項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用工業機器人碼垛應用是實現物品自動堆疊、搬運和存儲的高效解決方案。鑒于其自動化程度高、工作效率快、精準度高等特點，被廣泛應用于物流、食品、化工等產業，特別是在需要快速、高效、大批量處理的場景中。伴隨新技術的發展，未來將有智能化、柔性化、集成化的發展趨勢與方向。該技術主要涉及機器人編程、控制系統、機器視覺、機械臂操作等方面的內容，需要操作者具有機械工程、自動化控制、計算機編程等知識、技能、情感的能力。作為工業機器人操作員，您將與團隊成員共同完成機器人的編程、調試、維護等任務，滿足生產線自動化、智能化等項目要求。

【項目情境】針對工業機器人物料碼垛集成工作站應用所需掌握的知識與技能點，以及結合工業機器人集成應用的1+X職業技能等級證書的初級要求、工業機器人系統操作員考證的中級要求，本項目設計了五個學習任務，分別是：碼垛工作站的結構組成與信號規劃、工業機器人一字式碼垛應用虛擬編程、工業機器人交錯式碼垛應用編程、碼垛工作站調試與優化、碼垛工作站觸摸屏的維護保養。本項目的知識圖譜如下：

【項目分析】項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用

【項目分析】項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用任務一碼垛工作站的結構組成與規劃知識目標：1.能區別堆垛與拆垛工藝；2.能識別常見的碼垛垛型；3.能識別西門子精簡觸摸屏KTP700Basic。技能目標：1.合理選用觸摸屏型號并進行設備的硬件安裝；2.能根據要求進行工作站的碼垛工藝規劃；3.能根據任務需求完成工作站的信號規劃。素養目標：1.通過工作站設備的合理選型，樹立安全、環保、節約和服務意識；2.通過進行組內的項目分工，增強團隊合作精神；3.通過進行工作站的整體搭建，增強設計性思維力。

【項目分析】項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用任務二工業機器人重疊式碼垛應用虛擬編程知識目標：1.描述重疊式（一字式）碼垛的工作過程，明確物料碼放要求；2.掌握FOR指令的使用方法；3.理解重疊式（一字式）碼垛物料擺放位置的計算方法。技能目標：1.能根據工作站任務分析工業機器人控制流程，并規劃設計程序結構；2.會使用Offs編移指令計算物料位置；3.會使用FOR循環指令編寫重疊式（一字式）碼垛程序；4.能熟練使用RoboStudio軟件的仿真功能，完成工業機器人重疊式（一字式）碼垛程序的功能調試。素養目標：1.通過精確計算物料的擺放位置，養成細致、嚴遂的工作態度；2.通過程序調試，增強分析和解決問題的能力。

【項目分析】項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用任務三工業機器人交錯式碼垛應用編程知識目標：1.描述WHILE、TEST指令以及RelTool工具偏移函數的功能和基本結構；2.掌握在示教器中添加WHILE、TEST指令以及RelTool工具偏移函數的方法；3.理解交錯式碼垛物料擺放位置的計算方法。技能目標：1.能夠根據任務規劃設計程序結構；2.會使用RelTool工具偏移函數計算物料位置；3.會使用WHILE、TEST指令編寫交錯式碼垛程序；4.能完成工業機器人交錯式碼垛程序的調試，達到控制要求。素養目標：1.通過從重疊式碼垛遷移到交錯碼垛的學習，培養學生觸類旁通的學習探究能力；2.通過采用不同的指令編寫循環程序，培養學生的創新思維和發散思維。

【項目分析】項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用任務四碼垛工作站系統調試與優化知識目標：概述碼垛工作站系統調試的工作要求與主要環節；小結PLC與觸摸屏調試的一般步驟；掌握PLC和觸摸屏的仿真聯調方法。技能目標：1.學會使用博途WinCC組態軟件進行觸摸屏編程；2.能進行PLC與觸摸屏的仿真與實體設備調試；3.能進行工作站總體程序的調試與優化。1+X技能目標：1.能根據工作站應用的通信要求，配置和調試上位機與PLC控制設備的通信；2.能根據工作站應用的通信要求，配置和調試觸摸屏與PLC控制設備的通信并完成程序下載。素養目標：1.通過工作站的系統調試與優化，養成嚴謹、精益求精的工匠精神；2.通過仿真調試技術，增強信息化技術的使用能力；3.通過仿真調試與實體工作站調試兩種系統聯調方式，擴展解決問題的方法思路。

【項目分析】項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用任務五碼垛工作站觸摸屏的維護保養知識目標：1.描述備份與恢復觸摸屏數據的方式；2.列舉觸摸屏設備的主要備份對象；3.掌握使用ProSave備份工具進行觸摸屏工程文件的使用方法。技能目標：1.能使用ProSave備份工具完成備份觸摸屏工程文件；2.能使用ProSave備份工具完成恢復觸摸屏工程文件。1+X技能目標：1.能按照維護保養手冊要求，進行工業機器人軟件參數的設置和備份；2.能按照維護保養手冊要求，進行工業機器人周邊電氣設備、軟件參數的設置和備份、線路的檢查或更換。素養目標：1.通過對設備的軟件維護，養成在平時的工作中能定期備份數據的良好習慣；2.通過維護操作的實施，增強珍惜和愛護設備的職業素養。

【任務描述】某汽車零配件生產公司，使用工業機器人碼垛工作站用于方形物料的碼垛工序。作為一名工業機器人操作員，您需要熟悉工業機器人碼垛工作站的系統組成與基本功能，掌握常見的碼垛垛型工藝，通過任務的實施掌握工業機器人碼垛工作站的整體規劃與觸摸屏的安裝等技能點，培養安全、環保、節約和團隊合作的素質。項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃

【任務目標】知識目標1.能區別堆垛與拆垛工藝；2.能識別常見的碼垛垛型；3.能識別西門子精簡觸摸屏KTP700Basic。技能目標1.合理選用觸摸屏型號并進行設備的硬件安裝；2.能根據要求進行工作站的碼垛工藝規劃；3.能根據任務需求完成工作站的信號規劃。素養目標1.通過工作站設備的合理選型，樹立安全、環保、節約和服務意識；2.通過進行工作站的整體搭建，增強設計性思維力。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用01

【任務準備】一、堆垛與拆垛碼垛是工業機器人的典型應用，通常分為堆垛和拆垛兩種。堆垛是指利用工業機器人從指定的位置將相同工件按照特定的垛型進行碼垛堆放的過程；拆垛是利用工業機器人將按照特定的垛型進行存放的工件依次取下，搬運至指定位置的過程。如圖4-1-1所示，工業機器人吸持輸送帶末端的箱子，并將箱子按照2行3列2層的方式堆放到棧板上，即為堆垛；若工業機器人將棧板上3行2列2層的方式堆放箱子一個一個地搬運到輸送帶上，即為拆垛。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用圖4-1-1工業機器人碼垛應用案例01

【任務準備】任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用二、碼垛垛形碼垛垛型指的是碼垛時工件堆疊的方式方法，是指工件有規律、整齊、平穩的碼放在托盤上的碼放樣式。根據生產中工件的實際堆疊樣式，碼垛垛型通常有：重疊式垛型和交錯式兩種，其中重疊式垛型分為一維重疊（X方向、Y方向或Z方向）、二維重疊（XY平面、YZ平面或XZ平面）和三維重疊（XYZ三維空間）；交錯式垛型又分為正反交錯式、旋轉交錯式和縱橫交錯式，具體如表4-1-1所示。01

【任務準備】任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃表4-1-1常見的碼垛垛型及分類垛型具體分類描述圖示重疊式：各層碼放方式相間，上下對應一維重疊（一字式）在X方向、Y方向或Z方向以同樣的方式碼放。二維重疊XY平面、YZ平面或XZ平面的碼放方式三維重疊XYZ三維空間各層碼放交錯式正反交錯式同一層中，不同列的貨物以90o垂直碼放，相鄰兩層的碼放形式是另-層旋轉180”的形式。旋轉交錯式同一層中相鄰的兩個工件互為90°，相鄰兩層的碼放形式是另一層旋轉180o的形式。縱橫交錯式同一層碼放形式相同，相鄰兩層的碼放形式是另一層旋轉90o的形式。項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用01

【任務準備】三、西門子精簡觸摸屏KTP700Basic簡介1.觸摸屏的組態所謂“組態”(Configuration)，在這里主要是指配置和參數設置的意思。工業控制中，人機界面最基本的功能是顯示現場設備（通常是PLC)中的開關量狀態和存儲器中數字變量的值，用監控畫面向PLC發出開關量命令，以及修改PLC存儲器中的參數。因此，觸摸屏的使用需要解決畫面設計和與PLC的通信問題。生產廠家用組態軟件很好地解決了這兩個問題，使用觸摸屏組態軟件可以生成人機界面的畫面，還可以實現某些動畫功能，操作簡單易學，但不同廠家的人機界面（包括它們的組態軟件）之間互不兼容。因此，用戶需使用專門的組態軟件來生成滿足用戶要求的、可視化的監控畫面，并通過各種輸入方式，將操作人員的開關量命令和數字量設定值傳送到PLC。一般不需要用戶編程。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用01

【任務準備】2.西門子精簡觸摸屏KTP700Basic本項目使用到的KTP700Basic是精簡面板（第二代），配有以太網接口方便設備與PLC等控制設備的網絡通信，設備部分參數如表4-1-2所示。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃參數名稱具體說明參數名稱具體說明不含包裝的重量約780gUSB2.0是型號LCD-TFT額定電壓DC+24V有效顯示范圍（屏幕尺寸）154.1x85.9mm(7")數據存儲器256MB分辨率800x480像素程序存儲器512MB可顯示的顏色16位（65536色）接口類型PROFINET1x以太網RJ4510/100Mbit/s功能鍵8組態工具WinCC（TIA博途）V131及更高版本項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用01

【任務準備】一、觸摸屏型號適配與硬件安裝在本項目中，為方便物料的個性化加工，需要用到觸摸屏設置碼垛方式及碼垛層數等。由于工作站中使用的是西門子S7-1200PLC，為更好地配合使用，選用了西門子的觸摸屏。而精簡面板適用于簡單的應用場合，有較高的性價比，大多數型號同時有觸摸屏和功能可自由定義的按鍵，最適合與S7-1200配合使用。同時，精簡面板可以通過博途WinCC軟件進行組態，方便工作站后期的設備組態、通信與維護。基于以上因素以及工作站的空間等綜合考慮，配備西門子精簡觸摸屏KTP700Basic就可以滿足工作站的任務需求。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用01

【任務準備】精簡觸摸屏KTP700Basic的外觀及接口如圖4-1-2所示。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用功能接地口標簽條導槽銘牌電源接口USB接口以太網接口功能鍵顯示屏裝配夾開口嵌入式密封件圖4-1-2KTP700Basic精簡面板外觀及接口示意圖02

【任務實施】一、觸摸屏型號適配與硬件安裝1.觸摸屏型號適配

在本項目中，為方便物料的個性化加工，需要用到觸摸屏設置碼垛方式及碼垛層數等。由于工作站中使用的是西門子S7-1200PLC，為更好地配合使用，選用了西門子的觸摸屏。而精簡面板適用于簡單的應用場合，有較高的性價比，大多數型號同時有觸摸屏和功能可自由定義的按鍵，可以通過博途WinCC軟件進行組態。因此，配備西門子精簡觸摸屏KTP700Basic是合適的選擇。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用2.觸摸屏的安裝與通電測試（1）安裝設備安裝觸摸屏前需準備一字螺絲刀，2號尺寸，以及7個裝配夾。其步驟如下：圖4-1-3KTP700Basic觸摸屏安裝示意圖①如圖4-1-3左圖所示，將操作設備從前面裝入金屬固定座的安裝截面。注意露出的標簽條不夾在安裝截面與操作設備之間。②將如圖4-1-4所示的裝配夾插入如圖4-1-5所示相應的7個開口位置，并用2號螺絲刀固定。圖4-1-3KTP700Basic觸摸屏安裝示意圖圖4-1-4裝配夾02

【任務實施】安裝好的觸摸屏硬件實物如圖4-1-6所示。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃觸摸屏金屬固定座項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用圖4-1-5裝配夾安裝位置示例圖4-1-6安裝完畢后正面圖02

【任務實施】（2）連接電源①關閉電源，根據觸摸屏背面的安裝接口標識，將電源線的一段接到對應的接口上，如圖4-1-7所示。注意檢查電線的極性是否正確。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】（2）連接電源①關閉電源，根據觸摸屏背面的安裝接口標識，將電源線的一段接到對應的接口上，如圖4-1-7所示。注意檢查電線的極性是否正確。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃圖4-1-7電源端接線示意項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】②將余下的電纜兩端接入電源的接口，并用一字螺絲刀固定。如圖4-1-8所示（3）接通和測試設備連接完畢后應接通電源，測試連接是否成功。接通電源之后，設備屏幕應馬上亮起。如果HMI設備未啟動，可能是電源插頭上的電線連接錯誤。檢查連接的線纜，必要時更改其接口。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃圖4-1-8工位DC24V電源接線端DC24V電源接線正負極端子排

項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】二、規劃碼垛工藝在進行碼垛工藝規劃之前，應先對碼垛任務要求分析，根據任務分析的要求進行碼垛工藝設計。1.分析碼垛工作站任務在機器人碼垛任務中，操作者先在觸摸屏選擇一字重疊式碼垛或交錯式堆垛方式，點擊觸摸屏上的開始按鈕，若料倉檢測到有物料，推桿會將物料推出，出料平臺傳感器檢測到物料到位后，PLC會發送信號給機器人，機器人收到信號后，則從原點位置開始運行到夾具處，吸取平口夾具，回到原點，然后繼續運行到物料處，夾取物料，搬運至加工平臺上。搬運完一塊物料后，機器人會按預先選擇的碼垛方式繼續作業，直至達到完成指定的碼垛任務。碼垛任務結束后，機器人放回平口夾具，回到原點位置，繼續等候下一次的任務。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】碼垛工作站的總體控制要求如圖4-1-9所示。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃圖4-1-9碼垛工作站的總體控制要求項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】2.設計碼垛垛型本任務中，可以通過分析如下要素來選擇合適的碼垛垛型。如圖4-1-10所示是碼垛物料的起始位置和結束位置，碼垛物料時首先要保證物料取放區域是在工業機器人的工作范圍內；其次，再通過分析碼垛對象的特點和場地特征來選用合適的垛型，比如，需考慮碼垛的對象是否是易碎物品，存放物料的位置是平地還是斜面等因素。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃圖4-1-10物料搬運的起始和結束位置項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】本任務中，碼垛對象是小型的、塑料的方形物料，這種物料對堆垛方式的要求比較低，且堆放物料的加工平臺是平整的。因此，為了配合生產過程中兩種不同的加工方式，可以選擇重疊式和交錯式兩種垛型進行堆垛。根據以上分析，可以設計出如圖4-1-11所示的兩種碼垛垛型，分別是重疊式（也叫一字式）和正反交錯式，結合產量和任務需求確定的碼放層數均為兩層。碼垛工藝的要求也較低，要求只需要操作機器人從出料口固定位置抓取物料然后按照一定樣式放置在碼垛平臺上。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃圖4-1-11兩種碼垛垛型（a）重疊式（一字式）（b）正反交錯式項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】三、規劃工作站I/O信號通過分析任務的總體控制要求，可知工作站的I/O信號主要是圍繞工業機器人和PLC兩臺設備來設置的。其它的外圍設備還包括有：觸摸屏、電磁閥以及傳感器等。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】1.規劃工作站I/O設備工業機器人I/O信號的規劃結果如圖4-1-17所示，與工業機器人的通信板卡連接的外圍I/O信號主要有：電磁閥組控制的工具快換接頭、平口手爪、料倉推缸以及來自于PLC的4個輸出信號。而PLC的I/O信號則主要有：2個傳感器信號、2個觸摸屏信號和4個發送給工業機器人的信號。其中傳感器和觸摸屏實物如圖4-1-12所示。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃圖4-1-12傳感器和觸摸屏實物圖項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】綜上所述，可得到碼垛工作站I/O設備規劃圖，如圖4-1-13所示。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃圖4-1-13碼垛工作站設備規劃項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】2.規劃工作站的I/O信號通過分析任務要求可知，碼垛工作站需配置一塊西門子KTP700Basic觸摸屏，用觸摸屏面板上的按鈕啟動代替實體工作站的按鈕。同時，為節省工業機器人DSQC652通信板卡的I/O接口，本項目中將料倉檢測傳感器信號和觸摸屏信號直接反饋到PLC端。PLC端的信號表如表4-1-3所示。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃表4-1-3PLC端的輸入/輸出信號表序號名稱地址對應設備1物料到位檢測I0.2出料平臺物料到位檢測傳感器2料倉有料檢測I0.3料倉有料檢測傳感器3一字式垛型M1.0觸摸屏4交錯式垛型M1.1觸摸屏5物料到位發送信號Q0.0工業機器人6料倉有料發送信號Q0.1工業機器人7一字碼垛發送信號Q0.2工業機器人5交錯碼垛發送信號Q0.3工業機器人項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】工業機器人端的信號表如表4-1-4所示。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃表4-1-4工業機器人端的輸入/輸出信號表板卡DI地址對應關系對應I/O板卡DO地址對應關系對應硬件1PLCQ0.112快換工具接頭電磁閥2PLCQ0.213平口手爪工具開合電磁閥3PLCQ0.315推料氣缸電磁閥4PLCQ0.4

項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用02

【任務實施】四、規劃工作站設備的通信網絡如需單獨進行組態與操作，KTP700Basic觸摸屏與工作站設備連接的主要步驟與順序包含：連接電源、連接組態PC和連接PLC控制器。斷開連接則按照與連接相反的順序操作。而本項目中的碼垛工作站的主要設備需要同時進行網絡通信，為擴展設備的網口，方便設備之間的通信，采用了一個8口的交換機，使用網線將各設備均連接在交換機上，組成了一個小型的局域網。因此，KTP700Basic觸摸屏、組態PC、PLC控制器三者之間的連接方式如圖4-1-14所示。任務一

碼垛工作站的結構組成與規劃圖4-1-14工作站主要設備的網絡連接示意圖項目四工業機器人物料碼垛集成工作站應用03

【任務工單】任務名稱任務一碼垛工作站的結構組成與規劃班級姓名學號小組名稱組長姓名指導教師一、請你描述工業機器人碼垛工作站基本功能：

。二、請你列舉常見的碼垛垛型：

、

。三、碼垛機器人常見的末端執行器包括

、

、

和組合式等四種類型。四、請根據下圖識讀本任務使用的觸摸屏的型號以及訂貨號，描述選用該款觸摸屏的依據。1.型號：2.訂貨號：3.選用依據：題