智能控制系統(tǒng)開發(fā)、安裝與調(diào)試用戶需求

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。十八世紀中葉開啟工業(yè)文明以來，世界強國的興衰史和中華民族的奮斗史一再證明，沒有強大的制造業(yè)，就沒有國家和民族的強盛。打造具有國際競爭力的制造業(yè)，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設世界強國的必由之路。

2015年5月19日，國務院印發(fā)了《中國制造2025》規(guī)劃，是中國政府實施制造強國戰(zhàn)略的第一個十年行動綱領。

《中國制造2025》提出，堅持"創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結構優(yōu)化、人才為本"的基本方針，堅持"市場主導、政府引導，立足當前、著眼長遠，整體推進、重點突破，自主發(fā)展、開放合作"的基本原則，通過"三步走"實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標:第一步，到2025年邁入制造強國行列;第二步，到2035年中國制造業(yè)整體達到世界制造強國陣營中等水平;第三步，到新中國成立一百年時，綜合實力進入世界制造強國前列。

從“神舟”飛天、“北斗”組網(wǎng)、“嫦娥”奔月、“蛟龍”入海、“天眼”巡空，到中國高鐵、大飛機C919、華龍一號、深海一號、天問一號……近年來，這些耳熟能詳?shù)拿殖蔀椤爸袊圃臁钡淖詈米⒛_。通過本項目學習，讓“未來工匠”了解智能控制系統(tǒng)的概念及智能控制系統(tǒng)的基本組成、熟悉智能控制系統(tǒng)的開發(fā)流程、熟悉本教材項目依托開展的實訓設備。知識準備一、智能控制系統(tǒng)概念

智能控制是具有智能信息處理、智能信息反饋和智能控制決策的控制方式，是控制理論發(fā)展的高級階段，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復雜系統(tǒng)的控制問題。智能控制研究對象的主要特點是具有不確定的數(shù)學模型、高度的非線性和復雜的任務要求。

現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)主導并支撐了機械制造、電子信息、石油化工、輕工紡織、食品制藥、汽車生產(chǎn)以及軍工業(yè)的方方面面，可謂是現(xiàn)代工業(yè)的生命線。由流水線和自動化專機構成的機電一體化裝置系統(tǒng)是現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)的核心組成部分。通過將電動機、氣動、液壓、傳感器和電控系統(tǒng)進行結合，并輔以自動化輸送和輔助設備，現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)特定產(chǎn)品連續(xù)、穩(wěn)定不間斷地生產(chǎn)。下圖為載有新松機器人的汽車智能控制制造系統(tǒng)。知識準備

智能控制系統(tǒng)的特點有較高的自動化程度、統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和嚴格的生產(chǎn)節(jié)奏。該系統(tǒng)綜合了檢測、驅(qū)動、執(zhí)行、控制、處理和傳輸?shù)冗^程，融合了傳感檢測技術、機械技術、人機界面、氣動技術、電動機驅(qū)動技術、PLC技術和網(wǎng)絡通信等技術，可以說是現(xiàn)代科技的集大成者。智能控制系統(tǒng)通過向提高生產(chǎn)率、增大多用性、增大靈活性方向發(fā)展，廣泛地用于數(shù)控車床、工業(yè)機器人以及電子計算機等領域。下圖為電子芯片智能控制制造系統(tǒng)。知識準備二、智能控制系統(tǒng)的基本構成

一個較完善的智能控制系統(tǒng)，應包含以下幾個基本要素：機械本體、動力部分、傳感與檢測部分、執(zhí)行機構、信息處理與控制部分，如下圖所示。這些組成部分內(nèi)部及其相互之間，通過接口耦合、運動傳遞、物質(zhì)流動、信息控制、能量轉換等有機結合形成一個完整的智能控制系統(tǒng)。知識準備

1.機械本體

機械本體是智能控制系統(tǒng)的基本支撐體，主要包括機身、框架、連接等。智能控制系統(tǒng)技術性能、水平和功能的提高，不但要求機械本體在機械結構、材料、加工工藝以及幾何尺寸等方面能適應智能控制系統(tǒng)的功能，而且還有可靠性、節(jié)能、小型、輕量美觀等要求。

2.動力部分

智能控制系統(tǒng)的顯著特征之一是用盡可能小的動力輸入，獲得盡可能大的功能輸出。系統(tǒng)不但要求驅(qū)動效率高、反應速度快，而且要求對環(huán)境適應性強，可靠性高。

3.傳感與檢測部分

傳感與檢測技術是智能控制系統(tǒng)中的關鍵技術。傳感器將物理量、化學量、生物量（如力、速度、加速度、距離、溫度、流量、PH值、離子活度、酶、微生物、細胞等）轉化為電信號，即引起電阻、電流、電壓、電場、頻率等參數(shù)的變化，通過信號檢測裝置將其反饋給控制與信息處理系統(tǒng)進行處理與調(diào)節(jié)。

4.執(zhí)行機構

執(zhí)行機構根據(jù)控制信息和指令，完成要求的動作。執(zhí)行機構通常由傳動或者運動部件擔任，一般采用機械、液壓、氣動、電氣以及機電結合的方式。根據(jù)智能控制系統(tǒng)的匹配性要求，需要考慮改善其性能，如提高執(zhí)行機構的剛性，減輕重量，提高可靠性，實現(xiàn)標準化，系列化和模塊化。

5.信息處理與控制

信息處理與控制對來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、存儲、分析、加工等處理，使之符合控制要求。實現(xiàn)信息處理的主要工具是計算機，在智能控制系統(tǒng)中計算機與信息處理裝置監(jiān)測著整個生產(chǎn)過程的運行，信息處理是否正確及時，將直接影響系統(tǒng)工作的質(zhì)量和效率。信息處理一般由計算機、可編程控制器（PLC）、數(shù)控裝置、邏輯電路、A/D與D/A轉換裝置、I/O（輸入輸出）接口以及外部設備等組成。知識準備三、智能控制系統(tǒng)設計流程

智能控制系統(tǒng)設計類似于一般設備的設計流程，但由于其設計的獨特性要求，具有對創(chuàng)新成分要求較高的特點，有時需要反復修改設計方案才能成功。智能控制系統(tǒng)設計通常分為規(guī)劃設計（包括設計方案評價）、概念設計、詳細設計和定型設計四個階段，其設計流程如右圖所示。知識準備

1.規(guī)劃設計階段

系統(tǒng)規(guī)劃根據(jù)用戶需求，通過對設計參數(shù)制約條件的分析，給出設計任務書，作為系統(tǒng)設計、評價和決策的依據(jù)。在這個階段中首先對系統(tǒng)對象功能作用進行理論分析，確定系統(tǒng)規(guī)格、性能參數(shù)，然后根據(jù)設計對象的要求，進行技術分析，擬定系統(tǒng)總體設計方案，劃分組成系統(tǒng)的各功能模塊，通過對各種方案的對比分析，最后確定總體設計方案。

方案設計是智能控制系統(tǒng)設計的前期工作，其主要步驟如下：

（1）進行產(chǎn)品功能分析。

（2）確定各功能單元的工作原理。

（3）進行工藝動作工程分析，確定一系列執(zhí)行動作。

（4）選擇執(zhí)行機構類型，組成產(chǎn)品運動和機構方案。

（5）根據(jù)方案進行數(shù)學建模。

（6）通過綜合評價，確定最優(yōu)運動和機構方案。

通常理想的設計方案并非一味追求最快、最精確、最堅固或者最經(jīng)濟，而是需要在產(chǎn)品性能、使用壽命和成本等各個方面達到平衡的方案才是理想的方案，這是設計方案評價的一般原則。知識準備

2.概念設計階段

該階段首先根據(jù)設計目標、功能要素和功能模塊，畫出機器工作時序圖和機器傳動原理簡圖；對于有過程控制要求的系統(tǒng)應建立各要素的數(shù)學模型，確定控制算法；計算各功能模塊之間接口的輸入輸出參數(shù)，確定接口設計的任務歸屬。然后以功能模塊為單元，根據(jù)接口參數(shù)的要求對信號檢測及轉換、機械傳動及機構、控制微機、功率驅(qū)動及執(zhí)行元件等進行功能模塊的選型、組配和設計。

概念設計需遵循如下幾個原則：

（1）需求原則，市場需求是產(chǎn)品概念設計的出發(fā)點，沒有市場需求，就沒有功能需求。

（2）適應原則，概念設計一方面要適應市場需求，另一方面也要與生產(chǎn)發(fā)展需求相適應，符合現(xiàn)有技術條件和生產(chǎn)條件，能夠與現(xiàn)有生產(chǎn)要素相適應。

（3）經(jīng)濟效益原則，要求概念設計必須擁有良好的經(jīng)濟效益，能夠具有市場競爭力。

（4）人性化原則，概念設計必須以人為本，注重用戶的需求，更好地為用戶服務，滿足用戶對智能控制系統(tǒng)的要求。

在綜合考慮上述需求的情況下，進行系統(tǒng)的概念設計，最后經(jīng)過技術經(jīng)濟評價，挑選出綜合性能指標最優(yōu)的設計方案。知識準備

3.詳細設計階段

詳細設計階段是將智能控制系統(tǒng)設計方案具體轉化為產(chǎn)品，也就是要完成產(chǎn)品的總體設計、零部件設計以及電氣系統(tǒng)的設計。詳細設計包括了：

（1）機械本體設計，指永久支撐機械傳動部件和電氣驅(qū)動部件的支撐件，設計時關注機械本體的強度、剛度、穩(wěn)定性等指標。

（2）機械傳動系統(tǒng)設計，近年來，伺服驅(qū)動技術的廣泛應用使得傳動系統(tǒng)越來越多地采用伺服驅(qū)動技術。

（3）傳感器與檢測系統(tǒng)設計，在智能控制系統(tǒng)中，傳感器主要用于位移、速度、加速度等加工過程參數(shù)的檢測，將這些非電物理量轉化為電信號，以便更好地進行計算和處理。

（4）接口設計，合理的接口設計是智能控制系統(tǒng)各要素和各個子系統(tǒng)能夠進行正確的物質(zhì)、能量和數(shù)據(jù)交換的關鍵。

（5）微控制器設計，決定了智能控制系統(tǒng)整體運行能力和運行效率。

4.定型設計階段

該階段是對調(diào)試成功的系統(tǒng)進行工藝定型，整理出設計圖紙、軟件清單、零部件清單、元器件清單以及調(diào)試記錄等；編寫設計說明書，為產(chǎn)品投產(chǎn)時的工藝設計、材料采購和銷售提供詳細的技術檔案資料。知識準備四、智能控制系統(tǒng)實施實訓設備

本書以亞龍智能裝備集團股份有限公司的YL-158GA1（圖1-5）綜合實訓裝置為例。介紹智能控制系統(tǒng)的組成模塊，各個模塊的參數(shù)與功能，模塊間相互協(xié)作，共同實現(xiàn)智能控制系統(tǒng)的方法，是學習者入門了解及掌握智能控制系統(tǒng)的有效方法。YL-158GA1裝置整合了PLC、變頻器、嵌入式觸摸屏、伺服驅(qū)動、步進驅(qū)動、傳感器、工業(yè)網(wǎng)絡、電氣接線等先進控制器件，主要訓練學習者實際工業(yè)現(xiàn)場電工基本技能、電機與電氣控制、PLC技術應用、電工測量與儀表調(diào)試、交直流調(diào)速技術、組態(tài)控制技術、工業(yè)網(wǎng)絡等技術的綜合應用能力。

亞龍YL-158GA1由電氣及儀表單元掛板、電控制單元掛板和PLC控制單元掛板組成。知識準備圖1-5YL-158GA1正反面外觀圖知識準備1.交流電電源模塊

面對設備正面?zhèn)?，在實訓設備右側下方有如下圖所示的一航空插座，航空插頭有五個端子，分別為U、V、W、N、PE端子，通過航空插頭從外部接入三相五線制交流電電源，實現(xiàn)對設備進行供電。想一想：如果外部電源的V相接入航空插頭的N相，外部電源的U相接入航空插頭的V相會出現(xiàn)什么問題？知識準備

（1）交流電電源輸出

在實訓設備YL-158GA1接入電源后，實訓項目如果需要380V/220V三相交流電源，可以通過下面幾個地方提供：①在柜門電源盒背面右上角，提供了三相五線制的電源輸出接口，如下圖的a）所示；②打開柜門反面的按鈕指示燈盒，在兩排接線端子的左上角，提供了三相五線制的電源輸出接線端子，如下圖的b）所示；③在柜體右后側，有交流220V電源插座，可用以給計算機供電，如下圖的c）所示。a)電源輸出端b)端子排c)機柜插座知識準備

（2）直流電電源輸出

實訓需要直流電源的時候，可以通過以下幾個地方提供：①正反面掛板左側，提供了可調(diào)的0~10V電壓輸出和4～20mA電流輸出，如下圖的a）所示；②在反面掛板左下側，有一組穩(wěn)壓電源，提供了5V和24V兩種輸出，如下圖的b）所示；③在伺服驅(qū)動器右上方有整流橋，可以將接入的交流電源整流成直流電源輸出，能用于電動機能耗制動，如下圖的c）所示。a）直流電壓源與電流源

b）開關電源輸出c）整流橋知識準備

2.電氣及儀表單元

電氣及儀表單元含進線電源控制與保護、電氣控制元件、指示燈、觸摸屏、功率表、溫控傳感器及急停按鈕等器件，可向系統(tǒng)中的其他單元提供控制信號。

如下圖所示實訓設備正面門板有電源指示燈及控制開關，包括漏電保護器、斷路器、電壓表、電流表、報警蜂鳴器、啟動按鈕、急停按鈕等電氣元件，還有MCGS人機交互。如需設備通電，先合上三個單相空氣開關，再合上三相空氣開關，最后按下綠色電源啟動按鈕啟動設備。當發(fā)生短路時，蜂鳴器報警，應立即按下急停開關，并斷開斷路器。知識準備

如下圖所示在實訓設備反面門板也有電源指示燈及控制開關，包括漏電保護器、斷路器、電壓表、電流表、報警蜂鳴器、啟動按鈕、急停按鈕等電氣元件。設備通電以及急停操作與正面門板操作相同。知識準備

實訓設備YL-158GA1的正反面柜門都有如下圖所示的按鈕開關指示燈面板。此外，在正面左側還配有歐姆龍E5CZ-C2MT溫度傳感器一個。知識準備

3.繼電控制單元

繼電控制單元含接觸器、時間繼電器、熱繼電器、4臺三相異步電動機等電氣元件，起到執(zhí)行PLC控制信號的作用，并且可實現(xiàn)獨立的繼電控制功能。

本設備選用的型號為CJX2-0910的交流接觸器，電壓為380V，電流為9A，如下圖所示。在實際應用中，選擇的交流接觸器的電壓等級要和負載相同，特別是主要控制線圈的選擇，接觸器的額定工作電流≥線路計算電流。知識準備

本設備選用型號為NR2-25的熱繼電器，電壓380V，熱繼電器的整定電流為1.6～2.5A，脫扣級別為10A，輔助觸點可通過電流為5A，如下圖所示。在實際應用中，選擇熱繼電器時需要考慮負載電流和電壓，如熱繼電器需按電動機的額定電流（0.95—1.05）In選取。知識準備

實訓設備YL-158GA1上一共提供了如下圖所示的四臺三相異步電動機，從左往右依次為兩臺三相異步電動機、一臺已安裝了速度繼電器的三相異步電動機和一臺雙速電機。三相異步電動機型號為YS5024，額定電壓為380V，轉速為1400r/min，額定電流為0.3A，額定功率為60W，頻率為50Hz。帶速度繼電器的電機型號為YS5024，額定電壓為380V，轉速為1400r/min，額定電流0.39A或0.66A，額定功率為60W，頻率為50Hz。雙速電機型號為YS502/4，額定電壓為380V，轉速為1400r/min或2800r/min，額定電流為0.2A或0.25A，額定功率為25W或40W，頻率為50Hz。試一試：工程師到現(xiàn)場后發(fā)現(xiàn)車間所使用的三相異步電動機的功率為10Kw，我們是否需要更換接觸器和熱繼電器，如果需要更換，更換后的型號請你給出采購清單；同時再思考，是否還需要更換其他器件。知識準備

4.運動控制單元

實訓設備提供了如下圖具有PN通訊口的G120C變頻器，變頻器通過預先設定的頻率或者PLC給變頻器信號改變電動機頻率，實現(xiàn)對電機的變頻控制。知識準備

實訓設備提供了可以精確定位的步進及伺服電動機控制系統(tǒng)，包括：如圖1-16所示裝有滑塊的絲桿，絲桿上的滑塊由安裝在絲桿上的伺服電動機或步進電動機控制；如圖1-17所示的傳感器單元；如圖1-18所示的光電編碼器。通過PLC給步進或伺服電動機發(fā)送脈沖信號，驅(qū)動步進或伺服電動機進行精準定位。圖1-16絲桿模塊知識準備圖1-17傳感器單元圖1-18光電編碼器知識準備

5.PLC控制單元

有3臺主流PLC、數(shù)字輸入模組、西門子電源等模塊，西門子S7-1500+S7-1200系統(tǒng)主要部件如下表所示。序號名稱型號數(shù)量單位具體類型1西門子1500PLC6ES7511-1AK02-0AB01塊

2西門子數(shù)字輸入模組6ES7521-1BH00-0AB01塊

3西門子數(shù)字量輸出6ES7522-5FF00-0AB02塊DQ8x230VAC/2AST4西門子電源6EP1332-4BA001塊120/230VAC，24VDC，3A5西門子數(shù)字輸入/輸出模組6ES7223-1PL32-0XB02塊16DI，24VDC/16DO，繼電器6西門子模擬輸出模組6ES7234-4HE32-0XB01塊4輸入/2輸出7西門子1200PLC6ES7212-1BE40-0XB01塊CPU1212CAC/DCR/LY8西門子1200PLC6ES7212-1AE40-0XB01塊CPU1212CDC/DC/DC項目實施

新疆棉以絨長、品質(zhì)好、產(chǎn)量高著稱于世，是我國優(yōu)質(zhì)棉的主要生產(chǎn)基地，近幾年新疆棉占國內(nèi)棉產(chǎn)量比重超過85%。隨著我國工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，新疆棉的生產(chǎn)加工過程日趨智能化，如基于北斗導航系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)植保無人機、智能抓棉分揀機等。智能抓棉分揀機是紡織加工的第一道工序，用于加工棉、棉型化纖和中長化纖原料，具有抓棉、松棉、除去雜質(zhì)和混合原料等功能，在棉花加工中起著非常重要的作用。間隙下降的抓棉臂帶動抓棉小車通過轉塔移動對每一貨位進行抓取，并在抓取前分別對貨物棉花質(zhì)量進行檢測分類，按照規(guī)則進行棉花的抓取，被抓取的棉花纖維束塊通過風機抽吸，經(jīng)輸棉管道送至轉運皮帶進行貨物分類存放，等待下一步加工。項目實施一、智能抓棉分揀機控制系統(tǒng)組成及控制要求1.智能抓棉分揀機控制系統(tǒng)硬件組成

該系統(tǒng)由轉塔、抓棉臂、抓棉小車、輸棉管道和出棉口、轉運皮帶、貨倉和卸料裝置等部分組成，如下圖所示。項目實施

智能抓棉分揀機系統(tǒng)由以下電氣控制回路組成：（1）轉塔的移動由電動機M1驅(qū)動，通過絲杠帶動滑塊來模擬轉塔的左右移動【M1為步進電動機，使用旋轉編碼器對轉塔位置進行實時監(jiān)測，絲桿的螺距為4mm，步進電動機旋轉一周需要2000個脈沖】。（2）抓棉臂的上下運行由電動機M2驅(qū)動【M2為伺服電動機，螺距為3mm】。（3）抓棉小車由電動機M3驅(qū)動【M3為三相異步電動機由變頻器進行無級調(diào)速控制，加速時間0.5s，減速時間0.5s】。（4）抽棉風機由電動機M4驅(qū)動【M4為雙速電動機，需要考慮過載、聯(lián)鎖保護，低速時熱繼電器整定電流為0.25A，高速時熱繼電器整定電流為0.3A】。（5）轉運皮帶由電動機M5驅(qū)動【M5為三相異步電動機，可實現(xiàn)正轉運行】。（6）卸料裝置由電動機M6驅(qū)動【M6為三相異步電動機，可實現(xiàn)正轉運行】。PLC、HMI及I/O元件分配表如表1-2所示，SQ安裝圖如圖1-20所示，電動機旋轉以“順時針旋轉為正向，逆時針旋轉為反向”為準。項目實施序號輸入信號控制對象PLC1SB1～SB4HMICPU15112-M3、M4M5、M6HL1～HL3CPU1212C6ES7212-1BE40-0XB03SQ1～SQ2、SA1M1、M2CPU1212C6ES7212-1AE40-0XB0表1-2PLC、HMI及I/O元件分配表圖1-20SQ安裝圖項目實施2.智能抓棉分揀機控制系統(tǒng)運行要求（1）系統(tǒng)初始化

智能抓棉分揀機控制系統(tǒng)自動運行模式界面如下頁圖所示，進入自動模式，若轉塔不在初始位置SQ1處，按下觸摸屏“復位按鈕”或復位按鈕SB4，轉塔以4mm/s速度返回SQ1處。轉塔處于初始位置SQ1處，設備上用SA1有信號模擬開關閉合檢測到抓棉區(qū)有棉花（有信號），自動運行模式啟動按鈕SB1、停止按鈕SB2、檢測按鈕SB3全部處于初始狀態(tài)，所有電動機停止（M1～M6），自動運行模式指示燈HL1開始以1Hz頻率閃爍。HL1以1Hz的頻率閃爍的狀態(tài)下進行參數(shù)設置：輸入轉塔運行速度（輸入值應在4.0～12.0mm/s之間）、輸入抓棉臂運行速度（輸入值應3.0～10.0mm/s之間，電動機運行過程中每旋轉一周的直線進給距離為3mm），選擇輸入完成后按下啟動按鈕SB1，HL1燈滅，系統(tǒng)開始智能抓棉，整體流程由三部分組成，具體如下：項目實施項目實施

（2）智能抓棉－品質(zhì)檢測

轉塔首先帶動抓棉臂上物料品質(zhì)傳感器分別對5個貨位棉花品質(zhì)進行檢測，到達檢測位置后抓棉臂帶動傳感器向下移動6m進行檢測，到位后按下SB3確認檢測結果，檢測后抓棉臂再向上移動6m返回原點位置，按此動作依次對各個檢測點進行檢測，已知每個貨位寬度為30m，深度為30m，為了更加全面評定棉花質(zhì)量，要求對每個貨位進行檢測，每個貨位間距30m，如下圖所示，即從SQ1右處15m開始依次間隔30m，共計5個檢測點（由于設備限制，所有距離均按照1:1000計算），到達檢測點后按下SB3確認檢測值，物品品質(zhì)傳感器（用控制柜的0～10V模擬轉換為0～50之間數(shù)值），并根據(jù)檢測的平均值將棉花品質(zhì)分為高、中、低三類（10～20為低品質(zhì)、21～35為中品質(zhì)、36～50為高品質(zhì)），在對應貨位類型顯示區(qū)顯示品質(zhì)類型。在對第5個檢測點數(shù)值確認后，先將抓棉臂回到原點，再將轉塔返回原點SQ1，整體檢測流程結束。

在此過程中，指示燈HL2常亮，完成后HL2熄滅。項目實施（3）智能抓棉－自動抓棉I：轉塔根據(jù)HMI設定的速度帶動抓棉小車運行至相應貨位左端后停止。II：抓棉臂根據(jù)HMI速度設定向下移動3m（由于設備限制，所有距離均按照1:1000計算）。III：抓棉臂下降到位后，轉塔根據(jù)HMI速度設定從左→右移動一個貨位間距，即30m（由于設備限制，所有距離均按照1:1000計算），與此同時抓棉小車轉動抓棉（高品質(zhì)為15Hz運行、中品質(zhì)為30Hz運行、低品質(zhì)為45Hz運行），抓棉風機M4抽吸通過輸棉管道輸送到出棉口（高品質(zhì)為低速運行，中低品質(zhì)為高速運行）。IV：當M1運行到貨位右端后，抓棉臂根據(jù)HMI設定速度再向下移15m（總深度18m）（由于設備限制，所有距離均按照1:1000計算）。V：抓棉臂下降到位后，轉塔根據(jù)HMI速度設定從右→左移動一個貨位間距，即30m（由于設備限制，所有距離均按照1:1000計算），與此同時抓棉小車轉動（高品質(zhì)為15Hz運行、中品質(zhì)為30Hz運行、低品質(zhì)為45Hz運行），抽棉風機抽吸通過輸棉管道輸送到出棉口（高品質(zhì)為低速運行，中低品質(zhì)為高速運行）。VI：當轉塔返回貨位左端后，抓棉臂根據(jù)HMI設定速度上升返回原點，當前對應貨位類型顯示無，上述（II）→（VI）過程為自動抓棉動作流程。

在此過程中，指示燈HL2以1Hz頻率閃爍。項目實施

（4）智能抓棉-轉運卸料I：當貨物送到出棉口后轉運皮帶啟動運行，轉運皮帶根據(jù)所來貨物的類型決定卸料倉位及運行時間，倉位1存放高品質(zhì)棉花，轉運皮帶運行5s到位；倉位2存放中品質(zhì)棉花，轉運皮帶運行7s到位；倉位3存放低品質(zhì)棉花，轉運皮帶運行9s到位。II:轉運皮帶運行結束后卸料裝置運行根據(jù)貨物類型決定卸料裝置卸料時間，如卸料裝置卸高品質(zhì)貨物9s、中品質(zhì)貨物6s、低品質(zhì)貨物3s。卸料完成后，轉塔從上次結束位置開始運行，進行下一次抓棉流程，直到將5個貨位棉花抓取完。

在此過程中，指示燈HL2以2Hz頻率閃爍。

（5）非正常情況處理系統(tǒng)自動運行過程中，按下自動模式停止按鈕SB2，系統(tǒng)立即停止，HL3常亮。再次按下SB1，系統(tǒng)自動從之前狀態(tài)啟動運行，HL3熄滅。項目實施二、智能抓棉分揀機控制系統(tǒng)詳細設計方案制定

1.完成各功能模塊設計與調(diào)試

（1）各電機運行功能測試

聯(lián)調(diào)前需對系統(tǒng)使用的各電機功能進行測試，確保各電機功能完好后進行聯(lián)機調(diào)試，以減少聯(lián)機調(diào)試工作量。如轉塔的移動由電動機M1驅(qū)動【M1為步進電動機，使用旋轉編碼器對轉塔位置進行實時監(jiān)測，絲桿的螺距為4mm，步進電動機旋轉一周需要2000個脈沖】，因此在對電動機M1進行功能測試時，需考慮能用旋轉編碼器檢測轉塔的實時位置和運行速度。

（2）各PLC之間通訊功能測試

系統(tǒng)由一個觸摸屏、一臺S7-1500和兩臺S7-1200PLC組成，其中S7-1500為主PLC，因此系統(tǒng)需通過通訊才能實現(xiàn)控制功能，因此需明確通訊方案，并在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)前需明確通訊協(xié)議并完成通訊測試，本系統(tǒng)擬采用Profinet通訊協(xié)議。項目實施

2.完成系統(tǒng)整體功能設計與調(diào)試

（1）硬件設計及安裝根據(jù)任務要求完明確各電機的控制方案，如抓棉小車由電動機M3驅(qū)動【M3為三相異步電動機由變頻器進行無級調(diào)速控制，加速時間0.5s，減速時間0.5s】，結合任務要求中只需三段速度確定變頻器采用多段速控制方案，并完成電氣圖設計。完成電氣圖設計后，根據(jù)電氣圖完成硬件安裝、導線聯(lián)接及參數(shù)設置。

注意：在工業(yè)現(xiàn)場，需根據(jù)各電機的功率確定電機型號、導線型號和各保護元件型號。

（2）軟件設計及調(diào)試

1）完成觸摸屏畫面及功能設計

根據(jù)任務要求完成觸摸屏的畫面設計，根據(jù)任務要求完成功能設計，如觸摸屏要顯示各倉位的貨物類型，觸摸屏需設計根據(jù)PLC上傳的數(shù)據(jù)經(jīng)判斷后再顯示的功能。

2）完成PLC程序設計

詳細分析任務要求，先根據(jù)任務要求繪制系統(tǒng)工藝流程圖，再根據(jù)工藝流程圖完成系統(tǒng)程序設計，在進行程序設計時可采用順序功能圖法、經(jīng)驗編程法、SET/RST法等編程方法，考慮程序的可讀性，本系統(tǒng)擬采用順序功能圖法。

3）完成系統(tǒng)程序調(diào)試和完善

完成程序設計后，將程序下載到PLC，對所編程序進行調(diào)試，檢查程序是否能完成系統(tǒng)所需的各項功能，如無法滿足，對程序進行修改后再調(diào)試，直到滿足任務要求。

3.完成技術文檔編寫

完成系統(tǒng)調(diào)試后，需完成技術文檔編寫，本系統(tǒng)技術文檔包括系統(tǒng)介紹、系統(tǒng)電氣圖、各元件的調(diào)試參數(shù)、程序、調(diào)試流程、常見系統(tǒng)故障及解決方法。想一想

觀看《大國重器》紀錄片，聆聽充滿中國智慧的機器制造故事，感受中國裝備制造業(yè)從無到有，趕超世界先進水平背后的艱辛歷程，分析中國裝備制造業(yè)邁向高端制造的未來前景。謝謝觀看THANKS主講人：李時輝SeeElectrical軟件應用—抽棉風機控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試項目引入

在智能抓棉分揀機控制系統(tǒng)中，抽棉風機由電動機驅(qū)動，風機根據(jù)棉花品質(zhì)切換高低速（電動機為雙速電動機，需要考慮過載、聯(lián)鎖保護，低速時熱繼電器整定電流為0.25A，高速時熱繼電器整定電流為0.3A）運行。為減少控制系統(tǒng)調(diào)試量，確保在自動控制系統(tǒng)中抽棉風機能完成所需各項功能，設置本項目完成抽棉風機在智能抓棉分揀機控制系統(tǒng)所需的各類控制功能，具體控制要求如下：

按下啟動按鈕SB2，雙速電動機低速運行，5s后轉高速運行，8s后停止，5s后又以低速運行啟動，按此循環(huán)周期一直運行，直到按下停止按鈕SB1，雙速電動機調(diào)試結束。電動機調(diào)試過程中，電動機運行時HL1以1Hz的頻率閃爍，電動機停止時HL1長亮，調(diào)試結束后HL1熄滅。知識準備一、雙速異步電動機調(diào)速原理

由三相異步電動機的轉速公式可知，改變異步電動機轉速可通過三種方法來實現(xiàn)：一是改變電源頻率；二是改變轉差率；三是改變磁極對數(shù)。

改變異步電動機的磁極對數(shù)調(diào)速稱為變極調(diào)速。變極調(diào)速是通過改變定子繞組的聯(lián)接方式來實現(xiàn)的，它是有級調(diào)速，且只適用于籠型異步電動機。知識準備

電動機低速工作時，將三相電源分別接在出線端U1、V1、W1上，另外三個出線端U2、V2、W2不接，此時電動機定子繞組接成△形，磁極為4極，同步轉速為1500r/min。

電動機高速工作時，將三個出線端U1、V1、W1并接在一起，三相電源分別接在另外三個出線端U2、V2、W2上，此時電動機定子繞組接成YY形，磁極為2極，同步轉速為3000r/min。

提示：

雙速電動機定子繞組從一種接法改變?yōu)榱硪环N接法時，必須把電源相序反接，以確保電動機的旋轉方向不變。圖2-1雙速異步電動機定子繞組的△/YY聯(lián)接圖a)低速——△接法（4極）b）高速——YY接法（2極）二、雙速異步電動機定子繞組的聯(lián)接知識準備

如圖下所示為常用繼電控制的雙速電動機控制圖，合上電源開關QS后，可實現(xiàn)如下功能：

按下啟動按鈕SB2，電動機定子繞組作△聯(lián)接，低速運行；KT開始計時5S，5S時間到，電動機由低速轉高速。電動機在低速或高速運轉時，按下停止按鈕SB1，電動機都停轉。停止使用時，斷開電源開關QS。三、常用繼電控制的雙速電動機控制圖項目實施一、抽棉風機控制系統(tǒng)的硬件設計1.PLC的I/O地址分配

詳細分析任務的控制要求，根據(jù)“滿足功能、留有裕量”的原則，完成PLC的選型，并對PLC的I/O地址功能進行分配，如下表所示。輸入信號輸出信號停止按鈕SB1I0.0KM1（低速）Q0.0啟動按鈕SB2I0.1KM2（高速）Q0.1熱接觸器FR1I0.2KM2（高速短接）Q0.2熱接觸器FR2I0.3HL1指示燈Q0.3項目實施1）方法1：打開軟件，在左上角依次點擊“文件”→“新建”，如圖下所示。2.電路圖設計（1）新建原理圖項目實施方法2：打開軟件，在左上角直接點擊“新建工作區(qū)”，如圖下所示。項目實施

2）點擊“新建”，彈出如下圖所示“新建工作區(qū)”對畫框，在文件名處輸入本次新建電路圖名稱“抽棉風機”，點擊“保存”，完成新建電路圖命名。項目實施

3）點擊“保存”，彈出如下圖所示“選擇工作區(qū)模板”對話框，選擇“Standard”標準模式，點擊“確定”，完成新建。

注意：項目模板可定義項目的圖框模板、命名方式、編號方式等設計規(guī)范，用戶也可自行定義常用項目模板，在未定義前一般選擇“Standard”標準模式。

試一試：在完成項目任務后，依次選擇工作區(qū)模板，觀察分析總結各模板區(qū)別并記錄到表2-6中。項目實施2）網(wǎng)格設置

圖紙中網(wǎng)格尺寸決定了繪圖的精度，系統(tǒng)默認精度為5.00，如需調(diào)整可點擊圖標右側的三角下拉圖標，在下拉列表中選擇設定精度。

注意：如需取消網(wǎng)格，點擊網(wǎng)格設置圖標，背景由藍變白，網(wǎng)格被取消。

3）電線的信號設置

第一步：選中如圖2-10所示菜單欄中“Electrical”菜單。

第二步：點擊“電線”右側的圖標，彈出“電路圖（EN）屬性”對話框。

第三步：勾選“電路圖（EN）屬性”對話框中的“電線的信號處理”選項，激活“信號設置”。

第四步：點擊

“信號設置”選項，彈出如圖2-11所示界面。將鼠標放至圖標，按住左鍵并下拖動（不選中標志所在行），將默認的“名稱和信號類型”選中，按下“Delete”鍵刪除所選中的信號信息，點擊“確定”按鈕，系統(tǒng)返回圖2-10所示界面。再點擊“信號設置”，點擊標志，系統(tǒng)自動生成一條新的信號設置行，在新生成的信號設置行中點擊圖標重新設置電線信號具體需設置的電線信號信息如表2-2所示。項目實施名稱或信號類型默認電線尺寸默認的電線顏色顯示電線編號顯示電線尺寸顯示電線顏色畫筆顏色L11YE√√√

L21GN√√√

L31RD√√√

N1BU√√√

PE1GNYE√√√

CONTROL0.75BK√√√表2-2電線信號設置表項目實施圖2-10電線信號設置步驟項目實施圖2-11信號設置對話框項目實施電線的信號設置完成后，開始繪制電位線。點擊如下左圖所示左上角的圖標（生成

“頁面上部的電位”功能）或按下F11快捷鍵指令，彈出如圖2-13所示的“組件屬性”對話框，在“產(chǎn)品”行的“值”輸入框中輸入“L1”，點擊確定，完成L1電位線的繪制。再按照此方法完成L2、L3、N及PE電位線繪制。完成后如圖2-14所示。圖2-12頁面上部電位示意圖項目實施圖2-13組件屬性對話框圖2-14上部電位線完成示意圖項目實施

選中如下圖所示菜單欄中“Electrical”菜單，該菜單下“電線連接”面板中的各項功能可用于在電路圖中繪制和連接電線。各種電線連接方式具體功能如下：①單線：點擊圖標，點擊起點和終點，可繪制在兩點間繪制一條單線。②多線：多線可分3線和正交布線兩種?！?線”：點擊圖標，點擊起點和終點，再單擊右鍵，在起點和終點間完成三根相繪制,繪制結果如下圖所示。項目實施

“正交布線”：正交布線可自動識別電線數(shù)，還可快速完成多線折彎繪制，一般用在線路需轉向處，如下圖所示。

試一試：在完成項目任務后，依次用“單線”、“多線”及“三線”完成電氣圖繪制，觀察分析總結三種方法的區(qū)別并記錄到表2-6中。項目實施③“自動連接”：激活按鈕，可在插入符號時，自動連接繪制電線，如下右圖所示。④“電線橡膠帶”：激活按鈕，用戶在移動符號時，電線可自動延長或縮短。

試一試：在完成項目任務后，分別用“自動連接”、“電線橡膠帶”完成電氣圖繪制，觀察分析總結三種方法的區(qū)別并記錄到表2-6中。項目實施

（3）設計主電路1）選擇符號

在如下左圖所示的“首頁”菜單中，單擊“符號”選項卡，出現(xiàn)符號庫篩選器，符號庫中包含GB、液壓與氣動及電氣等多個不同的文件夾，如下右圖所示。若所需元件未能在文件夾中找到，可以在搜索框中輸入所需元件名稱，點擊查找符號進行查找。項目實施

本項目主電路中需用到3級跳閘斷路器、熔斷器、熱繼電器、交流繼電器及電動機，下面以完成本項目為例介紹在主電路中添加電氣元件的方法及注意事項。

1）在符號庫中依次點擊“電氣”→“F-保護設備”→“3級跳閘斷路，手動”，將其拖拽至“主電路圖”中大致所需放置的位置，單擊右鍵完成該元件添加。

2）在符號庫中依次點擊“電氣”→“F-保險絲”→“3級保險絲”，將其拖拽至“主電路圖”中大致所需放置的位置，單擊右鍵完成該元件添加。

3）在符號庫中依次點擊“電氣”→“KM-接觸器”→“3級常開主觸電”，將其拖拽至“主電路圖”中大致所需放置的位置，單擊右鍵完成該元件添加。

4）在符號庫中依次點擊“電氣”→“F-保護設備”→“3級熱控過載”，將其拖拽至“主電路圖”中大致所需放置的位置，單擊右鍵完成該元件添加。

5）在符號庫中依次點擊“電氣”→“M-電動機”→“三相Y/D”，將其拖拽至“主電路圖”中大致所需放置的位置，單擊右鍵完成該元件添加。

所需各類電氣元件添加完成后，用“（2）繪制電位線”所述方法完成電路連接，主電路繪制效果圖如下圖所示。項目實施

注意：①為能熟悉掌握各種接線方法，試試采用“（2）繪制電位線”所述的所有方法探索完成該電路圖。②在符號庫中拉出“3級跳閘斷路，手動”后，如要達到上圖所示的效果，需要旋轉該元器件。具體操作如下：項目實施

具體操作如下：點擊選中元器件，單擊鼠標右鍵，選擇“旋轉”，頁面上出現(xiàn)“十”光標，在元器件中心水平線上單擊鼠標左鍵確定旋轉中心點，再水平拉出此光標點后單擊鼠標左鍵，移動鼠標拖動元器件繞中心點旋轉，待轉至所需角度后點擊鼠標左鍵完成旋轉，如下圖所示。③在SeeElectrical軟件中，無黃綠色PE線路，本項目中用紫色代替。④當連接不同信號線時，需在框里選擇相應的電線的信號，如繪制接地時，需要將信號更改為“PE”。⑤建議先繪制電源至電動機的電線，再依次添加3級跳閘斷路器、熔斷器、熱繼電器等元器件。如若先添加3級跳閘斷路器、熔斷器、熱繼電器等元器件，會出現(xiàn)電源信號錯誤情況。項目實施

（4）設計控制電路

SEE元件里自帶有多個型號的PLC，如所需設計的PLC型號在庫里有相對應型號時，直接從庫中拖拽出即可使用。如圖庫中無所需設計的PLC型號，則需要重新繪制。在元件庫中沒有本任務所用的PLC型號，需重新繪制，下面介紹如何繪制設計一個PLC元件。1）繪制PLC框圖

創(chuàng)建一幅新的電路圖，索引名稱設為“PLC電路”。使用“繪制矩形”工具將西門子PLC大致形狀畫出，如下圖所示。項目實施2）繪制PLC信號

在符號庫中依次點擊“連接”→“1個端子0°垂直”，將其拖拽至所需放置的位置。在“組件屬性for端子”中的“產(chǎn)品”改為“L1”，完成西門子S7-1200AC/DC/RLYPLC硬件的L1端子信號繪制，如下圖所示。按照此方法，完成PLC其余信號端子繪制。項目實施

完成PLC外框圖與所有端子的繪制后，在“繪制”菜單中點擊或按下“Ctrl”+“T”的組合鍵，彈出如下圖所示“文本”對話框，輸入所繪制的PLC型號：S7-1200AC/DC/RLY。項目實施

按住左鍵從右下角向左上角全部選中所繪制的PLC，單擊鼠標右鍵，在跳出的對話框里點擊“塊”，再點擊“塊/宏/組”，將所繪制的PLC構建為組件。

將PLC組件L1端子連接信號線L1，端子N連接信號線N，端子PE連接信號線PE，端子L+連接端子1M，將端子M生成索引，并命名為“M”，繪制完成后的效果圖如下圖所示。

試一試：在完成項目任務后，運用所學知識及自主查看手冊，將繪制的PLC添加成為系統(tǒng)元件，提高后續(xù)的畫圖效率，觀察分析總結方法并記錄到表2-6中。項目實施

3）繪制PLC輸入側控制電路

①繪制電氣元件公共端

創(chuàng)建一個新的電路圖，索引名稱為“PLC輸入”。點擊“Electrical”頁面創(chuàng)建“M”信號，即完成控制電路輸入電氣元件公共端的添加。

②添加PLC輸入信號

在符號庫中依次點擊“PLC”→“1－數(shù)字輸入-DI”→“信號-1，向上”。將其拖拽至電路圖中大致所需放置的位置，彈出的“組件屬性forPLC，信號”對話框，在“產(chǎn)品”的“值”輸入框輸入PLC型號：“S7-1200AC/DC/RLY”，在“PLC符號地址”里填入與PLC相對應的輸入信號“I0.0”可按此方法完成其余輸出信號的添加，如下圖所示。項目實施

③繪制PLC輸入信號控制元件

第一步：在符號庫中依次點擊“電氣”→“S-按鈕”→“VPB11”，將其拖拽至所需放置的位置，將“產(chǎn)品（－）”改名為SB1，即完成停止按鈕SB1的添加。根據(jù)此方法，即可完成啟動按鈕SB2的添加。

第二步：在符號庫中依次點擊“電氣”→“保護設備”→“1級，熱繼，常閉”，將其拖拽至所需放置的位置。將“產(chǎn)品（－）”改名為：FR1，即完成FR1熱繼電器常閉觸點的添加?？砂创朔椒ǎ瓿蒄R2熱繼電器常閉觸點、按鈕SB1和按鈕SB2的添加。繪制完成的PLC輸入側控制電路圖如下圖所示。項目實施

4）繪制PLC輸出側控制電路

①繪制電氣元件公共端

創(chuàng)建一個新的電路圖，索引名稱設為“PLC輸出”，點擊“Electrical”頁面的（生成“頁面下部的電位”功能）創(chuàng)建L2電位線，即完成控制電路輸出電氣元件公共端的添加。

②添加PLC輸出信號

在符號庫中依次點擊“PLC”→“2－數(shù)字輸出-DO”→“信號-1，向下”，將其拖拽至電路圖中大致所需放置的位置。在彈出的“組件屬性forPLC，信號”對話框的“產(chǎn)品”里“值”輸入框輸入PLC型號：“S7-1200AC/DC/RLY”，在“PLC符號地址”里填入與PLC相對應的輸出信號“Q0.0”，即當前所添加的信號為S7-1200AC/DC/RLYPLC的輸出信號Q0.0，可按此方法完成其余輸出信號的添加。

③繪制PLC輸出信號控制元件

在符號庫中依次點擊“電氣”→“KM-接觸器”→“主線圈”，將其拖拽至所需放置的位置。將“產(chǎn)品（－）”改名為：KM1，即完成KM1線圈的添加。可按此方法可完成KM2和KM3常閉輔助觸點的添加。

任務所使用的電動機為雙速電動機，為防止電路短路，控制電動機低速運轉的接觸器和高速運轉的接觸器之間需設計互鎖功能，即KM1和KM2、KM3之間需要設計互鎖功能。項目實施

在符號庫中依次點擊“電氣”→“KM-接觸器”→“NC”，將其拖拽至KM2和KM3輸出控制回路中，將“產(chǎn)品（－）”改名為：KM1，即實現(xiàn)KM1線圈吸合時斷開KM2和KM3輸出控制回路的功能，可按此方法在KM1輸出控制回路上添加KM2和KM3常閉輔助觸點。所完成的PLC輸出側控制電路圖如下圖所示。

注意：

①在電路圖中，使用相同名稱電位線時系統(tǒng)會自動生成索引，彼此之間建立連接。如下圖所示。頁面下部L2電位線左側有“1.主電路圖.9”的索引，該索引示意此頁的L2電位線與第1頁的L2線路電位線是相同的電位線。

②在電路圖中主符號和從符號名稱相同時，軟件會自動建立主從符號間的交叉索引，方便使用者查詢主從符號間的對應的關系。如圖2-29所示，下方此框為符號間的交叉索引。以KM1索引為例，NO代表該符號的常開觸點，下面無顯示，說明在電路圖中未使用常開觸點，NC為該符號常閉觸點，下面數(shù)字4.5和4.7代表使用了兩組常閉觸點，4.5代表該常閉觸點所對應的線圈放置在電路圖第4頁的第5列。項目實施項目實施

（5）生成電線的標號、線徑和顏色

1）選中“Electrical”菜單→點擊“電線”右邊的小箭頭符號→在“電路圖（EN）屬性”里點擊“電位（電位相同的電線將共享屬性）”→在“圖形化行為”里，將“顯示電線編號、顯示電線尺寸、顯示電線顏色”前的選擇框打√選中，最后點擊“確定”，如下圖所示。項目實施2）依次點擊“Electrical”菜單→“編號”→“生成…（G）”，如圖2-31所示。在彈出的“電線編號”對話框中按照圖2-32的設置更改，最后點擊“重新編號”即可生成編號。圖2-31生成編號示意圖項目實施圖2-32電線編號設置項目實施3）系統(tǒng)自動生成電線編號時不會生成線徑單位，可在電路圖第一頁中注明，本圖所有電線線徑單位均為mm*2，如下圖所示。項目實施二、抽棉風機控制系統(tǒng)軟件設計

1.抽棉風機控制系統(tǒng)的工藝流程圖繪制

詳細分析任務的控制要求，完成工藝流程圖的繪制，如下圖所示。項目實施圖2-35

程序段1圖2-36程序段22.抽棉風機控制系統(tǒng)的程序設計抽棉風機控制系統(tǒng)程序如圖2-35和2-36中的程序段所示。項目實施序號調(diào)試內(nèi)容結果1按鈕、開關聯(lián)接調(diào)試

2燈聯(lián)接調(diào)試三、抽棉風機控制系統(tǒng)的運行調(diào)試

（1）系統(tǒng)單項功能調(diào)試

完成系統(tǒng)程序設計后，將程序下載到PLC。為確保運行安全，以及提高整體運行功能效率，在進行整體運行前，先對系統(tǒng)的各組成設備進行單項功能調(diào)試，確保所有設備運行正常。具體調(diào)試內(nèi)容如下表所示。項目實施調(diào)試步驟及現(xiàn)象結果調(diào)試指令按下SB2按鈕運行現(xiàn)象1.電動機以低速運行，HL1指示燈以1Hz頻率閃爍

2.5秒后，轉高速運行，HL1指示燈以1Hz頻率閃爍3.8秒后，電動機停止運行，HL1指示燈長亮4.5s后，電動機再次以低速運行，進入下一個循環(huán)，HL1指示燈以1Hz頻率閃爍調(diào)試指令在電動機運行1個周期并在運行時，按下SB1按鈕運行現(xiàn)象電動機停止運行，HL1指示燈熄滅

記錄調(diào)試過程存在問題和解決方案（2）系統(tǒng)整體運行功能調(diào)試

完成系統(tǒng)單項功能調(diào)試后，按下表順序?qū)ο到y(tǒng)進行整體調(diào)試。

注意：設備運行過程是連續(xù)的，如在某一階段無法按系統(tǒng)要求進行運行，需停止調(diào)試，待問題解決后繼續(xù)調(diào)試。項目驗收序號內(nèi)容評分標準配分得分1I/O分配輸入、輸出地址遺漏或錯誤扣1分/處10

2繪制外部接線圖1.未使用工具畫圖，扣0.5分2.電路圖元件符號不規(guī)范，不合要求扣0.5分/處10

3安裝與接線1.連接的所有導線，必須壓接接線頭（針形、U形），不合要求酌情扣分：全部未壓接扣5分，部分壓接時，壓接量20%扣4分，壓接量50%扣2.5分，壓接量80%扣1分。本項5分扣完為止2.同一接線端子超過兩個線頭、露銅超2mm，扣0.2分/處。本項1分扣完為止3.連接的所有導線兩端必須套上寫有編號的號碼管，不合要求酌情扣分：全部未套扣4分，部分套上但套接量20%扣3分，套接量50%扣2分，套接量80%扣1分。本項5分扣完為止。說明：套上未寫編號在以上基礎上再扣一半分4.所有連接線垂直進線槽，蓋上線槽蓋，不合要求扣0.2分/處。本項1分扣完為止5.外露較長導線需要包纏繞管，不合要求酌情扣0.5分/處。本項1分扣完為止6.連接線路導線顏色、線徑等按任務書要求區(qū)分，不合要求酌情扣0.5分/處。本項2分扣完為止7.上電前安全檢查，上電后初步檢測元件工作是否正常，檢查局部電路功能。①上電安全操作：能夠正常上電，給1分；②器件功能測試：按下按鈕、開關、行程開關、用金屬觸碰傳感器檢測頭等，相應的PLC輸入點應當有信號，不符合要求的扣0.5分/處。本項3分扣完為止8.根據(jù)工藝連線的整體美觀度酌情給分。本項2分扣完為止20表2-5項目驗收評分表項目驗收4編程及調(diào)試本部分內(nèi)容由考核教師依據(jù)課程資源內(nèi)的考核要求或自行制定考核標準50

5安全文明生產(chǎn)1.帶電操作每次扣2分，如有重大安全隱患，可直接計0分2.著裝不規(guī)范扣2分3.不聽從安排，不尊重老師，扣5—10分，直至取消考試資格4.實訓結束后未進行整理扣5分10

合計總分

考核教師

考核時間年月日系統(tǒng)故障

在工業(yè)現(xiàn)場，電機控制系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)如下故障，請“未來工匠”根據(jù)所學知識，在已調(diào)試成功的系統(tǒng)中模擬下述故障，從而探究分析故障原因，并提出排除方法。記錄在實施過程中出現(xiàn)的系統(tǒng)故障，并記錄故障原因及排除方法。序號設備故障故障原因及排除1電機能低速運行，但轉速偏慢且電機發(fā)熱

2電機高速運行時發(fā)生短路

3PLC的Q有輸出，燈亮，但接觸器不吸合

4按下按鈕，I口沒有接收到信號

表2-6系統(tǒng)故障調(diào)試記錄表想一想

因在實訓室實訓設備主要是驗證控制功能以及投入不足等原因，實訓室內(nèi)的元器件型號一般較少，在工業(yè)現(xiàn)場，三相異步電動機的功率肯定不相同，因此在原理圖繪制時還需運用所學知識明確各元器件的具體型號，如現(xiàn)在某車間的三相異步電動機的功率為25A，請“未來工匠”根據(jù)所學知識，查看SeeElectrical軟件使用手冊，探索用SeeElectrical軟件設計原理圖，并做好元器件統(tǒng)計表。謝謝觀看THANKS主講人：李時輝MCGS組態(tài)基礎應用——智能抓棉分揀機卸料及轉運帶電動機控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試用戶需求

智能抓棉分揀機控制系統(tǒng)中，卸料電機和轉運帶電機由三相異步電動機控制，為減少控制系統(tǒng)的調(diào)試量，確保在自動控制系統(tǒng)中卸料電機和轉運帶電機能完成所需各項功能。設置本項目完成抽卸料電機和轉運帶電機在智能抓棉分揀機控制系統(tǒng)所需的各類控制功能，具體控制要求如下：系統(tǒng)啟動進入如下圖所示的調(diào)試界面后，等待系統(tǒng)調(diào)試。首先在觸摸屏中分別設定轉運帶電機和卸料電機的運行時間（如圖3-1所示），按下啟動按鈕SB1或觸摸屏上的“啟動按鈕”，系統(tǒng)啟動運行，轉運帶電動機正轉至觸摸屏所設定時間后停止，卸料電機正轉觸摸屏對應設定時間后停止，停2秒后，轉運帶電機和卸料電機同時正轉運行，運行至觸摸屏上設定的轉運帶電機和卸料電機總運行時間后停止，停2秒后轉運帶電機又開始運行，按此循環(huán)連續(xù)運行，直至按下停止按鈕SB2或觸摸屏上的“停止按鈕”停止運行，調(diào)試結束。調(diào)試過程中，轉運帶電機處于運行狀態(tài)時HL1以1Hz的頻率閃爍，卸料電機處于運行狀態(tài)時HL2以2Hz的頻率閃爍。轉運帶電機和卸料電機同時運行時HL3常亮，觸摸屏上指示燈顯示對應電機運行狀態(tài)，調(diào)試結束后所有燈熄滅。用戶需求圖3-1卸料及轉運帶電動機調(diào)試界面示意圖知識準備一、MCGS組態(tài)軟件概述

MCGS系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進行，組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設計和構造自己的應用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結果是一個數(shù)據(jù)庫文件，稱為組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫。運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。運行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫一起作為一個整體，才能構成用戶應用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，運行環(huán)境和組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫就可以離開組態(tài)環(huán)境，獨立運行在監(jiān)控計算機上。組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運行環(huán)境的過渡，它們之間的關系如左圖所示。

MCGS組態(tài)軟件構成圖知識準備

MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構成，如右圖所示。每一部分分別進行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。

MCGS組態(tài)軟件結構圖知識準備主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個設備窗口和多個用戶窗口，同時可以調(diào)度和管理這些窗口的打開或關閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。設備窗口：是連接和驅(qū)動外部設備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設備，注冊設備驅(qū)動程序，連接驅(qū)動設備用的數(shù)據(jù)變量。

用戶窗口：本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。

實時數(shù)據(jù)庫：是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅(qū)動的對象。

運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序（if…then腳本程序），選用各種功能構件，如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。知識準備二、新建MCGS工程

用戶窗口是用來定義、構成MCGS圖形界面的窗口。用戶窗口是組成MCGS圖形界面的基本單位，所有的圖形界面都是由一個或多個用戶窗口組合而成的，它的顯示和關閉由各種策略構件和菜單命令來控制。

用戶窗口相當于一個“容器”，用戶窗口中可以放置三種不同類型的圖形對象：圖元、圖符和動畫構件。通過對圖形對象的組態(tài)設置，建立與實時數(shù)據(jù)庫的連接，來完成圖形界面的設計工作。所有復雜的圖形界面都由用戶窗口來繪制。窗口的屬性可以設置成多種窗口類型。例如：把一個用戶窗口指定為工具條，運行時，該用戶窗口就以工具條的形式出現(xiàn)；把一個用戶窗口指定為狀態(tài)條，運行時，該用戶窗口就以狀態(tài)條的形式出現(xiàn)；把一個用戶窗口指定為有邊界、有標題欄并且?guī)Э刂瓶虻臉藴蔠indows風格的窗口，運行時，該窗口就以標準的Windows窗口出現(xiàn)。

一個組態(tài)項目中可以建立多個用戶窗口，多個用戶窗口可以同時打開運行。系統(tǒng)最多可定義512個用戶窗口。如圖3-4所示，在MCGS組態(tài)環(huán)境的“工作臺”窗口內(nèi)，選擇用戶窗口頁，鼠標單擊“新建窗口”按鈕，即可以定義一個新的用戶窗口。知識準備3-4用戶窗口頁面圖知識準備二、新建MCGS工程

在MCGS中，用戶窗口也是作為一個獨立的對象而存在的，它包含的許多屬性需要在組態(tài)時正確設置。鼠標單擊選中的用戶窗口，用下列方法之一打開用戶窗口屬性設置對話框：直接鼠標右鍵，在出現(xiàn)的彈出式菜單中，選擇“屬性（P）…”菜單項；單擊工具條中的“顯示屬性”按鈕（

）；

執(zhí)行“編輯”菜單中的“屬性”命令；按快捷鍵“Alt+Enter”；進入窗口后，鼠標雙擊用戶窗口的空白處；進入窗口后，點擊鼠標右鍵，在彈出的右鍵菜單中單擊“屬性（P）…”項。

在對話框彈出后，可以分別對用戶窗口的“基本屬性”、“擴展屬性”、“啟動腳本”、“循環(huán)腳本”和“退出腳本”等屬性進行設置。在窗口的基本屬性設置頁中包括窗口名稱、窗口標題、窗口位置、窗口邊界形式以及窗口內(nèi)容注釋等內(nèi)容，如右圖所示。用戶窗口基本屬性設置圖知識準備三、建立實時數(shù)據(jù)庫1．實時數(shù)據(jù)庫

實時數(shù)據(jù)庫是MCGS系統(tǒng)的核心，也是應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)各部分均以實時數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)公用區(qū)，進行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理和實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化處理。設備窗口通過設備構件驅(qū)動外部設備，將采集的數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫；由用戶窗口組成的圖形對象，與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立連接關系，以動畫形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化；運行策略通過策略構件，對數(shù)據(jù)進行操作和處理，如下圖所示。實時數(shù)據(jù)庫頁面圖知識準備三、建立實時數(shù)據(jù)庫

2．數(shù)據(jù)對象類型

據(jù)對象是構成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實時數(shù)據(jù)庫的過程也就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。定義數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型、初始值和數(shù)值范圍；確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關的參數(shù)，如存盤的周期、時間范圍和保存期限等。在MCGS中，數(shù)據(jù)對象有開關型、數(shù)值型、字符型、事件型和組對象等五種類型。不同類型的數(shù)據(jù)對象，屬性不同，用途也不同。

（1）開關型

保存開關信號（0或非0）的數(shù)據(jù)對象稱為開關型數(shù)據(jù)對象，常用于與外部設備的數(shù)字量輸入輸出通道連接，比如連接PLC設備的數(shù)字量輸入輸出端口的數(shù)據(jù)。用來表示某一設備的某端口當前所處的狀態(tài)。開關型數(shù)據(jù)對象也用于表示MCGS中某一對象的狀態(tài)，如對應于一個圖形對象的可見度狀態(tài)。

（2）數(shù)值型

在MCGS中，數(shù)值型數(shù)據(jù)對象的數(shù)值范圍是：負數(shù)是從-3.402823E38到-1.401298E-45，正數(shù)是從1.401298E-45到3.402823E38。數(shù)值型數(shù)據(jù)對象除了存放數(shù)值及參與數(shù)值運算外，還提供報警信息，并能與外部設備的模擬量輸入輸出通道相連接。數(shù)值型數(shù)據(jù)對象有最大值和最小值屬性，其值不會超過設定的數(shù)值范圍。當對象的值小于最小值或大于最大值時，對象的值分別取為最小值或最大值。知識準備

（3）字符型

字符型數(shù)據(jù)對象是存放文字信息的單元，用于描述外部對象的狀態(tài)特征，其值為多個字符組成的字符串，字符串長度最長可達64KB。字符型數(shù)據(jù)對象沒有工程單位和最大、最小值屬性，也沒有報警屬性。(4）事件型

事件型數(shù)據(jù)對象用來記錄和標識某種事件產(chǎn)生或狀態(tài)改變的時間信息。例如，開關量的狀態(tài)發(fā)生變化，鼠標左鍵或右鍵按下的動作，有報警信息產(chǎn)生等，都可以看作是一種事件發(fā)生。事件發(fā)生的信息可以直接從某種類型的外部設備獲得，也可以由內(nèi)部對應的策略構件提供。事件型數(shù)據(jù)對象的值是19個字符組成的定長字符串，用來保留當前最近一次事件所產(chǎn)生的時刻：“年，月，日，時，分，秒”。年用四位數(shù)字表示，月、日、時、分、秒分別用兩位數(shù)字表示，之間用英文輸入法下的逗號分隔。如“2019,06,30,15,45,56”，即表示該事件產(chǎn)生于2019年6月30日15時45分56秒。當相應的事件沒有發(fā)生時，該對象的初值固定設置為“1970,01,01,08,00,00”。知識準備(5）組對象

數(shù)據(jù)組對象是MCGS引入的一種特殊類型的數(shù)據(jù)對象，類似于一般編程語言中的數(shù)組和結構體，用于把相關的多個數(shù)據(jù)對象集合在一起，作為一個整體來定義和處理。例如在實際工程中，描述一個水箱控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)有液位、溫度、壓力、流量等多個物理量，為便于處理，定義“水箱”為一個組對象，用來表示“水箱”這個實際的物理對象，其內(nèi)部成員則由上述物理量對應的數(shù)據(jù)對象組成，這樣在對“水箱”對象進行處理（如進行組態(tài)數(shù)據(jù)存盤處理、實時曲線歷史曲線顯示、上下限報警顯示）時，只需指定組對象的名稱“水箱”，就包括了對其所有成員的處理。組對象只是在組態(tài)時對某一類對象的整體表示方法，實際的操作則是針對每一個成員進行的。如在報警顯示動畫構件中，指定要顯示報警的數(shù)據(jù)對象為組對象“水箱”，則該構件顯示組對象包含的各個數(shù)據(jù)對象在運行時產(chǎn)生的所有報警信息。數(shù)據(jù)組對象是多個數(shù)據(jù)對象的集合，應包含兩個以上的數(shù)據(jù)對象，但不能包含其它的數(shù)據(jù)組對象。一個數(shù)據(jù)對象可以是多個不同組對象的成員。把一個對象的類型定義成組對象后，還必須定義組對象所包含的成員。如右圖所示，在“組對象屬性設置”對話框內(nèi)，專門有“組對象成員”窗口頁，用來定義組對象的成員。下圖中左邊為所有數(shù)據(jù)對象的列表，右邊為組對象成員列表。利用屬性頁中的“增加”按鈕，可以把左邊指定的數(shù)據(jù)對象增加到組對象成員中；“刪除”按鈕則把右邊指定的組對象成員刪除。組對象沒有工程單位、最大值、最小值屬性，組對象本身沒有報警屬性。知識準備三、建立實時數(shù)據(jù)庫2．數(shù)據(jù)對象類型組對象成員添加屬性設置圖知識準備

用戶窗口內(nèi)的圖形對象是以“所見即所得”的方式來構造的，也就是說，組態(tài)時用戶窗口內(nèi)的圖形對象是什么樣，運行時就是什么樣，同時打印出來的結果也不變。因此，用戶窗口除了構成圖形界面以外，還可以作為報表中的一頁來打印。把用戶窗口視區(qū)的大小設置成對應紙張的大小，就可以打印出由各種復雜圖形組成的報表。圖形對象放置在用戶窗口中，是組成用戶應用系統(tǒng)圖形界面的最小單元。MCGS中的圖形對象包括圖元對象、圖符對象和動畫構件三種類型，不同類型的圖形對象有不同的屬性，所能完成的功能也各不相同。圖元和圖符對象為用戶提供了一套完善的設計制作圖形畫面和定義動畫的方法。動畫構件對應于不同的動畫功能，它們是從工程實踐經(jīng)驗中總結出的常用的動畫顯示與操作模塊，用戶可以直接使用。通過在用戶窗口內(nèi)放置不同的圖形對象，搭制多個用戶窗口，用戶可以構造各種復雜的圖形界面，用不同的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的“可視化”。四、建立基本圖元知識準備1.圖元

MCGS提供了兩個工具箱：放置圖元和動畫構件的繪圖工具箱和常用圖符工具箱。圖形對象可以從這兩個工具箱中選取，如右圖所示，在繪圖工具箱中提供了常用的圖元對象和動畫構件，在常用圖符工具箱中提供了常用的圖形。

圖元是構成圖形對象的最小單元。多種圖元的組合可以構成新的、復雜的圖

形對象。MCGS為用戶提供了8種圖元對象（工具箱中第2～9種）：

直線；

弧線；

矩形；

圓角矩形；

橢圓；

折線或多邊形；

標簽；

位圖。

折線或多邊形圖元對象是由多個線段或點組成的圖形元素，當起點與終點的位置不相同時，該圖元為一條折線；當起點與終點的位置相重合時，就構成了一個封閉的多邊形。

標簽圖元對象是由多個字符組成的一行字符串，該字符串顯示于指定的矩形框內(nèi)。MCGS把這樣的字符串稱為標簽圖元。標簽圖元既可以顯示靜態(tài)的文本信息，也可以顯示由字符型數(shù)據(jù)對象提供的一些動態(tài)的文本信息。位圖圖元對象是后綴為“.bmp”的圖形文件中所包含的圖形對象。也可以是一個空白的位圖圖元。

MCGS的圖元是以向量圖形的格式而存在的，根據(jù)需要可隨意移動圖元的位置和改變圖元的大小。對于文本圖元，只改變顯示矩形框的大小，文本字體的大小并不改變。對于位圖圖元，也只是改變顯示區(qū)域的大小，對位圖輪廓進行縮放處理，而位圖本身的大小并無變化。2.圖符對象

多個圖元對象按照一定規(guī)則組合在一起所形成的圖形對象，稱為圖符對象，如右圖所示。圖符對象是作為一個整體而存在的，可以隨意移動和改變大小。多個圖元可構成圖符，圖元和圖符又可構成新的圖符，新的圖符可以分解，還原成組成該圖符的圖元和圖符。

動畫構件本身是一個獨立的實體，它比圖元和圖符包含有更多的特性和功能，它不能和其它圖形對象一起構成新的圖符。

MCGS系統(tǒng)內(nèi)部提供了27種常用的圖符對象，放在常用圖符工具箱中，稱為系統(tǒng)圖符對象，為快速構圖和組態(tài)提供方便。系統(tǒng)圖符是專用的，不能分解，以一個整體參與圖形的制作。系統(tǒng)圖符可以和其他圖元、圖符一起構成新的圖符。知識準備知識準備2.圖符對象

MCGS目前提供的動畫構件有：

動畫構件本身是一個獨立的實體，它比圖元和圖符包含有更多的特性和功能，它不能和其他圖形對象一起構成新的圖符。入框構件

動畫按鈕構件動畫顯示構件自由表格構件多行文本流動塊構件旋鈕輸入構件實時曲線構件歷史表格構件報警條百分比填充構件滑動輸入器構件歷史曲線構件存盤數(shù)據(jù)瀏覽構件報警瀏覽標準按鈕構件旋轉儀表構件報警顯示構件文件播放構件知識準備3.動畫構件

所謂動畫構件，實際上就是將工程監(jiān)控作業(yè)中經(jīng)常操作或觀測用的一些功能性器件軟件化，做成外觀相似、功能相同的構件，存入MCGS的“工具箱”中，供用戶在圖形對象組態(tài)配置時選用，完成一個特定的動畫功能。工具箱中除了前述8種基本圖元外，后面的構件都是動畫構件，如下圖所示。

對象元件庫管理器知識準備五、建立動畫連接

如果組態(tài)設計的畫面沒有進行動畫屬性設置，系統(tǒng)運行起來后是沒有任何動畫顯示的，對畫面進行操作屬性的設置，才能使組態(tài)畫面根據(jù)變量變化進行動態(tài)變化，讓系統(tǒng)設計的畫面能直觀的進行點動、長動動畫顯示。這也是組態(tài)軟件非常重要的一個屬性——可以讓操作員非常直觀的觀察系統(tǒng)中的某些工程量的狀態(tài)信息。我們以SB1、SB2兩個按鈕控制一個指示燈的案例來闡釋如何在MCGS中建立動畫連接。新建窗口，重命名為“按鈕指示燈控制系統(tǒng)”，新建圖元對象按鈕SB1和按鈕SB2，新建對象元件指示燈，在實時數(shù)據(jù)庫添加開關型變量Y0和Y1。1.按鈕操作屬性設置

在工作臺中選擇“用戶窗口”頁，鼠標雙擊打開“按鈕指示燈控制系統(tǒng)”用戶窗口，雙擊SB1按鈕，打開“標準按鈕構件屬性設置”對話框。在第二頁“操作屬性”頁中，對SB1按鈕的操作屬性進行設置。選中“數(shù)據(jù)對象值操作”前面的√，然后選擇后面的“按1松0”操作屬性，通過單擊

按鈕，在彈出的對話框中選擇Y0數(shù)據(jù)對象。具體設計如右上圖

所示。這樣SB1按鈕按下時，Y0數(shù)據(jù)對象就被置1。松開的時候Y0數(shù)據(jù)對象就被清除成0。實現(xiàn)了對Y0數(shù)據(jù)對象的點動控制。SB2按鈕也進行同樣的操作屬性設置，只不過SB2按鈕在操作屬性中需選擇“取反”操作，數(shù)據(jù)對象選擇“Y1”。這樣就對Y1數(shù)據(jù)對象實現(xiàn)了取反控制。具體設置如下圖3-11、圖3-12所示。知識準備五、建立動畫連接圖3-11

SB1按鈕操作屬性設置圖圖-12

SB2按鈕操作屬性設置圖知識準備2.指示燈操作屬性設置

在工作臺中選擇“用戶窗口”頁，鼠標雙擊打開“按鈕指示燈控制系統(tǒng)”用戶窗口中雙擊LED1指示燈，打開“單元屬性設置”對話框，在“數(shù)據(jù)對象”頁中，點擊

按鈕，在彈出的對話框中選擇Y0數(shù)據(jù)對象。如下圖所示。這樣該指示燈即受Y0數(shù)據(jù)對象控制，當Y0=1時，對應指示燈點亮（顯示綠色），Y0=0時，對應指示燈熄滅（顯示紅色）。

指示燈1數(shù)據(jù)對象設置圖知識準備2.指示燈操作屬性設置

這個顯示控制實際中是通過“動畫連接”頁面中的，兩個組合圖符的可見度實現(xiàn)的。見下圖所示，圖中第一個組合圖符對應的是綠色指示燈，它的可見度設置是在Y0為非零時，對應圖符可見