《自动生产线安装调试与维修》课程学习指南.docx
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《自动生产线安装调试与维修》课程学习指南
《自动生产线安装、调试与维修》课程学习指南
一、课程性质和任务
我院机电一体化技术专业主要面向北京现代制造业，培养具有良好职业道德和素质，了解现代加工制造企业生产的全过程和工艺要求，掌握机电一体化技术和技能，具有从事自动化生产线和机电一体化设备的操作、安装调试、维护维修及技术管理能力的高技能人才。
《自动生产线安装、调试和维修》是高职机电一体化技术专业的一门专业核心课程，在《低压线路安装与维修》、《电子产品组装与调试》、《液压气压传动系统设计、安装及调试》、《电气控制系统设计、安装与调试》等课程的基础上，完成机电一体化技术人员的核心职业能力和素质的培养，提高学生利用工作过程知识综合分析问题、解决问题的职业行动能力。
通过本课程学习，使得学生能够掌握自动生产线的机械和电气系统分析、设计、安装、调试、维护及检修的综合技能，并为机电一体化职业技能认证做准备，也为专业的生产性实训和顶岗实习打下良好的基础。
二、课程目标
课程以德国FESTO公司生产的模块化生产加工系统（MPS）、全自动液体灌装封罐生产线和制造业企业自动生产线为载体，讲述现代企业自动生产线所包含的传感器、PLC、电气控制、气动传动、现场总线、机器人控制等核心技术。
课程将机电一体化技术专业学生从事生产线制造、操作、维修所需知识、技能和职业素养融入工作任务中培养，使得学生能够掌握自动生产线的机械和电气系统分析、设计、安装、调试、维护及检修的综合技能，同时锻炼学生与人协作、计划组织、自主学习的能力，熟悉电气安全操作规范，养成良好的职业习惯。
并能在课程的学习过程中完成机电一体化职业资格认证所需技能的训练，为专业的顶岗实习和就业打下良好的基础。
三、课程的内容和要求
学习情境1供料单元的安装调试与程序设计
供料单元是模块化生产加工系统（简称MPS）中的起始单元，相当于实际生产线中的自动上料单元，在系统中起着向其它单元提供原料的作用。
知识目标：
Ø掌握CP阀岛、真空发生器、摆动缸、推料缸等气动组件的结构、工作原理；
Ø掌握对射式光电传感器、真空检测传感器、行程开关、磁感应式接近开关等检测组件的工作原理和安装调试方法；
Ø熟悉I/O端子、电缆接口的引脚定义和接线方法；
Ø掌握气动回路、电气回路和整机调试方法；
Ø了解机械、电气安装工艺规范和相应的国家标准；
Ø学会万用表、剥线钳、压线钳、尖嘴钳等工具仪器的使用方法；
Ø熟悉工程图纸、组件等技术资料上英文单词的含义；
技能目标：
Ø能够正确识读机械和电气工程图纸；
Ø能够安装调试对射式光电传感器、真空检测传感器、CP阀岛、真空发生器、摆动缸、推料缸等组件，能正确连接气动回路和电气回路，并熟悉相关规范、标准；
Ø会使用万用表、电工刀、压线钳、剥线钳、尖嘴钳等常用的安装、调试工具仪器；
Ø能看懂一般工程图纸、组件等英文技术资料；
Ø能够制订安装调试的技术方案、工作计划和检查表；
Ø能整理、收集安装、调试交工资料；
Ø会编写安装、调试报告；
Ø能够通过网络、期刊、专业书籍、技术手册等获取相应信息；
复习思考题：
1、简述使用STEP7设计完成一项自动化任务的基本步骤。
2、如何设置MPI接口参数？
3、创建一个项目有几种？
简述如何创建一个项目。
4、STEP7编程语言共有几种，适用场合？
5、机电一体化系统常用控制方式有几种，主要功能是什么？
6、使用S7-PLCSIM仿真软件下载程序和真正下载程序到PLC有何区别？
7、接口模块的作用是什么，PLC如何实现扩展，最大的扩展能力是多少？
学习情境2检测单元的安装调试与程序设计
在自动化生产中，不合格的工件可能会导致设备故障和生产过程的中断，因此工件的检测是生产过程中的一个重要部分。
模块化生产加工系统中的检测单元模拟了实际生产中对原材料的检测情况，其主要用来确定工件的特性，将供料单元提供的工件进行材料识别及尺寸的检测，并根据要求将满足条件的工件通过滑槽送到下一个工作单元，对于不符合要求的工件在本单元中剔除。
知识目标：
Ø掌握电容式传感器、漫射式光电传感器、反射式光电传感器等的结构、工作原理和安装调试方法；
Ø熟悉工件高度测量的方法和位置比较器的使用方法；
Ø掌握磁耦合式无杆气缸的结构和工作原理；
Ø掌握气动回路、电气回路和整机调试方法；
Ø熟悉机械、电气安装工艺规范和相应的国家标准；
Ø熟悉万用表、偏口钳、剥线钳、尖嘴钳等工具仪器的使用方法；
Ø熟悉检测单元工程图纸、组件等技术资料上英文单词的含义；
技能目标：
Ø能够正确识读机械和电气工程图纸；
Ø能够安装调试磁耦合式无杆气缸、电容式传感器、漫射式光电传感器、反射式光电传感器等组件，能正确连接气动回路和电气回路，并熟悉相关规范、标准；
Ø会使用万用表、电工刀、偏口钳、剥线钳、尖嘴钳等常用的安装、调试工具仪器；
Ø能看懂一般工程图纸、组件等英文技术资料；
Ø能够制订检测单元安装调试的技术方案、工作计划和检查表；
Ø能整理、收集安装、调试交工资料；
Ø会编写安装、调试报告；
Ø能够通过网络、期刊、专业书籍、技术手册等获取相应信息；
复习思考题：
1、顺序功能图中转换实现的基本规则是什么？
2、选择和并行结构的程序的主要区别是什么？
学习情境3加工单元的安装调试与程序设计
加工在自动化生产中通常表示组装、变形和机械加工等。
模块化生产加工系统中的加工单元模拟了实际生产中对气缸的检测及钻孔加工，并通过旋转工作台模拟物流传送的过程。
知识目标：
Ø掌握旋转工作台、夹紧装置、检测模块、钻孔模块、分支模块等组件的结构、工作原理；
Ø掌握电感式传感器、电容式传感器、磁感应式接近开关等组件的工作原理和安装调试方法；
Ø掌握分度盘定位技术和继电器控制技术应用方法。
Ø熟悉气动回路、电气回路和整机调试方法；
Ø了解机械、电气安装工艺规范和相应的国家标准；
Ø掌握万用表、剥线钳、压线钳、尖嘴钳等工具仪器的使用方法；
Ø熟悉加工单元工程图纸、组件等技术资料上英文单词的含义；
技能目标：
Ø能够正确识读机械和电气工程图纸；
Ø能够安装调试电感式传感器、电容式传感器、旋转工作台、夹紧装置、检测模块、钻孔模块等组件，能正确连接气动回路和电气回路，并熟悉相关规范、标准；
Ø会使用万用表、电工刀、压线钳、剥线钳、尖嘴钳等常用的安装、调试工具仪器；
Ø能看懂一般工程图纸、组件等英文技术资料；
Ø能够制订安装调试的技术方案、工作计划和检查表；
Ø能整理、收集安装、调试交工资料；
Ø会编写安装、调试报告；
Ø能够通过网络、期刊、专业书籍、技术手册等获取相应信息；
复习思考题：
1、S7-300的定时器个数与CPU的型号有关，一般为128～2048个，主要分为、、、和。
2、在梯形图中必须使用“S5T#”格式的时间值，S5T#1H＿8M＿22S为。
3、右图中的S5脉冲定时器指令框，T0作为，S为脉冲定时器的，TV为，R为，Q为定时器，BI端输出的十六进制格式当前时间值，BCD端输出格式的当前时间值。
4、梯形图的传送指令直接将源数据传送到，不需经过累加器中转。
输入变量和输出变量可以是8位、或的基本数据类型。
同一条指令的输入变量和输出变量的数据类型可以。
5、比较指令用于比较累加器1与累加器2中的数据大小，被比较的两个数的数据类型应该，数据类型可以是、或浮点数。
如果比较的条件满足，则RLO为，否则为。
学习情境4操作手单元的安装调试与程序设计
自动生产线中，经常采用气动抓手抓取工件，实现物料或零部件的传送。
模块化生产系统中的操作手单元根据工件的不同特性，完成对其传送或临时储存，模拟了实际生产中对工件的传送。
知识目标：
Ø掌握机械耦合无杆气缸和气爪手等气动组件的结构、工作原理；
Ø进一步熟悉漫射式光电传感器、磁感应接近开关等检测组件的工作原理和安装调试方法；
Ø进一步熟悉I/O端子、电缆接口的引脚定义和接线方法；
Ø掌握气动线性驱动器定位控制及气动回路原理；
Ø掌握物料分配控制原理；
Ø掌握气动回路、电气回路和整机调试方法；
Ø了解机械、电气安装工艺规范和相应的国家标准；
Ø学会万用表、剥线钳、压线钳、尖嘴钳等工具仪器的使用方法；
Ø熟悉工程图纸、组件等技术资料上英文单词的含义。
技能目标：
Ø能够正确识读机械和电气工程图纸；
Ø能够安装调试光电传感器、磁感应接近开关、CPV阀岛、机械耦合无杆气缸、提升缸和气爪手等组件，能正确连接气动回路和电气回路，并熟悉相关规范、标准；
Ø会使用万用表、电工刀、压线钳、剥线钳、尖嘴钳等常用的安装、调试工具仪器；
Ø能看懂一般工程图纸、组件等英文技术资料；
Ø能够制订安装调试的技术方案、工作计划和检查表；
Ø能整理、收集安装和调试资料，会编写安装、调试报告；
Ø能够通过网络、期刊、专业书籍、技术手册等获取相应信息。
复习思考题：
1、S7-PLCSIM调试程序的主要步骤是什么？
2、简述仿真PLC与实际PLC的区别。
3、如何使用程序状态功能调试程序？
4、如何使用变量表调试程序？
5、用STEP7调试程序，简述系统调试的基本步骤。
学习情境5暂存单元的安装调试与程序设计
模块化生产加工系统中的组装单元与机械手单元结合在一起工作，模拟了组装气缸的安装过程，并将组装好的工件通过滑槽送到下一个工作单元。
知识目标：
Ø掌握磁感应接近开关、漫射式光电传感器、微动开关等的结构、工作原理和安装调试方法；
Ø掌握双作用气缸的结构和工作原理；
Ø掌握气动回路、电气回路和整机调试方法；
Ø掌握PLC选购、安装与维护的方法；
Ø熟悉机械、电气安装工艺规范和相应的国家标准；
Ø熟悉万用表、偏口钳、剥线钳、尖嘴钳等工具仪器的使用方法；
Ø熟悉工程图纸、组件等技术资料上英文单词的含义。
技能目标：
Ø能够正确识读机械和电气工程图纸；
Ø能够安装调试气缸、磁感应接近开关、漫射式光电传感器、微动开关等组件，能正确连接气动回路和电气回路，并熟悉相关规范、标准；
Ø会使用万用表、电工刀、偏口钳、剥线钳、尖嘴钳等常用的安装、调试工具仪器；
Ø能根据控制系统的要求正确选购PLC，并能进行安装和接线；
Ø能利用PLC的自诊断功能，完成一般维护和故障检测工作；
Ø能看懂一般工程图纸、组件等英文技术资料；
Ø能够制订组装单元安装调试的技术方案、工作计划和检查表；
Ø能整理、收集安装和调试资料；
Ø会编写安装、调试报告；
Ø能够通过网络、期刊、专业书籍、技术手册等获取相应信息；
复习思考题：
1、简述PLC的选购方法。
2、简述PLC的安装步骤。
3、PLC的维护和保养的主要工作有哪些？
4、当输入指示灯显示出现问题，应如何进行故障的检测？
5、当输出指示灯显示出现问题，应如何进行故障的检测？
6、简述更换锂电池的步骤。
7、当电源指示灯不亮，应如何进行故障的检测？
8、简述STEP7常见的故障诊断方法。
学习情境6立体仓库单元的安装调试与程序设计
立体仓库是MPS中一个引入了先进的物流概念的工作站，是一个具有三自由度两轴气动伺服定位轴机构的伺服堆垛机，整个工作站可以按系统调度原则运行管理使控制系统发生变化，可以调整约束条件改变运行调度策略，还可以在此平台上建立C接口数据库对这个系统进行可编程智能管理。
知识目标：
Ø掌握比例方向控制阀气动组件的结构和工作原理；
Ø掌握SPC200控制器的组成和连接方法；
Ø掌握伺服定位控制连接器的作用和接线方法；
Ø掌握位移传感器的作用和接线方法；
Ø掌握机械耦合的气动无杆缸的组成和工作原理；
Ø掌握气动回路、电气回路和整机调试方法；
Ø熟悉机械、电气安装工艺规范和相应的国家标准；
Ø学会万用表、剥线钳、压线钳、尖嘴钳等工具仪器的使用方法；
Ø熟悉工程图纸、组件等技术资料上英文单词的含义；
技能目标：
Ø能够正确识读机械和电气工程图纸；
Ø能够安装调试SPC200控制器、伺服定位控制连接器、比例方向控制阀、位移传感器、无杆缸等组件，能正确连接气动回路和电气回路，并熟悉相关规范、标准；
Ø能正确地调试磁感应式传感器、电感式传感器、光电式传感器和单向节流阀等组件；
Ø能下载SPC200控制程序，按照工艺规范和流程,完成立体仓库单元整体调试；
Ø会使用万用表、电工刀、压线钳、剥线钳、尖嘴钳等常用的安装、调试工具仪器；
Ø能看懂一般工程图纸、组件等英文技术资料；
Ø能够制订安装调试的技术方案、工作计划和检查表；
Ø能整理、收集安装、调试交工资料；
Ø会编写安装、调试报告；
Ø能够通过网络、期刊、专业书籍、技术手册等获取相应信息；
复习思考题：
1、简述直动式比例方向控制阀的工作原理？
2、二位五通的带手控开关的单侧电磁先导控制阀的工作原理，如何手动调节CP阀岛上的各个控制阀？
3、简述系统接线的过程。
学习情境7机械手单元的安装调试与程序设计
工业机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程功能的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置以执行各种任务。
目前工业机器人已经在工业生产的许多领域得到应用。
模块化生产加工系统中的机械手单元包含一个工业机器人，其模拟了工业现场气缸的组装过程，并将组装好的工件送到下一个工作单元。
知识目标：
Ø掌握机械手、控制器、气抓手、组装模块等的结构组成和使用方法；
Ø掌握示教盒各个按键的含义和使用方法。
Ø掌握机械手与控制器、机械手与示教盒、控制器与工作站I/O口等连接方法；
Ø熟悉控制器和机械手臂电池更换的方法；
Ø熟悉万用表、偏口钳、剥线钳、尖嘴钳等工具仪器的使用方法；
Ø熟悉工程图纸、组件等技术资料上英文单词的含义；
技能目标：
Ø能够完成机械手与控制器、机械手与示教盒、控制器与工作站I/O口、控制器与气动元件等的连接；
Ø能够正确操作控制器各个按键，并能在故障时排除简单故障；
Ø会使用控制器完成机械手的自动运行；
Ø熟悉示教盒各个按键的含义，会使用示教盒完成机械手的移动、定位、调点和编程等操作；
Ø能看懂机械手单元工程图纸、组件等英文技术资料；
Ø能够通过网络、期刊、专业书籍、技术手册等获取机器人相应信息；
复习思考题：
1、简述机械手自动运行操作步骤。
2、简述机械手臂定位操作步骤。
3、简述示教盒调点的操作步骤。
4、简述更换机器人电池的操作步骤。
5、简述创建一个新项目的过程。
6、简述设置通讯口的过程。
学习情境8成品分装单元的安装调试与程序设计
在自动化生产中，工件组装成成品后往往需要进行分类打包。
模块化生产加工系统中的成品分装单元模拟了实际生产中对成品的分拣过程。
知识目标：
Ø掌握电感式传感器、光电传感器、导向模块、气动制动器、启动电流限制器等的结构、工作原理和安装调试方法；
Ø熟悉各类工件检测的方法；
Ø掌握气动回路、电气回路和整机调试方法；
Ø熟悉机械、电气安装工艺规范和相应的国家标准；
Ø熟悉万用表、偏口钳、剥线钳、尖嘴钳等工具仪器的使用方法；
Ø熟悉工程图纸、组件等技术资料上英文单词的含义；
技能目标：
Ø能正确选用传感器检测各类工件；
Ø能够正确识读机械和电气工程图纸；
Ø能够安装调试传感器、传送带、导向模块、气动制动器、启动电流限制器等组件，能正确连接气动回路和电气回路，并熟悉相关规范、标准；
Ø会使用万用表、电工刀、偏口钳、剥线钳、尖嘴钳等常用的安装、调试工具仪器；
Ø能看懂一般工程图纸、组件等英文技术资料；
Ø能够制订成品分装安装调试的技术方案、工作计划和检查表；
Ø能整理、收集安装和调试资料；
Ø会编写安装、调试报告；
Ø能够通过网络、期刊、专业书籍、技术手册等获取相应信息；
复习思考题：
1、简述开发PLC控制自动化项目的基本步骤。
2、简述设计安全机制的基本步骤。
四、西门子的S7-300PLC的学习方法
本课程所讲述的控制核心的西门子的S7-300PLC。
西门子的S7-300/400具有强大的功能、先进的程序结构、使用方便的编程软件、极高的可靠性，使它成为大中型PLC的老大。
有市场调查报告称S7-300在国内中型PLC的市场占有率为80%。
S7-300/400是很难学的PLC，我在网上不止一次看到有人感叹“S7-300/400太难学，学不会，不学了！
”
S7-300/400难学的主要原因如下：
1）S7-300/400是大中型PLC，与主要用于取代继电器控制、以梯形图为主的小型PLC相比，S7-300/400的功能强大得多，功能越强，硬件和软件就越复杂，需要学习的东西就越多。
2）S7-300/400采用了计算高级语言中的很多先进思想和理念，它的语句表语言类似于单片机的汇编语言，要求使用者具有一定的计算机知识。
我们首先应该学习硬件如何组态，然后再从梯形图编程开始，进行简单的一行一行的编写，最好装一个PLCSIM软件可以随时检测程序的效果。
然后学着编写FC，FB，DB，找点step7的资料就可以照着学，基本上西门子官网上都可以下载到，等熟悉了以后可以尝试学学语句表的编程。
编程有了一定基础，在学习通讯方面的知识，这样就可以与上位机软件比如西门子的wincc进行通讯，这也可以通过PLCSIM进行模拟仿真。
下面是PLC学习的5个阶段。
一、逻辑阶段
所谓的逻辑阶段就是可以实现继电系统中的一般逻辑性设计，既然是继电系统所以电力拖动知识就是该阶段的基础。
我个人总结学习继电系统的根在于一个字“抢”，继电系统之所以能实现逻辑控制就在这个字上。
继电系统中主要就有那么三个元素：
A常开；B常闭；C线圈。
这就对应了PLC中的基本元素了，只不过是阅读的方法不一样罢了。
那么是不是就可以把原来的继电系统照搬呢？
不行！
二者的工作方式是不一样的。
继电系统中的所有硬元素同一时态开始竞争的，而PLC中的所有软元素是通过PLC的CPU来进行扫描计算处理最后计算出该时态的结果,这便是PLC的扫描循环工作方式。
（随便找一本PLC的书都有介绍）重点：
该阶段就是学习电力拖动，对应于PLC梯形图中的常开、常闭、线圈。
可以完成简单的系统设计。
二、顺控阶段
顺序控制在工业中的应用相当广泛，例如一般性的自动机床它就是一个顺序控制过程。
PLC设计当中能实现顺控的有两种方法：
（1）PLC中的顺控指令如三菱STL；
（2）起保停控制方式。
不管哪种控制方式在设计的开始我们要完成的是流程，它是系统构成的脉络主要有三个方面：
一“步”二“活动步”三“转换条件”。
重点：
1.掌握系统脉络设计系统流程
2.掌握“起保停”控制方式，把流程图转换成梯形图可以完成一般性的系统设计
三．汇编阶段
该阶段是本质上区别于继电控制系统，是继电控制系统无法实现的，也是提高PLC控制系统功能的根！
我之所以称之为汇编阶段，是因为它很相象于单片机的汇编语言编程，例如单片机中的传送指令MOV，在PLC中的高级指令中也是一样的功能。
这一阶段难度比较大，第一要学习计算机基础；第二要充分了解PLC的内部功能和资源；第三熟悉所有的高级指令的功能（不用死记硬背）。
如果不了解计算机基础的话在学习高级指令和PLC内不资源的时候根本理解不了，在设计上的思路和继电系统有很大区别例如：
I0.0和IB0第一个是“位”也就是逻辑设计的“点”，第二个是“字节”在逻辑设计中没有涉及到。
重点：
1.计算机基础2．PLC资源3．指令功能4．适应单片机的程序设计思维可以完成复杂的系统设计
四、特殊阶段
特殊阶段就是对特殊功能的系统而言的，例如运动控制，PID温度控制，网络连接等等。
不同的PLC能实现的功能不一样，有些功能PLC内是集成的而有些是需要外加扩展的，那么就要根据不同的控制对象去选用了。
掌握好该阶段是可以大大提高PLC的程序，但是还需掌握PLC以外的其他自动化知识，如伺服，变频器等等。
重点：
1.了解系统构成需要
2.合理选择扩展单元
3.学习扩展单元使用方法可以完成特殊的系统设计，该阶段的学习学要一定的实际条件才能完成。
五、网络阶段
随着自动化技术的发展由PLC做下位机的应用也十分多见。
该阶段组要学习是不同PLC的通信协议和一些通讯指令，如PLC通过编程口控制变频器如西门子的USS协议与变频器进行信息的交换。
还有工业以太网和现场总线等如西子的PROFIBUS、AS-i等等。
小型网络中MODBUS比较重要，例如通过PLC和变频器建立MODBUS协议来控制变频器。
在网络中有时候有些产品通讯协议非标准，这是就要用到自由通讯了，相当的灵活，但要一定的计算机网络基础。
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