuàng)建HMI設備。點擊“添加新設備”→“HMI”→“SIMATIC精簡系列面板”→‘“9”顯示屏’→“TP700Basic”→“6AV2123-2JB03-0AX0”→“版本16.0.0.0”→“確定”，然后根據(jù)向?qū)瓿捎|摸屏的添加。圖2-1-9添加TP900觸摸屏2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法設備組態(tài)設備組態(tài)。在設備視圖選中整個觸摸屏或者網(wǎng)口，在下方的屬性窗口選擇子網(wǎng)和設置IP地址、設備名稱。圖2-1-10選擇子網(wǎng)和設置IP、設備名稱2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法設備組態(tài)連結PLC控制器和HMI設備。雙擊窗口右邊“設備和網(wǎng)絡”，將PLC與HMI的網(wǎng)絡端口聯(lián)結起來，完成PLC與HMI的組態(tài)。如圖2-1-11所示。圖2-1-11PLC與HMI組態(tài)總結與思考實踐作業(yè)：請完成PLC的組態(tài)；能夠為PLC分配IP地址與設備名稱的設定。千里之行，始于足下，多動手，多思考！項目2.1.2PLC程序設計與調(diào)試任務描述本項目通過啟保停項目的程序設計與調(diào)試的實操演示，展示PLC程序設計的方法。通過本節(jié)的學習，我們將實現(xiàn)以下三維目標：知識目標PLC程序設計與調(diào)試方法技能目標會進行PLC程序設計與調(diào)試；會進行實驗報告的撰寫素養(yǎng)目標培養(yǎng)機電工程師的職業(yè)素養(yǎng)學習目標建立I/O變量表FC函數(shù)塊的編寫編寫FB程序塊編寫組織塊PLC下載與監(jiān)控PLCSIM仿真虛擬調(diào)試方法建立I/O變量表在TIA博途軟件下，在PLC變量處點擊添加變量表，就可以分組建立I/O變量表，這樣可以方便對變量進行管理。TIA博途可以建立中文變量符號，可以進行中文尋址。如圖2-1-16所示為在“PLC變量”中“添加新變量表”名稱為“正反轉”，輸入啟保停的相關變量。圖2-1-16新建變量2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法程序設計與調(diào)試2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法程序設計與調(diào)試編寫FC功能在控制程序中，一些不同的控制功能可以編寫在不同的FC功能中（也可以寫在FB功能塊中，區(qū)別是FB塊要調(diào)用背景數(shù)據(jù)），實現(xiàn)程序的模塊化，模塊化編程可以方便調(diào)試和對程序的管理。在調(diào)試時，可以分別調(diào)用不同的功能單獨進行調(diào)試，也可以調(diào)用幾個功能進行聯(lián)調(diào)。添加一個FC塊，命名電機控制，編寫一段“啟保?！背绦颉D2-1-17FC控制程序2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法程序設計與調(diào)試編寫FB功能在系統(tǒng)控制中，有許多相同的閥門或者電機，控制的方法是一樣的，這樣就可以只編寫一個功能塊，通過通用不同的背景數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對不同對象的控制。例如編寫控制電機的控制程序塊，定義好程序的接口數(shù)據(jù)，然后在寫程序時使用接口數(shù)據(jù)編程，現(xiàn)對不同電機的相同功能的控制。在調(diào)用電機的控制塊（FB）時，要建立背景數(shù)據(jù)，可以單獨為每個電機創(chuàng)建一個背景數(shù)據(jù)塊，也可以使用多重背景數(shù)據(jù)塊。使用多重背景數(shù)據(jù)塊需要在另一個函數(shù)塊（FB）里調(diào)用各個電機的控制塊，這樣可以在同一個背景數(shù)據(jù)塊里為每臺電機分配背景數(shù)據(jù)，而不必建立過多的背景數(shù)據(jù)塊，方便對數(shù)據(jù)塊的管理。圖2-1-18FB控制塊的接口和程序2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法程序設計與調(diào)試編寫組織塊CPU會自動調(diào)用組織塊，用戶只需要編寫好程序就可以執(zhí)行的了，例如在CPU循環(huán)調(diào)用的組織塊OB1里編寫一些控制程序和調(diào)用FB塊、FC塊等；也可以在定時循環(huán)中斷組織塊如OB32里定時調(diào)用程序。把已經(jīng)編寫好的FC塊和FB塊分別在OB1中調(diào)用，在調(diào)用FB塊時需要分配背景數(shù)據(jù)塊，然后填入變量。圖2-1-19在OB1中調(diào)用FC和FB塊2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法PLC下載與監(jiān)控實體設備下載。選中需要下載的PLC程序，點擊PLC下載按鈕調(diào)出下載窗口，選中正確的網(wǎng)卡和接口，搜索并選中CPU的操作內(nèi)容，一般都是要選擇“一致性下載”。如圖所示為下載的步驟。圖2-1-20PLC下載窗口程序設計與調(diào)試2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法程序設計與調(diào)試圖2-1-21PLC下載預覽窗口2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法程序設計與調(diào)試②PLCSIM仿真虛擬調(diào)試。打開虛擬CPU，選中需要仿真的CPU，點擊菜單欄仿真按鈕打開虛擬CPU，如圖2-1-22所示，再單擊，首次打開仿真時系統(tǒng)會自動彈出下載窗口，點擊“開始搜索”查找CPU，選中CPU并下載，如圖2-1-23所示。在彈出的下載窗口選擇一致性下載并確定后選擇“啟動模塊”，啟動仿真調(diào)試。圖2-1-22PLC仿真器圖2-1-23搜索虛擬PLC2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法程序設計與調(diào)試運行的虛擬PLC只有一個精簡畫面，需要新建一個仿真項目才好仿真IO變量。點擊圖2-1-24上的切換視圖按鈕切換到項目視圖并新建一個仿真項目。圖2-1-24新建仿真項目2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法程序設計與調(diào)試圖2-1-25SIM表格打開“SIM表格”菜單，新建一個“SIM表格”，然后點擊“加載項目標簽”按鈕導入項目中的變量標簽。在需要仿真的輸入變量處“√”，可以看到相應的輸出變量的運行結果，需要注意的時輸出變量只能通過程序運算輸出結果。2.1.3S7-1500PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)方法程序設計與調(diào)試圖2-1-26監(jiān)視程序運行打開電機控制塊FC1，點擊監(jiān)視按鈕在線監(jiān)視運行的程序，可以看到在仿真標簽表里“√”的“10.0”已有信號輸入，運行結果同樣反饋到了標簽表?？偨Y與思考實踐作業(yè)：請完成啟保停的PLC控制系統(tǒng)設計及調(diào)試，請在實體和仿真設備上進行顯示；撰寫實驗報告。千里之行，始于足下，多動手，多思考！項目2.2氣動控制技術應用任務描述氣動控制技術是利用壓縮空氣作為傳遞動力或信號的工作介質(zhì)，氣動元件與機械、電器、PLC控制器等部分或全部綜合構成的控制回路，使氣動元件按生產(chǎn)工藝要求的工作狀況，自動按設定的順序或條件進行動作控制的一種自動化技術。PLC的輸出接口電路的作用是將CPU向外輸出的信號轉換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行元件的信號，以便控制接觸器線圈、電磁閥等電器的通、斷電。繪制所選設備的氣動控制系統(tǒng)；找出自動化生產(chǎn)線中設備單元的PLC輸出控制功能及相應地址。此微任務為：學習目標知識目標技能目標素養(yǎng)目標氣動控制系統(tǒng)知識PLC的輸出接口電路的知識能繪制設備的氣動控制系統(tǒng)原理圖能找出PLC的輸出口控制設備的功能及連接“O”口地址培養(yǎng)從事機電行業(yè)的職業(yè)能力，具備工程師的職業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)學生勞動意識，安全意識，良好的工作習慣2.2.1氣動控制系統(tǒng)認知氣動控制采用壓縮空氣作為傳輸信號或執(zhí)行機制的動力。由氣泵、壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥和邏輯元件（控制器）、傳感元件和氣動輔件連接起來即可組成“氣動控制系統(tǒng)”。圖2-28一個簡單的氣動控制系統(tǒng)構成圖2.2.1氣動控制系統(tǒng)認知一個完整的氣動控制系統(tǒng)基本由氣壓發(fā)生裝置（氣源產(chǎn)生裝置）、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件、檢測裝置以及控制器等6部分給成，如圖2-29所示。圖2-29氣動控制系統(tǒng)基本構成執(zhí)行元件控制元件控制器氣動控制系統(tǒng)基本組成氣壓發(fā)生裝置輔助元件檢測元件2.2.1氣動控制系統(tǒng)認知圖2-30中的靜音氣泵為壓縮空氣發(fā)生裝置，其結構組成如圖所示。氣泵是用來產(chǎn)生具有足夠壓力和流量的壓縮空氣，并將空氣進行凈化、處理及存儲的一套裝置。氣泵的輸出壓力可以通過其上的減壓閥進行調(diào)節(jié)。圖2-30靜音氣泵一次減壓調(diào)節(jié)指示表氣源開關過濾減壓閥空氣壓縮機

安全閥過載安全保護器罐體壓力指示表空氣壓縮機電源開關2.2.2氣動執(zhí)行元件認知及應用將氣體能轉換成機械能以實現(xiàn)往復運動或回轉運動的執(zhí)行元件。實現(xiàn)直線往復運動的氣動執(zhí)行元件稱為氣缸；實現(xiàn)回轉運動的稱為氣動馬達。圖2-30氣動執(zhí)行元件知識結構圖氣動執(zhí)行元件在氣動控制系統(tǒng)中，氣動執(zhí)行元件是一種將壓縮空氣的能量轉化為機械能，實現(xiàn)直線、擺動或者回轉運動的傳動裝置。氣缸用于實現(xiàn)直線往復運動氣缸

氣馬達氣馬達則是實現(xiàn)連續(xù)回轉運動的動作氣動系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件圖2-31幾種常用氣動執(zhí)行元件實物圖2.2.2氣動執(zhí)行元件認知及應用（a）筆型普通氣缸（b）氣動手爪（c）無桿氣缸（d）薄型氣缸（e）氣馬達（f）轉動氣缸表2-8工程實際應用中常用氣動執(zhí)行元件的應用特點類型應用特點薄型氣缸將壓縮空氣的壓力能轉換為機械能，驅(qū)動機構作直線往復運動、擺動和旋轉運動。，主要應用于位置控制精度要求高，行程短的場合。擺動氣缸利用壓縮空氣驅(qū)動輸出軸在一定角度范圍內(nèi)作往復回轉運動，其擺動角度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，常用的固定角度有90°、180°、270°；用于物體的轉位、翻轉、分類、夾緊、閥門的開閉以及機器人手臂動作等。無桿氣缸節(jié)省空間，行程缸徑比可達50至200，定位精度高，活塞兩側受壓面積相等，具有同樣的推力，有利于提高定位精度，長行程制作可能。結構簡單、占用空間小，適合小缸徑、長行程的場合，但限位器使負載停止時，活塞與移動體有脫開的可能。氣動手爪氣動手爪的開閉一般是通過由氣缸活塞產(chǎn)生的往復直線運動帶動與手爪相連的曲柄連桿、滾輪或齒輪等機構，驅(qū)動各個手爪同步做開、閉運動；主要是針對機械手的用途而設計的，用來抓取工件，實現(xiàn)機械手的各種動作。2.2.2氣動執(zhí)行元件認知及應用2.2.2氣動執(zhí)行元件認知及應用單作用氣缸與雙作用氣缸的特點類型應用特點單作用氣缸單作用氣缸結構簡單，耗氣量少，缸體內(nèi)安裝了彈簧，能夠自動復位；一般用于行程短，對輸出力和運動速度要求不高的場合。雙作用氣缸通過雙腔的交替進氣和排氣驅(qū)動活塞桿伸出與縮回，氣缸實現(xiàn)往復直線運動，活塞前進或后退都能輸出力（推力或拉力）；活塞行程可以根據(jù)需要選定，雙向作用的力和速度可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。2.2.2氣動執(zhí)行元件認知及應用單作用氣缸所連接的PLC電氣接口信號置“1”時，氣缸動作；置“0”時，氣缸能夠自動復位。雙作用氣缸連接的PLC電氣接口兩個信號的控制必須形成互鎖。連接兩個PLC輸出口兩個信號需要設置成一個“1”，一個必須為“0”，避免兩個信號同時為“1”，容易燒壞電磁閥，同時控制功能也無法實現(xiàn)?？偨Y與思考理論題氣動控制系統(tǒng)由哪些部分組成?每個部分的作用是什么？氣動執(zhí)行元件有哪些，說說每種氣缸執(zhí)行元件的工作原理與應用場合？單作用氣缸和雙作用氣缸各有什么特點？在設計程序控制時需要注意什么？總結才能鞏固和提高，自我學習才能形成獨立的學習能力，才能學到更多的知識。任務2.2.2氣動控制元件任務描述氣動執(zhí)行元件需要執(zhí)行相應的動作，需要氣動控制元件的控制下才能進行相應的動作。繪制所選設備的氣動控制系統(tǒng)；找出自動化生產(chǎn)線中設備單元的PLC輸出控制功能及相應地址。這節(jié)課我們將學習：氣動控制系統(tǒng)中，氣動控制元件是通過它們能改變工作介質(zhì)的壓力、流量或流動方向來實現(xiàn)執(zhí)行元件所規(guī)定的運動，如各種壓力、流量、方向控制閥和各種氣動邏輯元件。氣動控制元件分類如圖2-32所示。圖2-32氣動控制元件分類控制元件壓力控制閥流量控制閥方向控制閥2.2.2氣動控制元件認知及應用2.2.2氣動控制元件認知及應用氣動壓力控制閥用來控制氣動控制系統(tǒng)中壓縮空氣的壓力，以滿足各種壓力需求或節(jié)能，將壓力減到每臺裝置所需的壓力，并使壓力穩(wěn)定保持在所需的壓力值上。壓力控制閥包括減壓閥、安全閥和順序閥。圖2-33為幾種常用壓力控制閥。圖2-33為幾種常用壓力控制閥（d）氣動三聯(lián)件（a）安全閥（b）順序閥（c）減壓閥注意壓力控制閥上面一般都有一個旋鈕可以通過旋轉旋鈕調(diào)節(jié)供給氣源的壓力，實驗室設備的氣壓一般設定在0.3MPa到0.6MPa，控制在1MPa以下。表2-9壓力控制閥的作用及應用特點類型應用特點減壓閥對來自供氣氣源的壓力，進行二次壓力調(diào)節(jié)，使氣壓減小到各氣動裝置需要的壓力，并保證壓力值保持穩(wěn)定。安全閥也稱為溢流閥，在系統(tǒng)中起到安全保護作用。當系統(tǒng)的壓力超過規(guī)定值時，安全閥打開，將系統(tǒng)中一部分氣體排入大氣，使得系統(tǒng)壓力不超過允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過高而發(fā)生事故。順序閥依靠氣路中壓力的作用來控制執(zhí)行元件按順序動作的一種壓力控制閥，順序閥一般與單向閥配合在一起，構成單向順序閥。2.2.2氣動控制元件認知及應用氣動壓力控制閥壓力控制閥在氣動控制系統(tǒng)中有不同的作用和應用場合，表2-9幾種壓力控制閥的作用及應用特點。2.2.2氣動控制元件認知及應用1.氣動壓力控制閥壓力控制閥在氣動控制系統(tǒng)中有不同的作用和應用場合，如圖所示為幾種常用的壓力控制閥。（a）調(diào)速閥（b）單向節(jié)流閥（c）帶消聲器的排氣節(jié)流閥注意一般氣缸兩端都有安裝流量控制閥，流量控制閥一般都有一個旋鈕可以通過旋轉旋鈕調(diào)節(jié)供給氣源的壓力而實現(xiàn)速度控制，如需要進行氣缸速度控制可以進行微調(diào)。2.2.2氣動控制元件認知及應用2.氣動方向控制閥方向控制閥是氣動系統(tǒng)中通過改變壓縮空氣的流動方向和氣流通斷，來控制執(zhí)行元件啟動、停止及運動方向的氣動元件。方向控制閥常用的是電磁控制換向閥，簡稱電磁閥。電磁閥是氣動控制中最主要的元件，它的工作原理是利用電磁線圈通電時，靜鐵心對動鐵心產(chǎn)生電磁吸引力使得閥切換從而改變氣流方向，根據(jù)閥心復位控制方式，又可以分為單電控和雙電控兩種。圖2-35為兩種電磁閥的外形圖。（a）單電控（b）雙電控2.2.2氣動控制元件認知及應用2.氣動方向控制閥電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁換向閥易于實現(xiàn)電—氣聯(lián)合控制，能夠?qū)㈦娦盘柕妮敵鲇脕砜刂茪庠吹耐〝鄬崿F(xiàn)對氣缸的控制，實現(xiàn)了遠距離操作，在氣動控制廣泛使用。注意電磁閥兩側的電磁鐵不能同時得電，否則將會使電磁閥線圈燒壞。為此，在電氣控制回路上，通常設有防止同時得電的聯(lián)鎖電路。圖2-36部分電磁換向閥的圖形符號

APR

ABPR

ABR

R

P

ABR

R

P

二位三通閥二位四通閥二位五通閥三位五通閥2.2.2氣動控制元件認知及應用2.氣動方向控制閥常用的電磁閥根據(jù)切換通道數(shù)目的不同可以分為二位三通、二位四通、二位五通等，部分圖形符號如圖2-36所示。這里先說說二位的含義：對于電磁閥來說就是帶電和失電，對于所控制的閥門來說就是開和關。三位的含義在于在一個中間位，這個中間位當電磁閥兩邊不得電時，能夠保持原來的狀態(tài)。所以在一些需要保持中間位置的長距離控制中需要用到三位電磁閥，最常用于無桿氣缸。電磁閥按閥切換通道數(shù)目的不同又可以分為切換通道數(shù)目二通閥三通閥四通閥五通閥同時，按閥心的切換工作位置數(shù)目的不同又可以分為按閥心二位閥三位閥2.2.2氣動控制元件認知及應用2.氣動方向控制閥有2個通口的二位閥有3個通口的二位閥用于推動雙作用氣缸的回路中010203二位二通閥二位五通閥二位三通閥2.2.2氣動控制元件認知及應用2.氣動方向控制閥

二位五通單電控電磁閥二位五通雙電控電磁閥三位五通雙電控電磁閥圖3-38不同形狀的電磁閥的辨別圖2-37常用的電磁閥島的實物圖氣管接頭

匯流板消聲器手控旋鈕電氣接口電磁線圈2.2.2氣動控制元件認知及應用2.氣動方向控制閥在工程實際應用中，為了簡化控制閥的控制線路和氣路的連接，優(yōu)化控制系統(tǒng)結構通常將多個電磁閥及相應的氣控和電控信號接口、消聲器和匯流板等集中在一起組成控制閥的集合體使用，此集合體稱為電磁閥島。為了方便控制系統(tǒng)的功能調(diào)試，各電磁閥均帶有手動換向和加鎖功能的手控旋鈕。注意由于手控旋鈕手動換向的次數(shù)越多，旋鈕的橡膠容易損壞，所以盡量不要手動進行電磁閥調(diào)節(jié)，用PLC控制器給出電信號進行電磁閥功能測試和調(diào)試。2.2.3氣動控制回路分析與繪制每個電磁閥的側邊都繪制有圖形符號。單電控電磁閥一般用來控制單作用氣缸，對應其PLC地址電信號置“1”時動作，置“0”能夠自行回到復位狀態(tài)。雙電控電磁閥一般用于雙作用氣缸，當需要保持一個狀態(tài)或者長行程的氣缸控制（如無桿氣缸）控制需求時需要用到三位五通雙電控電磁閥。圖3-38不同形狀的電磁閥的辨別二位五通單電控電磁閥二位五通雙電控電磁閥三位五通雙電控電磁閥圖3-38不同形狀的電磁閥的辨別二位五通單電控電磁閥二位五通雙電控電磁閥三位五通雙電控電磁閥2.2.3氣動控制回路分析與繪制2.2.4找出電磁閥與PLC的接口地址因為手動操作電磁閥的手動旋鈕容易損壞電磁閥，實驗室設備的每個工作單元配備單獨的PLC控制器，可以通過PLC控制電信號的方式找出電磁閥所控制的執(zhí)行元件，也就是各種氣缸。根據(jù)任務2.3中找出按鈕的地址，測試的程序PLC程序如圖3-39所示。圖3-39PLC輸出口地址控制功能調(diào)試2.2.3氣動控制回路分析與繪制通過對輸出口地址逐一測試，可以找出單元設備所有輸出口“O”的地址所控制的功能。圖3-40所示為輸出口“O”的地址所控制的功能所包含的功能分類。圖3-40輸出口“0”的地址所控制的功能分類PLC“O”口地址電機指示燈電磁閥信號表2-11搬運單元的輸出口“0”地址分配序號地址設備符號設備名稱設備功能1Q0.02Q0.13Q0.24Q0.35Q0.46Q0.57Q0.62.2.3氣動控制回路分析與繪制經(jīng)過測試，實驗室設備中搬運單元的輸出口的地址及對應的控制功能如表2-11所示。圖3-41搬運單元氣動控制原理圖氣動控制回路分析與繪制找出設備單元電磁閥的控制功能后，就可以對設備單元的氣動控制原理圖進行繪制了。如圖3-41為搬運單元氣動控制原理圖。學以致用操作題找出所選設備的操作面板的輸入口地址。找出所選設備的輸出口“O”口地址，根據(jù)實際情況完成表2-11。繪制所選設備的氣動原理圖。實驗過程中問題思考與處理故障1：電磁閥通電指示燈亮，氣缸卻不動作？解決方法：有無上氣，是否漏氣?電磁閥損壞？故障2：程序成功下載到PLC，設備沒有動作?解決方法：PLC輸出口“O”地址沒有接電氣設備?電磁閥接線松動？程序編寫錯誤？考核評分表2-12任務考核評分表評分項目考核標準權重得分理論題能說出氣動控制系統(tǒng)組成及作用。10%

操作題找出所選設備的操作面板的輸入口地址。10%

找出所選設備的輸出口“O”口地址。20%

繪制所選設備的氣動原理圖。60%

任務2.3傳感檢測技術應用任務描述PLC需要與外界進行信息交互才能獲取信息，進而進行數(shù)據(jù)處理并決策控制各類輸出，而PLC是通過傳感器是獲取各類信息的。通過學習各種典型傳感器相關知識，了解其原理、性能及應用場合的基礎上，以實驗平臺為例介紹常用傳感器的具體應用、并檢測控制電路電氣接口及調(diào)試，認識并找出所用的傳感器與PLC控制器的電氣接口。找出PLC輸入口“I”口的地址及其控制功能；繪制設備電氣原理圖。本節(jié)課完成下面任務：學習目標知識目標技能目標素養(yǎng)目標熟悉常用開關量傳感器、數(shù)字量傳感器；熟悉PLC輸入接口電路。會進行傳感器的選用、安裝與維護；能夠找出設備中各種傳感器相連接的PLC輸入口的地址。培養(yǎng)勞動意識和工程師的職業(yè)素養(yǎng)；培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際，學以致用的能力。傳感檢測技術應用認知傳感檢測技術是實現(xiàn)自動化的關鍵技術之一，通過傳感檢測技術能有效實現(xiàn)各種自動化生產(chǎn)設備大量運行信息的自動檢測，并按照一定的規(guī)律轉換成與之相對應的有用電信號進行輸出。自動化設備中用于實現(xiàn)以上信息的傳感檢測功能的裝置就是傳感器，在自動化生產(chǎn)線等領域中得到廣泛的應用。傳感器的分類傳感器種類開關量傳感器數(shù)字量傳感器模擬量傳感器輸出電信號的類型不同開關量傳感器的認知及應用開關量傳感器又稱接近開關，是一種采用非接觸式檢測、輸出開關量的傳感器。在自動化設備中應用較為廣泛的主要有磁感應式接近開關、電感式接近開關、電容式接近開關和光電式接近開關等。開關量傳感器的認知及應用磁感應式接近開關簡稱磁性開關，其工作方式是當有磁性物質(zhì)接近磁性開關傳感器時，傳感器感應動作，并輸出開關信號。開關量傳感器的認知及應用磁性開關01在自動化設備中，磁性開關主要與內(nèi)部活塞（或活塞桿）上安裝有磁環(huán)的各種氣缸配合使用，用于檢測氣缸等執(zhí)行元件的兩個極限位置。02為了方便使用，每一磁性開關上都具有動作指示燈。當檢測到磁信號時，輸出電信號，指示燈亮。03在自動化設備中，磁性開關主要與內(nèi)部活塞（或活塞桿）上安裝有磁環(huán)的各種氣缸配合使用，用于檢測氣缸等執(zhí)行元件的兩個極限位置。磁性開關實物及電氣符號圖開關量傳感器的認知及應用開關量傳感器的認知及應用電容式接近開關利用自身的測量頭構成電容器的一個極板，被檢測物體構成另一個極板，當物體靠近接近開關時，物體與接近開關的極距或者介電常數(shù)發(fā)生變化，引起靜電容量發(fā)生變化，使得和測量頭連接的電路狀態(tài)也相應的發(fā)生變化，并輸出開關信號。開關量傳感器的認知及應用電容式接近開關電容式接近開關檢測紙張塑料金屬零件絕緣的液體木材的非金屬物體電容式接近開關一般應用在一些塵埃多、易接觸到有機溶劑及需要較高性價比的場合中。由于檢測內(nèi)容的多樣性，使其得到更廣泛的應用。開關量傳感器的認知及應用電容式接近開關圖2-43電容式接近開關實物圖及其氣電氣符號圖開關量傳感器的認知及應用電感式接近開關利用渦流效應制成的開關量輸出位置傳感器放大處理電路LC高頻振蕩器它利用金屬物體在接近時能使其內(nèi)部產(chǎn)生電渦流，使得接近開關振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，進而控制開關的通斷。由于電感式接近開關基于渦流效應工作，因此它檢測的對象必須是金屬。但由于電感式接近開關對金屬與非金屬的篩選性能好，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，在現(xiàn)代工業(yè)檢測中也得到廣泛應用。電感式接近開關圖2-44電感式接近開關的實物及電氣符號圖開關量傳感器的認知及應用開關量傳感器的認知及應用光電式接近開關利用光電效應制成的開關量傳感器光發(fā)射器和接收器有一體式和分體式兩種光發(fā)射器光發(fā)射器用于發(fā)射紅外光或可見光光接收器光接收器用于接收發(fā)射器發(fā)射的光，并將光信號轉換成電信號以開關量形式輸出開關量傳感器的認知及應用光電式接近開關光電接近開關自動包裝機自動封裝機自動灌裝機自動或半自動裝配流水線光電接近開關安裝時，不能安裝在水、油、灰塵多的地方，應回避強光及室外太陽光等直射的地方，注意消除背景物的影響。光電式接近開關光電式接近開關的實物及圖形符號開關量傳感器的認知及應用圖2-49擴散反射型光電開關實物圖開關量傳感器的認知及應用光電式接近開關漫反射式光電接近開關工作原理漫反射式光電接近開關的光發(fā)射器和光接收器集于一體，利用光照射到被測物體上反射回來的光線而進行工作。優(yōu)點漫反射式光電開關的可調(diào)性很好，其敏感度可通過其背后的旋鈕進行調(diào)節(jié)。傳感檢測技術在生產(chǎn)線中的應用通過傳感器的認知，找出設備單元上的傳感器與PLC輸出“I”口連接地址。如找出安裝在薄型單活塞桿防轉氣缸上下限位傳感器的地址。如圖2-54所示，觀察PLC控制器輸入口的指示燈，當薄型氣缸下降時，由亮變滅指示燈的地址是薄型氣缸上限位傳感器的電氣連接地址；由滅變亮指示燈的地址是薄型氣缸下限位傳感器的電氣連接地址。圖2-54薄型氣缸磁性開關傳感檢測技術在生產(chǎn)線中的應用如圖2-55所示，電容式傳感器用于判斷傳送帶上有無物料，把工件放到傳送帶電容式傳感器的前面，觀察PLC控制器輸入口指示燈，由滅變亮指示燈的地址就是這個傳感器所連接的電氣連接輸入口的地址?？梢酝ㄟ^這樣的方法完成表2-11中有關傳感器的內(nèi)容。圖2-55分類存儲裝置電容式傳感器總結拓展傳感器根據(jù)應用場合選用與PLC的電路連接方法與調(diào)試找出設備的所有傳感器，說明其在設備中的作用，找出其與PLC連接的地址。實操應用：思考與練習操作題2人一組自由組隊，完成下表學生分組情況及所選設備情況組號學號及名字任務1選定設備

序號地址設備符號設備名稱設備功能1I0.0

2I0.1

表2-12任務考核評分表評分項目考核標準權重得分操作題找出所選定1臺設備所用到的所有的傳感器，并標記其設備符號和名稱，寫出傳感器在設備中的作用；90%

能夠安全規(guī)范操作設備。10%考核評分任務3.1人機界面的設計與調(diào)試項目3自動化生產(chǎn)線常用工業(yè)設備的調(diào)試任務描述人機交互是虛擬現(xiàn)實的核心技術之一，在自動化生產(chǎn)線方面的主要應用是人機界面。本任務以綜合機的人機界面控制要求設計人機界面任務，學習自動化生產(chǎn)線常用的按鈕、開關、I/O域、界面管理、訂單界面、配方界面及報警功能的實現(xiàn)等人機界面知識。學習目標知識目標技能目標素養(yǎng)目標熟知人機界面的應用場合和西門子人機界面的型號知道按鈕、開關、I/O域、界面管理、訂單界面、配方界面及報警功能的應用場合會進行按鈕、開關、I/O域、界面管理、訂單界面、配方界面及報警功能等人機界面設置能夠按照要求設計出滿足控制要求的人機界面能設計出具備美觀性和實用性的人機界面，培養(yǎng)學生的審美觀通過每個實例學習，設計綜合拓展任務，培養(yǎng)學生學以致用、舉一反三的學習能力3.1.1認識人機界面概念人機界面（HumanMachineInterface）又稱人機接口，簡稱HMI，在控制領城，HMI一般特指用于操作員與控制系統(tǒng)之間進行對話和相互作用的專用設備，中文名為觸摸屏。它作為一種新的計算機輸入設備，是簡單、方便的一種人機交互方式。目前，觸摸屏已經(jīng)在消費電子（如手機、平板電腦）、銀行、稅務、電力、電信和工業(yè)控制等部門得到了廣泛應用。圖3-1-1人機界面控制系統(tǒng)組成圖3.1.1認識人機界面工作原理在工作時用手或其他物體觸摸觸摸屏的屏幕，系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標或文字的位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由檢測器件和控制器組成，檢測器件安裝在顯示器的屏幕上，用于檢測用戶觸摸的位置，接收信息后送至控制器，控制器將接收到的信息轉換成觸點坐標，再傳送給PLC，它還會接收PLC發(fā)來的命令，并加以執(zhí)行。圖3-1-1所示為人機界面控制系統(tǒng)組成圖，由PLC、觸摸屏、計算機、執(zhí)行機構組成。2．西門子觸摸屏介紹觸摸屏的圖形界面是在計算機的專用軟件［如SIMATICWinCC（TIA博途）］上設計和編譯的，需要通過通信電纜下載到觸摸屏；觸摸屏要與PLC交換數(shù)據(jù)，它們之間也需要通信電纜，一般通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通信。西門子不同產(chǎn)品系列的人機界面的使用方法類似，下面以精智面板（ComfortLine）為例進行介紹。2．西門子觸摸屏介紹觸摸屏的圖形界面是在計算機的專用軟件［如計算機與西門子觸摸屏之間通常采用PROFIBUS-DP通信（也可以采用PPI、MPI、以太網(wǎng)等通信，根據(jù)具體型號不同而不同），通過一個工業(yè)用交換機，將計算機、觸摸屏和PLC通過交換機進行通信，給每種設備分配不同的IP地址。計算機與觸摸屏通信連接如圖3-1-2所示。圖3-1-2計算機與觸摸屏通信連接2．西門子觸摸屏介紹（1).HMI變量分類變量（Tag）每個變量都有一個符號名稱和數(shù)據(jù)類型外部變量內(nèi)部變量是人機界面和PLC進行數(shù)據(jù)交換的橋梁，是PLC中定義的存儲單元的映像，其值隨著PLC程序的執(zhí)行而改變。可以在HMI設備和PLC中訪問外部變量。內(nèi)部變量存儲在HMI設備的存儲器中，與PLC沒有連接關系，只有HMI設備能訪問內(nèi)部變量。內(nèi)部變量用于HMI設備內(nèi)部的計算或執(zhí)行其他任務。內(nèi)部變量用名稱區(qū)分。2．西門子觸摸屏介紹(2)HMI變量創(chuàng)建①創(chuàng)建內(nèi)部變量新建人機界面項目，添加PLC和HMI觸摸屏，并在“設備和網(wǎng)絡”中建立連接，如圖3-1-3所示，在TIA博途軟件項目視圖的項目樹中選中“HMI變量”→“顯示所有變量”，創(chuàng)建內(nèi)部變量，名稱為“X”，如圖3-1-3所示圖3-1-3創(chuàng)建內(nèi)部變量2．西門子觸摸屏介紹(2)HMI變量創(chuàng)建②創(chuàng)建外部變量在TIA博途軟件項目視圖的項目樹中選中“HMI變量”→“顯示所有變量”，創(chuàng)建外部變量，名稱為“M01”，如圖3-1-4所示，點擊“連接”欄目下面的按鈕，選擇與HMI通信的PLC設備，本例的連接為“HMI_連接_1”；單擊“PLC變量”欄目下的按鈕，彈出“HMI變量”窗口，選中“PLC_1”→“PLC變量”→“默認變量表”→“M01”，單擊“√”按鈕，“PLC_1”的變量M01與HMI的M01就關聯(lián)在一起了。圖3-1-4創(chuàng)建外部變量理論作業(yè)：說說你對人機界面的理解？實踐作業(yè)：

請完成人機界面變量的設置；千里之行，始于足下，多動手，多思考！總結與思考理論作業(yè)：說說你對人機界面的理解？實踐作業(yè)：請完成人機界面變量的設置.千里之行，始于足下，多動手，多思考！任務3.1.2

IO域的分類與組態(tài)項目3自動化生產(chǎn)線常用工業(yè)設備的調(diào)試3.1.2．I/O域的組態(tài)①1套TIAV16軟件。②1臺PLC控制器，型號為CPU1512C-1PN，訂貨號為6ES7512-1CK01-0AB0。③1臺觸摸屏，型號為KTP900Basic，訂貨號為6AV2123-2JB03-0AX0。I是輸入（Input）的簡稱，O是輸出（Output）的簡稱，輸入域和輸出域稱為I/O域。I/O域在觸摸屏中的應用比較常見。本小節(jié)所用的主要軟硬件配置如下:2．I/O域的組態(tài)(1）I/O域的分類①輸入域：用于保存操作員輸入要傳送到PLC的數(shù)字、字母或符號，將輸入的數(shù)值保存到變量中。②輸出域：只顯示變量數(shù)據(jù)。③I/O域：同時具有輸入和輸出功能，操作員可以用它修改變量的數(shù)值，并將修改后的數(shù)值顯示出來。2．I/O域的組態(tài)②在右側“工具箱”→“元素”中拉入I/O域控件，選中相關的I/O域控件（如輸入控制），打開下面的“屬性”窗口，在“屬性列表”→“常規(guī)”→“過程”中關聯(lián)“變量”為需要關聯(lián)的變量，如剛才設置的輸入變量，在“類型”→“模式”中選擇“輸入”，第一個I/O域就具有輸入數(shù)據(jù)的功能。以此類推，設定其他的I/O域控件類型為“輸出”和“輸入輸出”。圖3-1-6I/O域組態(tài)2．I/O域的組態(tài)③功能測試。在main程序中添加程序，如圖3-1-7所示，也就是將輸入框中輸入的數(shù)據(jù)顯示在輸出框中。輸入輸出效果如圖3-1-8所示。圖3-1-7輸入輸出程序圖3-1-8輸入輸出效果3．開關和圖形設計①在PLC程序塊中添加一個數(shù)據(jù)（DB）塊。在數(shù)據(jù)塊中創(chuàng)建一個名為“開關”的變量，如圖3-1-9所示。圖3-1-9創(chuàng)建新變量總結與思考實踐作業(yè)：請完成以下的界面設置.千里之行，始于足下，多動手，多思考！3.1.3開關和圖形設計主講人：曾潔瓊任務3.1人機界面的設計與調(diào)試3.1.3．開關和圖形設計①在PLC程序塊中添加一個數(shù)據(jù)（DB）塊。在數(shù)據(jù)塊中創(chuàng)建一個名為“開關”的變量，如圖3-1-9所示。圖3-1-9創(chuàng)建新變量3．開關和圖形設計②在HMI的畫面里找到圖形和開關，并把它們放入畫面中；在基本對象里，橢圓、圓、矩形都可以作為燈使用，如圖3-1-10所示。圖3-1-10設置基本圖形對象3．開關和圖形設計③在畫面中點擊“開關”，打開“屬性”，開關的顏色和方向可以通過“屬性列表”更改，如圖3-1-11所示。圖3-1-11開關屬性設置3．開關和圖形設計④在“開關”的“常規(guī)”設置中，“過程”下的“變量”與之前數(shù)據(jù)塊里的“開關”相關聯(lián)，如圖3-1-12所示。圖3-1-12開關變量關聯(lián)設置3．開關和圖形設計⑤設置好“開關”屬性后，點擊“圓”，選擇“動畫”，在“顯示”中“添加新動畫”，新增加一個“外觀”，“外觀”的“變量”和“PLC變量”中的“燈”相關聯(lián)，在下面的范圍中，添加一個“0”和一個“1”（“0”代表開關沒打開，“1”代表開關已開啟），將背景色更改為綠色（顏色自定義），需要閃爍的可以在“1”后面把“閃爍”改為是，如圖3-1-13所示。圖3-1-13燈的狀態(tài)變化設置3．開關和圖形設計⑥在“程序塊”→“Main[OB1]”中編寫相應的開關控制燈程序，如圖3-1-14所示。圖3-1-14開關控制燈程序3．開關和圖形設計⑦下載到設備或仿真軟件查看效果，如圖3-1-15所示。圖3-1-15燈的狀態(tài)變化效果總結與思考實踐作業(yè)：請完成以下的界面設置.千里之行，始于足下，多動手，多思考！3.1.3開關和圖形設計任務3.1人機界面的設計與調(diào)試3.1.3．開關和圖形設計①在PLC程序塊中添加一個數(shù)據(jù)（DB）塊。在數(shù)據(jù)塊中創(chuàng)建一個名為“開關”的變量，如圖3-1-9所示。圖3-1-9創(chuàng)建新變量3．開關和圖形設計②在HMI的畫面里找到圖形和開關，并把它們放入畫面中；在基本對象里，橢圓、圓、矩形都可以作為燈使用，如圖3-1-10所示。圖3-1-10設置基本圖形對象3．開關和圖形設計③在畫面中點擊“開關”，打開“屬性”，開關的顏色和方向可以通過“屬性列表”更改，如圖3-1-11所示。圖3-1-11開關屬性設置3．開關和圖形設計④在“開關”的“常規(guī)”設置中，“過程”下的“變量”與之前數(shù)據(jù)塊里的“開關”相關聯(lián)，如圖3-1-12所示。圖3-1-12開關變量關聯(lián)設置3．開關和圖形設計⑤設置好“開關”屬性后，點擊“圓”，選擇“動畫”，在“顯示”中“添加新動畫”，新增加一個“外觀”，“外觀”的“變量”和“PLC變量”中的“燈”相關聯(lián)，在下面的范圍中，添加一個“0”和一個“1”（“0”代表開關沒打開，“1”代表開關已開啟），將背景色更改為綠色（顏色自定義），需要閃爍的可以在“1”后面把“閃爍”改為是，如圖3-1-13所示。圖3-1-13燈的狀態(tài)變化設置3．開關和圖形設計⑥在“程序塊”→“Main[OB1]”中編寫相應的開關控制燈程序，如圖3-1-14所示。圖3-1-14開關控制燈程序3．開關和圖形設計⑦下載到設備或仿真軟件查看效果，如圖3-1-15所示。圖3-1-15燈的狀態(tài)變化效果總結與思考實踐作業(yè)：請完成以下的界面設置.千里之行，始于足下，多動手，多思考！3.1.4．人機界面_用戶管理任務3.1人機界面的設計與調(diào)試3.1.4．人機界面_用戶管理①在HMI變量里面創(chuàng)建一個“內(nèi)部變量”，或者直接在“默認變量表”中創(chuàng)建名為“登錄”和“注銷”的Bool型變量，“連接”選擇“<內(nèi)部變量>”，如圖3-1-16所示。圖3-1-16建立HMI內(nèi)部變量4．人機界面_用戶管理②回到根畫面，在HMI工具箱中找到并將用戶管理控件拖入畫面中，如圖3-1-17所示。圖3-1-17用戶管理界面4．人機界面_用戶管理③在HMI工具箱的元素中找到按鈕并在畫面中創(chuàng)建兩個按鈕（一個登錄、一個注銷），如圖3-1-18所示。圖3-1-18設置登錄和注銷功能4．人機界面_用戶管理④完成上述步驟后，在HMI目錄中找到并打開“用戶管理”，在“用戶管理”→“用戶”中可以自定義名稱（如“GDGM”）、密碼（如“123”），如果勾選了“自動注銷”，那么在“注銷時間”處要設定好時間，時間單位為分鐘，如圖3-1-19所示。圖3-1-19用戶管理功能設置4．人機界面_用戶管理⑤用戶管理的層級關系如下。權限（可以多個）組（可以多個）用戶（可以多個）。一個用戶組可以擁有多種權限，一個用戶組可以擁有多個用戶（注意：單個用戶必須有自己的密碼、注銷時間等）。用戶管理的層級關系設置如圖3-1-20所示圖3-1-20用戶管理的層級關系設置4．人機界面_用戶管理圖3-1-21管理員權限設置⑥返回HMI畫面，選中“登錄”按鈕，在“屬性”→“安全”→“運行系統(tǒng)安全性”→“權限”中點開后面的按鈕，添加管理員權限，如圖3-1-21所示。4．人機界面_用戶管理⑦打開“登錄”按鈕的“事件”，選擇“單擊”，在“編輯位”中選擇“取反位”，變量為之前創(chuàng)建的“登錄”，如圖3-1-22所示。圖3-1-22登錄按鈕的功能設置4．人機界面_用戶管理⑧“登錄”按鈕設置完成后，打開“注銷”按鈕的“事件”，選擇“單擊”，并在“用戶管理”中將它設為“注銷”，以便在用戶登錄后可以手動注銷，如圖3-1-23所示圖3-1-23注銷按鈕的功能設置4．人機界面_用戶管理⑨當想讓人機界面需要登錄后才能操作時，只需要在對應的按鈕后其余I/O域中，在“屬性列表”里把“安全”里的“權限”設為管理員用戶組或其他擁有權限的用戶組即可，如圖3-1-24所示。圖3-1-24安全權限4．人機界面_用戶管理（a）用戶密碼輸入界面（b）登錄成功界面（c）注銷顯示界面⑩功能測試。將HMI下載到實體設備或點擊仿真按鈕啟動仿真，點擊“登錄”按鈕，如圖3-1-25（a）所示，輸入正確的用戶和密碼后，顯示登錄成功界面，如圖3-1-25（b）所示，點擊“注銷”按鈕，注銷顯示界面如圖3-1-25（c）所示?？偨Y與思考實踐作業(yè)：請完成用戶登錄界面的設置.千里之行，始于足下，多動手，多思考！3.1.5報警界面的設計任務3.1人機界面的設計與調(diào)試3.1.5．報警界面設計在自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)過程中，會出現(xiàn)各種各樣的故障和警告，需要提醒用戶出現(xiàn)的故障類型并進行故障記錄，下面介紹如何利用HMI進行報警界面的設計。①新建報警畫面。HMI的根畫面中有一個報警按鈕，它在報警時產(chǎn)生報警彈出窗口，需要新建一個畫面作為報警畫面，如圖3-1-26所示。圖3-1-26報警畫面5．報警界面設計②新建報警畫面后，打開HMI的畫面管理，“添加新模板”后，打開“模板_1”?！澳０錩1”是對根畫面的編輯，選擇畫面下的一個按鈕，用來作為報警畫面的切換按鈕，并打開“屬性”。在“屬性”→“常規(guī)”→“標簽”→“文本”中輸入“報警畫面”，給按鈕自定義名稱，如圖3-1-27所示。圖3-1-27報警畫面的切換按鈕設置5．報警界面設計③在按鈕的“屬性”中點擊“事件”，選擇“單擊”→“按下”，并在右邊選擇“畫面”中的“激活屏幕”，如圖3-1-28所示。圖3-1-28報警畫面激活屏幕5．報警界面設計④將剛才新建的“報警畫面”與“畫面名稱”關聯(lián)，如圖3-1-29所示。圖3-1-29將“報警畫面”與“畫面名稱”關聯(lián)5．報警界面設計⑤在HMI畫面中選中“報警界面”，右擊，選擇“屬性”→“常規(guī)”設置中的“模板”，選擇剛才設置好的“模板_1”，將模板關聯(lián)，如圖3-1-30所示。圖3-1-30報警界面模版關聯(lián)5．報警界面設計⑥在PLC變量表中新增一個“Word”型的變量，名稱為“報警變量”，如圖3-1-31所示。圖3-1-31新增報警變量5．報警界面設計⑦報警內(nèi)容的設置。創(chuàng)建完變量后，打開“HMI變量”的“HMI報警”，進行報警內(nèi)容的設置。圖3-1-32報警類別選擇5．報警界面設計1、在“HMI報警”中，分為離散量報警和模擬量報警，選擇離散量報警，添加需要報警的ID，如1、2，如果名稱不顯示就可以不進行更改，因為顯示的是報警文本，根據(jù)自行輸入的報警內(nèi)容在“報警類別”中可以查看報警文本；觸發(fā)變量，選擇之前新建的變量。報警類別選擇如圖3-1-32所示，有Acknowledgement、Errors、NoAcknowledgement、Warnings。其中，Acknowledgement、NoAcknowledgement是系統(tǒng)報警，Errors、Warnings較常用（Errors：需要確認報警；Warnings：不需要確認報警）。2、觸發(fā)位：上個步驟新建了MW10報警變量，將觸發(fā)位設定為0，因為MW10包含MB10和MB11（高位低字節(jié)和低位高字節(jié)

），所以觸發(fā)位為0，表示M11.0，以此類推，一共16位。5．報警界面設計離散量報警設置如圖3-1-33所示。圖3-1-33離散量報警設置5．報警界面設計⑧回到“報警畫面”，把報警控件拉入畫面中，如圖3-1-34所示。圖3-1-34報警控件設置5．報警界面設計⑨選中報警控件，打開下面的屬性窗口，在“屬性”→“工具欄”→“按鈕”→“確認”欄中打鉤。做完這一步后，就可以下載到設備或仿真軟件了，如圖3-1-35所示。圖3-1-35報警控件確認設置5．報警界面設計⑩報警效果調(diào)試。新增一個監(jiān)控表，即“監(jiān)控表_1”。在監(jiān)控表里添加兩個地址，分別為M11.0和M11.1。點擊“監(jiān)控表”，將修改值修改為1后，點擊按鈕，如圖3-1-36所示，就能在設備或仿真軟件上看到其報警效果了，如圖3-1-37所示。圖3-1-36在監(jiān)控表增加相關報警信號5．報警界面設計報警效果圖3-1-37離散型報警效果顯示5．報警界面設計?在PLC變量里添加兩個Real型或Int型變量，如圖3-1-38所示。圖3-1-38新增模擬量報警變量5．報警界面設計?模擬量報警設置。在“HMI報警”的“模擬量報警”中創(chuàng)建ID，ID是根據(jù)需要報警的對象來設置的。模擬量的“報警文本”和“報警類別”和離散量的報警設置一樣，觸發(fā)變量，選擇創(chuàng)建的變量，限制和限制模式是指當值超過或小于設定值時都會報警，模擬量報警設置如圖3-1-39所示。圖3-1-39模擬量報警設置5．報警界面設計?在監(jiān)控表中添加變量表的變量，使用方法和離散量一樣。將當前溫度設定為15.0時，會出現(xiàn)當前溫度過低的錯誤確定窗口。如圖3-1-40所示；將當前濕度監(jiān)視值修改為60.0時，會出現(xiàn)當前濕度過高的報警窗口，如圖3-1-40所示。圖3-1-40模擬量報警效果顯示總結與思考實踐作業(yè)：請完成報警界面的設置，要求包括離散量報警和模擬量報警。千里之行，始于足下，多動手，多思考！3.1.6配方界面設計任務3.1人機界面的設計與調(diào)試6．配方界面設計配方是工藝上的一種常用工具，不同的作業(yè)需要不同的參數(shù)。在自動化生產(chǎn)線中，同一生產(chǎn)線可以加工不同的工件，裝配的數(shù)量也可以進行設置，入庫時針對不同的工件可以選擇放入不同的料倉等。如果沒有配方，那么每一次進行更換作業(yè)時都需要手動輸入相應參數(shù)，必然很麻煩。有了配方，一種作業(yè)對應一個參數(shù)配方，進行更換作業(yè)時直接調(diào)用相應的參數(shù)配方即可，既節(jié)省時間、精力，又能保證效果。下面通過例子介紹配方的HMI人機界面設置。任務描述6．配方界面設計①首先添加一個數(shù)據(jù)塊（DB塊），在DB1中建立需要的變量，如圖3-1-41所示。圖3-1-41新增配方所需要的變量6．配方界面設計②建立完變量后，打開HMI的配方，在配方處建立所需要的配方，每一個配方會有對應的一個元素，配方最大數(shù)據(jù)記錄數(shù)表示它最多可以創(chuàng)建多少個元素，如圖3-1-42所示，建立兩個配方，在每個配方下面新增加3個元素，并將其變量與上面建立的DB塊相關變量關聯(lián)。圖3-1-42新增配方及其元素6．配方界面設計圖3-1-42新增配方及其元素6．配方界面設計③配方創(chuàng)建好后打開HMI畫面，如圖3-1-43所示，在畫面右邊的工具箱欄中找到控件，并把配方表拉到畫面中。圖3-1-43配方控件設置6．配方界面設計④點擊仿真或下載到設備中，仿真開始后，就可以在配方表里選擇自己的配方方案，如圖3-1-44所示。圖3-1-44配方仿真效果6．配方界面設計⑤編輯配方界面。在畫面中選中配方控件，如圖3-1-45所示，選擇配方控件第一行的“屬性”→“標簽”，在“顯示標簽”前打鉤，更改“名稱”為“訂單名”，并更改“編號”及“元素”的標簽，右側可以更改“配方數(shù)據(jù)記錄”的標簽，可以修改“名稱”為“訂單號”。圖3-1-45配方標簽設置6．配方界面設計⑥配方表有一欄是無法在開始前就設定好的，一定要在仿真開始后才能輸入，且沒有中文輸入，如圖3-1-46所示。圖3-1-46配方記錄仿真效果6．配方界面設計⑦我們可以在配方表的條目名中輸入變量的值，在DB塊中監(jiān)視數(shù)據(jù)，再點擊并傳入PLC，在DB塊中可以看見值的改變，如圖3-1-47所示。圖3-1-47配方元素記錄仿真效果6．配方界面設計圖3-1-47配方元素記錄仿真效果6．配方界面設計⑧在配方屬性中，可以在配方這個選項中關聯(lián)一個HMI配方中所建立的配方，

不過關聯(lián)完后，仿真界面就無法選擇其他配方了，只顯示關聯(lián)的配方；當想要控制某一個配方時，可以建立相關變量，來關聯(lián)配方數(shù)據(jù)記錄，如圖3-1-48所示。圖3-1-48配方關聯(lián)變量總結與思考實踐作業(yè)：請完成配方界面的設置；千里之行，始于足下，多動手，多思考！3.1.7．訂單界面設計主講人：曾潔瓊任務3.1人機界面的設計與調(diào)試3.1.7

訂單界面設計在自動化生產(chǎn)線設備的裝配、搬運和入庫等過程中，需要選擇不同的工件進行裝配，不同的工件也要放入不同的物料筒中，也就是不同工件的工藝流程是不同的，這就需要在HMI畫面做出選擇。配方除了有這個功能，還可以自行設計訂單界面來實現(xiàn)不同的工藝流程，下面介紹訂單界面的常用方法。7．訂單界面設計①在PLC程序塊中建立一個數(shù)據(jù)塊，名稱為“HMI”，創(chuàng)建所需要的變量，如圖3-1-49所示。圖3-1-49HMI數(shù)據(jù)塊變量7．訂單界面設計②文本列表設置。打開HMI變量的“文本和圖形列表”，在“文本列表”中創(chuàng)建一個“訂單”列表，并選中“訂單”文本，在“文本列表條目”下新建3個條目，如圖3-1-50所示。圖3-1-50文本列表設置7．訂單界面設計③圖形列表設置。在HMI變量下找到“文本和圖形列表”，在“圖形列表”中創(chuàng)建一個“圖形”。在“圖形列表條目”中創(chuàng)建一個值為0和一個值為1的圖形列表

，這樣在選擇訂單界面時就可以選擇相應的條目。圖形列表設置如圖3-1-51所示。圖3-1-51圖形列表設置7．訂單界面設計④在圖形_1中，全白的圖形可以通過創(chuàng)建新圖形來獲得，點擊創(chuàng)建新圖形后，彈出“插入對象”，選擇“畫筆圖片”后確定，當彈出畫圖頁面后關閉即可。自定義圖形設置如圖3-1-52所示。圖3-1-52自定義圖形設置7．訂單界面設計自定義圖形設置_畫筆工具的使用如圖3-1-53所示。圖3-1-53自定義圖形設置_畫筆工具的使用7．訂單界面設計⑤打鉤“?”的圖形通過“圖形列表”中的工具箱來獲得，點開右側“工具箱”→“圖形”，如圖3-1-54所示，找到相應的打鉤“?”的圖形。圖3-1-54工具箱圖形選擇7．訂單界面設計⑥將文本列表和圖形列表拉入畫面中。返回人機界面的畫面，在工具箱中打開“元素”，并找到圖3-1-55中的兩個控件，一個為文本列表控件，另一個為圖形列表控件，將其擺放好，如圖3-1-55所示。中創(chuàng)建一個“訂單”列表，并選中“訂單”文本，在“文本列表條目”下新建3個條目，如圖3-1-50所示。圖3-1-55文本列表控件和圖形列表控件設置7．訂單界面設計⑦關聯(lián)文本列表變量。如圖3-1-56所示，選中畫面中的一個文本列表控件，在下面的“屬性”→“常規(guī)”→“過程”→“變量”中選擇“程序塊”→“HMI[DB2]”中的“訂單1”變量，選擇并打鉤確認；在“內(nèi)容”→“文本列表”中選擇“訂單”，“可見條目”可以設定為3條。圖3-1-56文本列表變量過程關聯(lián)設置7．訂單界面設計以此類推，也可以進行其他關聯(lián)設置，如圖3-1-57所示。圖3-1-57文本列表變量內(nèi)容關聯(lián)設置7．訂單界面設計⑧關聯(lián)圖形列表變量。如圖3-1-58所示，選中畫面中的一個圖形列表控件，在下面的“屬性”→“常規(guī)”→“過程”→“變量”中選擇“程序塊”→“HMI[DB2]”中的“正面選擇1”變量，選擇后打鉤確認；并在“內(nèi)容”→“圖形列表”中選擇剛才設置的圖形，如圖3-1-58所示。圖3-1-58圖形列表變量過程關聯(lián)設置7．訂單界面設計以此類推，也可以進行其他關聯(lián)設置，如圖3-1-5９所示。圖3-1-59圖形列表變量內(nèi)容關聯(lián)設置7．訂單界面設計⑨運行調(diào)試。下載到相應的設備中查看畫面效果，如圖3-1-60所示。圖3-1-60文本列表與圖形列表效果總結與思考實踐作業(yè)：

請完成訂單界面的設計千里之行，始于足下，多動手，多思考！項目4數(shù)字孿生技術在自動化生產(chǎn)線中的應用任務描述數(shù)字孿生（DigitalTwins）被形象地稱之為“數(shù)字化雙胞胎”，是智能工廠的虛實互聯(lián)技術，在構想、設計、測試、仿真、生產(chǎn)線、廠房規(guī)劃等環(huán)節(jié)，可以虛擬和判斷