運動控制系統綜合應用14-4月-251任務5.2物料傳送與堆垛自動控制任務5.1自動輸送裝置控制系統2項目5運動控制系統綜合應用圖5-1a所示是某無人作業的自動輸送裝置控制示意。步進電動機由S7-1200和步進驅動器控制。當物品放置在A處時，由步進電動機帶動的輸送裝置開始啟動，待提升至B處時，輸送裝置停止運行。所有控制都可以通過相距百米遠的PLC和觸摸屏進行。根據如下要求進行電氣接線并編程。任務要求如下：1.實現兩臺PLC和觸摸屏的PROFINET通訊設置。2.實現自動輸送裝置的觸摸屏手動控制。3.能在觸摸屏自動實現8段曲線設定（圖5-1b），如包含絕對位置d1和停留時間t1等。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務描述】根據任務要求，PLC1和PLC2均選用CPU1215CDC/DC/DC，其中PLC1與觸摸屏KTP700相連，PLC2與步進控制系統相連，構成自動輸送裝置控制系統的硬件。PLC2外接3個輸入信號，即SQ1-SQ3限位開關，I/O分配如表5-1所示。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.1輸入輸出定義和自動輸送裝置控制系統電氣接線表5-1PLC2的I/O分配表

PLC軟元件元件符號/名稱輸入I0.0LS1/下限位（NO）I0.1LS2/原點（NO）I0.2LS3/上限位(NO)輸出Q0.0輸出脈沖信號到步進驅動器PUL+Q0.1輸出方向信號到步進驅動器DIR+如圖5-2所示PLC電氣原理圖，包括I/O連接、PROFINET連接。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.1輸入輸出定義和自動輸送裝置控制系統電氣接線圖5-2PLC電氣原理圖任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.1輸入輸出定義和自動輸送裝置控制系統電氣接線a)控制示意b)曲線設定圖5-1任務5.1控制示意根據任務要求，PLC1和PLC2的通訊方式采用PROFINETIO，即PLC1作為IO控制器和PLC2作為IO設備。1.IO控制器的通訊設置設定PLC1作為IO控制器，其IP地址為。打開操作模式設置，會發現缺省為“IO控制器”（圖5-3）。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.2PROFINETIO通訊方式設置圖5-3PLC1操作模式2.IO設備的通訊設置步驟1：設定PROFINET設備名稱選擇添加新設備PLC2，其IP地址為。如圖5-4所示激活“自動生成PROFINET設備名稱”選項時，將自動從設備（CPU、CP或IM）組態的名稱中獲取設備名稱。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.2PROFINETIO通訊方式設置圖5-4激活“自動生成PROFINET設備名稱”選項PROFINET設備名稱包含設備名稱（例如CPU）、接口名稱（僅帶有多個PROFINET接口時），可能還有IO系統的名稱。可以通過在模塊的常規屬性中修改相應的CPU、CP或IM名稱，間接修改PROFINET設備的名稱。如果要單獨設置PROFINET設備名稱而不使用模塊名稱，則需禁用“自動生成PROFINET設備名稱”選項。

步驟2：啟用“IO設備”選項在圖5-5所示的操作模式中，啟用“IO設備”選項，并將“已分配的IO控制器”設定為“PLC1.PROFINET接口_1”，完成后的設備與網絡視圖如圖5-6所示。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.2PROFINETIO通訊方式設置任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.2PROFINETIO通訊方式設置圖5-5PLC2操作模式圖5-6設備與網絡步驟3：設置PLC2中的傳輸區域如圖5-7所示，在“操作模式”標簽下出現“智能設備通信”欄，點擊該欄配置通信傳輸區。鼠標雙擊“新增”，增加一個傳輸區，并在其中定義通訊雙方的通信地址區：使用Q區作為數據發送區；使用I區作為數據接收區，點擊箭頭可以更改數據傳輸的方向。在圖中創建了三個傳輸區，說明如表5-2所示。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.2PROFINETIO通訊方式設置圖5-7傳輸區域設置設置雙向傳輸區傳輸箭頭可以更改方向任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.2PROFINETIO通訊方式設置圖4-4伺服驅動器內部結構表5-2傳輸區說明傳輸區IO控制器中的地址（PLC1）智能設備中的地址（PLC2）長度含義傳輸區_1Q2I21字節步進控制命令傳輸區_2Q12…15（即QD12）I12…15（即ID12）4字節位置設定值傳輸區_3I2Q21字節提升機的限位信號字節圖5-8所示為傳輸區_1的詳細信息，可以形象地看出IO控制器（即PLC1）和智能設備（即PLC2）之間數據交換的設定情況。完成以上步驟后，就可以在兩個不同的PLC中使用相關的IO點而無需使用通訊指令就可以進行正常通訊了。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.2PROFINETIO通訊方式設置圖5-8傳輸區的詳細信息1.觸摸屏畫面組態圖5-9所示為觸摸屏主畫面組態，它包括：（1）手動與自動切換，在手動時只顯示（2）相關信息，在自動時只顯示（3）相關信息。（2）手動時可以動作的按鈕，包括故障復位、上行、下行、回零。（3）自動時可以動作的按鈕，包括故障復位、自動定位以及距離設定、定位曲線。（4）提升機的上限位、原點和下限位信號。按鈕的相關可見性動畫需要進行設置。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態圖5-9觸摸屏主畫面組態圖5-10定位曲線設置畫面2.IO控制器PLC1編程（1）定位曲線FB塊編程圖5-11所示為曲線定位數據DB1，包含2個變量，其中位置變量Pos為Array[1..8]ofReal、時間變量Tim為Array[1..8]ofTime，并可以設置相應的起始值。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態圖5-11曲線定位數據DB1表5-3所示為FB1塊（曲線定位設置）輸入輸出參數定義。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態表5-3FB1塊輸入輸出參數定義輸入輸出參數類型名稱數據類型OutputPositionRealInOutIndexIntStateBoolStaticIEC_Timer_0_InstanceArray[1..8]ofIEC_TIMER任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態圖5-12步序控制說明圖5-12所示為FB1的步序控制說明。其中從步序控制1→步序控制2→…→步序控制8，步序控制轉移條件為計時運行時間到（即Tim[#index]）。圖5-13所示為FB1的梯形圖程序。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態圖5-13FB1的梯形圖（2）OB1塊編程圖5-14所示為變量表，包括從智能設備（I-Device，即PLC2）讀取或輸出的值IB2、QB2和QD12，以及觸摸屏按鈕信號等。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態圖5-14變量表任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態圖5-15所示為OB1塊編程，程序解釋如下：程序段1：通過智能設備讀取限位信號。程序段2：通過智能設備輸出位置設定值、命令信號。程序段3：進行曲線定位啟動。程序段4：調用FB塊。程序段5：在觸摸屏上顯示曲線1狀態。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態圖5-15PLC1的OB1梯形圖程序3.IO設備PLC2編程PLC2編程需要進行軸工藝對象的調試和編程，梯形圖程序如圖5-16所示，程序說明如下：程序段1：上電初始化或從自動切換到手動時，自動復位位置設定值。程序段2：軸啟用，需要在梯形圖編程前完成“新建軸工藝對象”，并調試成功。程序段3：手動情況下可以上下行點動。程序段4：故障復位功能。程序段5：僅在手動狀態下達到LS2原點時進行回零確認，這里采用Mode=0，其他方式請參考項目5.1。程序段6：自動情況下進行定位，分兩種情況，即I2.5自動定位按鈕（觸摸屏主畫面的

）和I2.6曲線定位按鈕（觸摸屏定位曲線設置畫面的

）。程序段7：向PLC1輸出限位信號字節。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務實施】5.1.3自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態圖5-16

PLC2的梯形圖根據任務實施的情況，如實填寫表5-4所示的任務5.1實施記錄表。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務記錄】任務實施步驟實際執行情況說明計劃時間/分鐘實際時間/分鐘輸入輸出定義和自動輸送裝置控制系統電氣接線

PROFINETIO通訊方式設置

自動輸送裝置PLC編程與觸摸屏組態

表5-4任務5.1實施記錄表按要求完成考核任務5.1，評分標準如表5-5所示，具體配分可以根據實際考評情況進行調整。任務5.1自動輸送裝置控制系統【任務評價】表5-5評分標準序號考核項目考核內容及要求配分得分1職業道德與課程思政遵守安全操作規程，設置安全措施15％

認真負責，團結合作，對實操任務充滿熱情深刻把握“兩彈一星”精神新的時代內涵2系統方案制定PLCPROFINET通訊控制方案合理15％

PLC控制電路圖正確3編程能力獨立完成PLCIO控制器和IO設備的通訊設置20％

獨立完成PLC梯形圖編程4操作能力根據電氣圖正確接線，美觀且可靠20％

正確輸入程序并進行程序調試根據系統功能進行正確操作演示5實踐效果系統工作可靠，滿足工作要求20％

PROFINETIO傳輸區設置合理，命名規范按規定的時間完成任務6創新實踐在本任務中有另辟蹊徑、獨樹一幟的實踐內容10％

合計100％

任務5.2物料傳送與堆垛自動控制圖5-17a所示是物料傳送與堆垛自動控制。當物品放置在A處時，由G120變頻器驅動的輸送帶電動機開始啟動，待輸送至B處時，輸送帶停止運行。伺服電機驅動絲杠機構帶動氣動機械手R運行到20mm處，與輸送帶連接，氣動機械手開始伸出并將物品夾緊；R運行至40mm處），將該物品縮回；根據計數的奇偶性，分別存放至兩組料倉中，即奇數放料倉1（140mm處）、偶數放料倉2（240mm處）。任務要求如下：1.根據如圖5-17b所示的氣動機械手進行氣缸動作的氣路圖設計，并進行安裝。2.實現PLC、觸摸屏、變頻器、伺服之間的PROFINET通信設置。3.實現物料傳送與堆垛流程的觸摸屏工藝控制和動畫顯示。【任務描述】任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務描述】伺服驅動R：氣動機械手a)總體示意b)氣動機械手圖5-17任務5.2控制示意根據任務要求，PLCCPU1215CDC/DC/DC、觸摸屏KTP700、G120變頻器和V90PN伺服等四個自動化產品采用PROFINET相連構成物料傳送與堆垛自動控制系統的硬件。PLC外接5個輸入信號，即SQ1-SQ5限位開關；同時外接4個輸出信號，即Y1-Y4電磁閥。具體I/O分配如表5-6所示。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.1輸入輸出定義和電氣接線表5-6I/O分配表

PLC軟元件元件符號/名稱輸入I0.0SQ1/軸_1_歸位開關（NO）I0.1SQ2/軸_1_LowHwLimitSwitch（NO）I0.2SQ33/軸_1_HighHwLimitSwitch(NO)I0.3SQ4/B處光電開關(NO)I0.4SQ5/A處光電開關(NO)輸出Q0.0Y1/氣缸伸出電磁閥Q0.1Y2/氣缸縮回電磁閥Q0.2Y3/氣缸夾緊電磁閥Q0.3Y4/氣缸松開電磁閥QW256G120變頻器命令QW258G120變頻器頻率如圖5-18所示PLC電氣原理圖，包括I/O連接、PROFINET連接。圖5-19所示為其網絡拓撲圖，需要正確設置其IP地址。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.1輸入輸出定義和電氣接線圖5-18小型裝配站的PLC電氣原理圖圖5-18小型裝配站的PLC電氣原理圖任務5.2物料傳送與堆垛自動控制如圖5-20所示為將該4個自動化產品組成PN/IE網絡后，并設置為一個頻段內的IP地址，確保網絡測試成功。【任務實施】5.2.1輸入輸出定義和電氣接線圖5-20設備與網絡5.2.2觸摸屏畫面組態圖5-21所示為觸摸屏主畫面組態，它包括：（1）伺服調試畫面按鈕、變頻器調試畫面按鈕、氣動機構調試畫面按鈕，用于進入三個單獨的調試畫面（圖5-22到圖5-24）。（2）自動運行和復位按鈕。（3）物料的移動從A處①到B處②，待氣動機械手伸出夾緊后上移到B1（即③）、縮回到B2（即④），根據MOD指令奇偶判斷是放在C1（即伺服動作到⑤、氣缸伸出到⑥），或C2（伺服動作到⑦、氣缸伸出到⑧），具體如圖5-25所示。（4）氣動機械手的移動共分四個位置，即L1-L4，分別對應B1、B2、C1和C2時的氣動機械手所在位置。它在觸摸屏上用一條線來表示，在主程序中又稱線動畫示意，具體如圖5-26所示。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.1輸入輸出定義和電氣接線任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.2觸摸屏畫面組態圖5-21觸摸屏主畫面組態圖5-22變頻器調試畫面圖5-23氣動機構調試畫面圖5-24伺服調試畫面圖5-25物料動畫示意圖5-26氣動機械手示意（線動畫示意）輸入信號“CancelTraversing”和“IntermediateStop”在除Jog之外的所有運行模式下均具有相關性，且在運行EPos時必須都設為“1”。若將“CancelTraversing”位設置為“0”，則會導致100%地按照設定延遲來執行減速停止。作業數據遭拒，并可在靜止時為軸分配一個新作業。在該狀態下，可執行模式切換。若將“IntermediateStop”位設置為“0”，則會導致軸以當前使用的加速度值執行減速停止。作業數據不會遭拒，也就是說，設置為“1”時，軸仍可繼續運行。可在靜止狀態下切換模式。可在除回參考點過程模式之外的任何運行模式中，隨時通過“FlyRef”輸入來選擇和取消選擇主動回參考點功能。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.2觸摸屏畫面組態任務5.2物料傳送與堆垛自動控制圖5-27所示為PLC步序控制說明。其中從步序控制0→步序控制1→…→步序控制7→步序控制1…→，步序控制轉移條件為限位開關或計時運行時間到。【任務實施】5.2.3運動控制系統編程圖5-27步序控制說明1.OB1梯形圖編程圖5-28所示為按照步序控制流程編寫的梯形圖程序。在編程中會用到大量的定時器作為氣缸動作到位控制和步序控制轉移條件，最簡潔的方法是將這些定時器都放入在一個全局數據塊DB20，命名為“定時器組數據塊”，并定義“定時器T”為數據類型為Array[0..20]ofIEC_TIMER。程序中的絲杠絕對為B1=20mm，B2=40mm，C1=140mm或240mm（此時即C2位置）。程序解釋如下：程序段1：上電初始化，復位調試變量，將步序控制字設置為0。程序段2：切換到伺服調試畫面時，調用FB1（Servo）。程序段3：切換到變頻器調試畫面時，調用FC1（Inverter）。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程程序段4：切換到氣動機構調試畫面時，調用FB2（SolenoidValve）。程序段5-13：按步序控制1-7動作。程序段14：伺服絕對位置移動。程序段15：料倉C1或C2位置的確定。程序段16：物料動畫顯示。程序段17：線動畫顯示，即氣動機械手動畫顯示。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程2.FC1梯形圖編程表5-7所示為FC1（Inverter）塊輸入輸出參數定義，圖5-29所示為其梯形圖，用來實現變頻器的命令控制和頻率設定。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程表5-7

FC1塊輸入輸出參數定義輸入輸出參數類型名稱數據類型Input設定速度Int啟停信號Bool復位信號BoolOutput變頻器命令Word變頻器頻率WordTempTmp1RealTmp2Int任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程圖5-29FC1的梯形圖3.FB1梯形圖編程表5-8所示為FB1塊（Servo）輸入輸出參數定義，圖5-30所示為其梯形圖。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程表5-8FB1塊輸入輸出參數定義輸入輸出參數類型名稱數據類型Input使能Bool設定位置值RealOutput故障BoolInOut回零Bool絕對位移Bool暫停Bool復位BoolStatic回零結果Bool絕對位移結果Bool暫停結果BoolTempErr1BoolErr2BoolErr3BoolErr4BoolErr5Bool4.主動回零在主動回零運行模式中，可以借助預配置的速度和回零模式，在正運行方向或負運行方向上執行軸的回零過程。如圖4-49所示，利用ModePos=4來選擇該運行模式，并通過“EnableAxis”啟動設備。在發現并相應地評估回零擋塊限位后，設置“AxisRef”輸出信號。

在運行期間出現故障，則輸出“Error”輸出信號。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程圖4-49主動回零示意任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程圖5-30FB1的梯形圖4.FB2梯形圖編程表5-9所示為FB2塊（SolenoidValve）輸入輸出參數定義，圖5-31所示為其梯形圖，用來測試氣缸電磁閥的動作。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程表5-9FB2塊輸入輸出參數定義輸入輸出參數類型名稱數據類型Input伸出Bool夾緊BoolOutput伸出電磁閥Bool縮回電磁閥Bool夾緊電磁閥Bool松開電磁閥BoolStaticIEC_Time_0_InstanceTON_TIMEIEC_Time_0_Instance_1TON_TIMEIEC_Time_0_Instance_2TON_TIMEIEC_Time_0_Instance_3TON_TIME任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務實施】5.2.3運動控制系統編程圖5-31FB2的梯形圖根據任務實施的情況，如實填寫表5-10所示的任務5.2實施記錄表。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務記錄】表5-10任務5.2實施記錄表任務實施步驟實際執行情況說明計劃時間/分鐘實際時間/分鐘輸入輸出定義和電氣接線

觸摸屏畫面組態

運動控制系統編程

按要求完成考核任務5.2，評分標準如表5-11所示，具體配分可以根據實際考評情況進行調整。任務5.2物料傳送與堆垛自動控制【任務評價】表5-11評分標準序號考核項目考核內容及要求配分得分1職業道德與課程思政遵守安全操作規程，設置安全措施15％

認真負責，團結合作，對實操任務充滿熱情深刻把握“兩彈一星”精神新的時代內涵2系統方案制定PLC、觸摸屏、變頻器和伺服的通信分析合理20％

控制電路圖正確氣路圖設計正確，氣動元件選型合理3編程能力PLC步序控制思路明確25％

觸摸屏畫面符合任務要求觸摸屏、PLC、變頻器和伺服之間通信連接正常4操作能力根據電氣圖正確接線，美觀且可靠15％

變頻器和伺服參數設置正確，調試正常根據系統功能進行正確操作演示5實踐效果系統工作可靠，滿足工作要求15％

PLC變量規范命名、觸摸屏變量規范命名按規定的時間完成任務6創新實踐在本任務中有另辟蹊徑、獨樹一幟的實踐內容10％

合計100％20世紀30年代系統和控制思想空前活躍，貝塔朗菲的一般系統論、維納的控制論、申

農除了信息論以外，還發表了關于繼電開關邏輯綜合的理論，至今仍是計算機等離散狀態系

統控制綜合的理論基礎。錢學森的“工程控制論”英文版(EngineeringCybernetics)則在1954年應運而生，該書獲得了1956年中國科學院自然科學一等獎。它的內容特點可概括為以下幾方面：（1）面向工程應用的理論。書中指出，控制論(Cybernetics)一詞，安培曾于1845年用于描述一種關于國務管理的科學；工程中廣泛應用的古典(伺服)控制系統理論(1930-1940)是關于機械系統與電器系統的控制與操縱的科學，維納控制論(1948)是一種較為普遍的關于運動物體和機器的控制與通信的科學。錢學森進而將控制論的主要問題概括為“一個系統的不同部分之間相互作用的定性性質，以及由此決定的整個系統總體的運動狀態”的研究；而工程控制論則被界定為研究控制論這門科學中能夠直接用在控制系統工程設計的那些部分，它除了應當包括伺服系統工程實際的內容之外項目5運動控制系統綜合應用【思政小貼士】，更深刻更重要的在于作為技術科學，應把工程實際中各種原理方法整理總結成為理論，以顯示其在不同領域應用中的共性，以及許多基本概念的重要作用。（2）承前啟后。從理論結合工程實際的角度極其精煉地介紹了從應用拉普拉斯變換和傳遞函數概念解決線性常系數反饋伺服系統問題到非線性、變系數、時滯、多變量解耦(自治)、交流伺服、采樣(離散時間)系統，以及自尋最佳點、噪聲過濾和最速開關控制，以及自行整定超穩定性和可靠性設計等當時最新甚至超前的研究成果。處于“古典(傳遞函數，頻域法)”和“現代(狀態空間)”控制理論的轉折，起到承前啟后的作用。隨著工業、國防等方面不斷提出新的技術需求，電子計算機日益廣泛應用，以及控制系統數學理論方法的發展，錢學森

預見到控制論面臨重