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1、profibus教学单元实施方案 Profibus现场总线应用技术 课程第一部分 自动线控制部分PLC程序设计 项目一 模块介绍及要求 教学单元实施方案课程 类型专业课课程 范型项目式学时8教学单元目标知识：认识自动线和该实训系统的功能，分类控制元件。技能：自动线硬件系统的结构；具有编写流程图、分类元件的能力。教学进程安排1. 演示各个模块的功能及内容讲解（2学时）2. 让学生观察模块的具体组成元件（2学时）3. 掌握模块工作过程完成项目（4学时）学习者分析学习者已经具备的知识与能力分析：PLC编程知识；传感器的使用；学习者可能发生的学习困难：1. 分类控制元件2. 具体工艺的确定教学单元环境

2、及媒体选择自动线实训系统多媒体设备及学生专用计算机教学方法项目教学法教学活动形式根据本单元项目的功能任务，提出完成项目的基本知识、技能要求和要提交的项目资料；学生56个人为一学习小组，由组长组织大家根据功能给出设计方案；经老师确认后制定出项目实施计划、对组员进行项目分工，组织实施共同完成项目，在此期间老师及时帮助解决各小组在项目制作过程中出现的各类问题；最后由老师组织学生对各组项目进行功能演示、答辩，进行测评，完成知识技能的再归纳。学生 作业1. 各模块结构及元件清单2. 各模块流程图3. 问题及解决方案，教学效果评价方式学生“项目”的功能演示，性能测试、知识技能答辩的评价方式教学内容【项目知

3、识准备】一、认识自动线1.简介 该系统在铝合金导轨式实训台上安装加工、检测、温控、分拣、搬运、装配等工作站，构成一个典型的机电一体化设备的机械平台；采用PLC互连技术，或采用现场总线技术，或PLC主站及远程I/O实现系统控制，从而组成自动加工、装配生产线，真实呈现自动生产线的加工过程。2.知识准备传感器的使用PLC的使用PLC对异步电动机的控制PLC对变频器的控制PLC对步进电机的控制气动技术的使用二、自动线各个模块的功能及工艺1.功能（1）加工模块 是一个工件加工顺序控制系统的技术实现。它包含有机械手点位控制技术，光电传感检测技术，步进电机控制技术，气动控制技术以及PLC程序控制技术。 加工

4、模块组成 由框架式底板及支架、可编程控制器单元、货料自动供给系统、气动机械手、模拟钻床（钻床具有卡具卡紧、松开，主轴旋转，滑台快进、工进、快退等功能）、传输线等部分组成，可实现货物的自动上线、下线和记数功能，能模拟钻床的加工过程。子任务一：请同学们按照上图，写出各模块的主要功能（2）尺寸测量模块 是一个尺寸精确测量系统的技术实现。它包含有机械手点位控制技术，光栅测量技术，气动控制技术以及PLC程序控制技术。 由框架式底板及支架、可编程控制器单元、气动机械手、长度测量机构、进口传感器、传输线、废料处理机构等部分组成，可实现物件的尺寸检测和显示功能，精度能达到10个微米。并能对物件的颜色进行识别分

5、类和记数以及物件的自动传输。（3）恒温控制模块 是一个恒值控制系统的技术实现。它包含有机械手点位控制技术，位置控制技术，光电传感检测技术，步进电机控制技术，气动控制技术以及PLC程序控制技术。 由框架式底板及支架、可编程控制器单元、三维搬运机构、加热装置（最高加热温度不底于1000C）、冷却水箱、干燥系统、传输线、进口传感器等部分组成，可实现材料金属与非金属的分检。并对金属材料进行加热处理和物件的自动传输。（4）质地颜色分检模块 是一个简单智能控制系统的技术实现。它包含有机械手点位控制技术，位置控制技术，光电传感检测技术，交流伺服控制技术，气动控制技术以及PLC程序控制技术。 由框架式底板及支

6、架、可编程控制器单元、三维机械手、多仓位高层旋转机、传输线等部分组成，可实现不同材料、不同颜色的分拣和缓冲。此模块中应具有交流伺服的位置闭环控制系统。（5）堆垛模块 是一个简单智能控制系统的技术实现。它包含有位置控制技术，光电传感检测技术，交流变频控制技术，气动控制技术以及PLC程序控制技术。 由框架式底板及支架、可编程控制器单元、带式传送机、链式传送机、三相交流永磁同步机、变频调速系统、堆垛机、托盘供给器等组成。可完成货物的堆垛 （6）立体化仓库模块 是一个简单智能控制系统的技术实现。它包含有位置控制技术，步进电机控制技术，光电传感检测技术，气动控制技术以及PLC程序控制技术。 由框架式底板

7、及支架、可编程控制器单元、单元货格式仓库等组成。单元货格式仓库由高层货架、具有位置闭环控制系统的巷道起重机、接送货物载货台等组成。巷道起重机由运行机构、起升机构、货物托盘机构组成。可完成货物的自动存储。子任务二：请同学们找出各模块具体元件，并列出清单（要求至少标明元件名称、型号、数量、作用）（对于未知器件标明并了解其功能）2、演示工艺 子任务三：请同学们仔细看，并画出详细流程图（要求按规范）3、参考工艺流程图。见下图【项目实施】、了解各模块结构及统计元件并写入清单（表明不认识的元件）、各模块流程图（按流程图规范完成）、问题及解决方案、完成项目自评表一加工模块 二尺寸测量模块注释：光栅尺动作的同

8、时，数字显示表数值同步发生变化。三恒温控制模块四质地颜色分检模块 五堆垛模块 六自动化仓库模块 项目二 气动技术在自动线中的使用 教学单元实施方案课程 类型专业课课程 范型项目式学时8教学单元目标知识：液压、气压传动的结构和应用，气动系统的基本组成。技能：具有辨识及使用气动元件的能力；掌握气动元件在自动线上的基本应用。教学进程安排1. 气动系统的基本结构及相关原理（2学时）2. 使用自动线中的气动元件（4学时）3. 简单的气动原理图（2学时）学习者分析学习者已经具备的知识与能力分析：自动线模块的工艺流程及结构学习者可能发生的学习困难：辨识和使用气动元件教学单元环境及媒体选择自动线实训系统多媒体

9、设备及学生专用计算机教学方法项目教学法教学活动形式根据本单元项目的功能任务，提出完成项目的基本知识、技能要求和要提交的项目资料；学生56个人为一学习小组，由组长组织大家根据功能给出设计方案；经老师确认后制定出项目实施计划、对组员进行项目分工，组织实施共同完成项目，在此期间老师及时帮助解决各小组在项目制作过程中出现的各类问题；最后由老师组织学生对各组项目进行功能演示、答辩，进行测评，完成知识技能的再归纳。学生 作业1.记录模块的气动元件的名称、数量、作用及型号2.问题及解决方法。教学效果评价方式学生“项目”的功能演示，性能测试、知识技能答辩的评价方式教学内容一、机器组成一般主要由三部分组成为什么

10、气压传动？1.用后空气排入大气，不必设回气管，不污染环境2.空气在管内流动阻力小，压力损失小，便于输送3.气动反应快，动作迅速，维护简单，管路不易堵塞4.气动元件结构简单，易于制造、标准化、系列化、通用化5.气动系统在恶劣工作环境中，安全可靠性优于液压等系统6.气动系统可实现过载保护，可压缩性气体便于贮存能量7.气动设备可以自动降温，长期运行也不会发生过热现象8.空气取之不尽，节省购买、贮存、运输的费用气压传动的缺点4.空气的可压缩性，在载荷变化时动作稳定性差1.工作压力较低，输出功率较小2.气信号传递的速度慢，不宜用于高速传递的回路中3.排气噪声大，需加消声器二、气压传动概述 气压传动与控制

11、简称“气动技术”，它是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动化作业的重要手段之一。气压传动是以气体为介质，在密闭容器里进行能量的传递。气动技术的应用现状 人们利用空气的能量完成各种工作的历史可以追溯到远古时代，但作为气动技术应用的雏形，大约开始于1776年发明能产生1个大气压左右压力的空气压缩机。1880年，人们第一次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功的应用到火车的制动上。本世纪30年代初，气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。进入70年代，随着工业机械化和自动化的发展，气动技术才广泛地应用在生产自动化的各个领域，

12、形成现代气动技术。(1)汽车制造工业现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，几乎无一例外地采用了气动技术。如车身在每个工序的移动、车身外壳被真空吸盘吸起和放下、在指定工位的夹紧和定位、点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气缸及相应的气动控制系统。 高频的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动技术应用之一。另外，搬运装置中使用的高速气缸（最大速度达3m/s）、复合控制阀的比例控制技术都代表了当今气动技术的新发展。(2)电子、半导体制造行业在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产

13、品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻吸住，运送到指定位置上。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸。(3)生产自动化的实现60年代，气动技术主要用于比较繁重的作业领域作为辅助传动。在缝纫机、手表、自行车、洗衣机、自动和半自动机床等许多行业的零件加工和组装生产线上，工件的搬运、转位、定位、夹紧、进给、装卸、装配、清洗、检测等许多工序中都使用气动技术。(4)包装自动化的实现气动技术还广泛应用于化肥、化工、粮食、食品、药品等许多行业，实现粉状、粒状、块状物料的自动计量包装，用于

14、烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序，用于对粘稠液体（如油漆、化装品、牙膏等）和有毒气体的自动计量灌装。近20多年来，气动行业发展很快。70年代，液压与气动元件的产值比约为9:1，20多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达5:4，甚至接近5:5。由于气动元件的单价比液压元件便宜，在相同产值的情况下，气动元件的使用量及使用范围已远远超过了液压行业。作为气动行业的知名企业，有日本的SMC、德国的FESTO、英国的NORGREN和美国的PARKER等。中国改革开放以来，气动行业发展很快。1986年至1993年间，气动元件产值的年递增率达24.2%，高于中国机械工业产值平均年递增

15、率10.5%的水平。1996年全国气动行业的产值约在6 000万美元左右。气动技术的发展现状三、气压传动基础知识组成部分：气源装置、控制元件、执行元件、辅助元件 。基本结构图如下图所示。1.气源装置：它将原动机输出的机械能转变为空气的压力能。其主要设备是空气压缩机，如气泵2.控制元件：是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以保证执行元件具有一定得输出力和速度并按设计的程序正常工作，如电磁阀。3. 执行元件：是将空气的压力能转变成机械能的能量转换装置，如各种类型气缸。4.辅助元件：是用于辅助保证空气系统正常工作的一些装置。如过滤器、干燥器、空气过滤器、消声器和油雾器【项目实施】、统计自动线气

16、动元件、问题及解决方法、完成项目自评表项目三 PLC程序设计及调试教学单元实施方案课程 类型专业课课程 范型项目式学时32教学单元目标知识：S7-300PLC结构化编程的系统知识技能：熟练应用PLC编程技术实现六个模块的功能教学进程安排1. 结构化程序设计举例（8时）2. 结合六个模块自动运行过程，统计出一个模块的输入输出点，并记录。（4学时）3. 分组进行编程，先选择一个模块进行编程。将选择出的模块结合FB或FC进行编程。（8学时）4. 依次统计剩下的五个模块元件，并编写程序。要求每个模块都可以正常运行。（12学时）学习者分析学习者已经具备的知识与能力分析：PLC编程知识；传感器的使用；PL

17、C对异步电动机的控制PLC对变频器的控制PLC对步进电机的控制学习者可能发生的学习困难：1.结构化程序设计的思想2.利用FB、FC实现模块的功能教学单元环境及媒体选择自动线实训系统多媒体设备及学生专用计算机教学方法项目教学法教学活动形式根据本单元项目的功能任务，提出完成项目的基本知识、技能要求和要提交的项目资料；学生56个人为一学习小组，由组长组织大家根据功能给出设计方案；经老师确认后制定出项目实施计划、对组员进行项目分工，组织实施共同完成项目，在此期间老师及时帮助解决各小组在项目制作过程中出现的各类问题；最后由老师组织学生对各组项目进行功能演示、答辩，进行测评，完成知识技能的再归纳。学生 作

18、业1. 输入输出点统计表2. 主要程序3. 问题及解决方案4. 完成项目报告5. 制作PPT准备答辩教学效果评价方式学生“项目”的功能演示，性能测试、知识技能答辩的评价方式教学内容一、 S7程序结构与程序设计1.用户程序中的块结构2.用户程序结构1) 线性程序（线性编程） 2) 分部式程序（分部编程、分块编程） 3) 结构化程序（结构化编程或模块化编程） 所谓结构化程序，就是处理复杂自动化控制任务的过程中，为了使任务更易于控制，常把过程要求类似或相关的功能进行分类，分割为可用于几个任务的通用解决方案的小任务，这些小任务以相应的程序段表示，称为块（FC或FB）。OB1通过调用这些程序块来完成整个

19、自动化控制任务。结构化程序的特点是每个块（FC或FB）在OB1中可能会被多次调用，以完成具有相同过程工艺要求的不同控制对象。这种结构可简化程序设计过程、减小代码长度、提高编程效率，比较适合于较复杂自动化控制任务的设计。3.逻辑块（FC和FB）的结构及编程功能（FC）、功能块（FB）和组织块（OB）统称为逻辑块（或程序块）。功能块（FB）有一个数据结构与该功能块的参数完全相同的数据块，称为背景数据块，背景数据块依附于功能块，它随着功能块的调用而打开，随着功能块的结束而关闭。存放在背景数据块中的数据在功能块结束时继续保持。而功能（FC）则不需要背景数据块，功能调用结束后数据不能保持。组织块（OB）

20、是由操作系统直接调用的逻辑块。 1）逻辑块（FC和FB）的结构 逻辑块（OB、FB、FC）由变量声明表、代码段及其属性等几部分组成。每个逻辑块前部都有一个变量声明表，称为局部变量声明表。局部数据分为参数和局部变量两大类，局部变量又包括静态变量和临时变量（暂态变量）两种。对于功能块（FB），操作系统为参数及静态变量分配的存储空间是背景数据块。这样参数变量在背景数据块中留有运行结果备份。在调用FB时，若没有提供实参，则功能块使用背景数据块中的数值。操作系统在L堆栈中给FB的临时变量分配存储空间。 对于功能（FC），操作系统在L堆栈中给FC的临时变量分配存储空间。由于没有背景数据块，因而FC不能使用

21、静态变量。输入、输出、I/O参数以指向实参的指针形式存储在操作系统为参数传递而保留的额外空间中。 对于组织块（OB）来说，其调用是由操作系统管理的，用户不能参与。因此，OB只有定义在L堆栈中的临时变量。2）逻辑块（FC和FB）的编程 对逻辑块编程时必须编辑下列三个部分：变量声明：分别定义形参、静态变量和临时变量（FC块中不包括静态变量）；确定各变量的声明类型（Decl.）、变量名（Name）和数据类型（Data Type），还要为变量设置初始值（Initial Value）。如果需要还可为变量注释（Comment）。在增量编程模式下，STEP 7将自动产生局部变量地址（Address）。代码段

22、：对将要由PLC进行处理的块代码进行编程。块属性：块属性包含了其它附加的信息，例如由系统输入的时间标志或路径。此外，也可输入相关详细资料。4.编辑并调用有参功能（FC）所谓有参功能（FC），是指编辑功能（FC）时，在局部变量声明表内定义了形式参数，在功能（FC）中使用了虚拟的符号地址完成控制程序的编程，以便在其他块中能重复调用有参功能（FC）。这种方式一般应用于结构化程序编写。【例5-5-1】 多级分频器控制程序设计。本例拟在功能FC1中编写二分频器控制程序，然后在OB1中通过调用FC1实现多级分频器的功能。多级分频器的时序关系如图所示。其中I0.0为多级分频器的脉冲输入端；Q4.0Q4.3分

23、别为2、4、8、16分频的脉冲输出端；Q4.4Q4.7分别为2、4、8、16分频指示灯驱动输出端。规划程序结构编辑FC1的变量声明表编辑FC1的控制程序二分频器的时序如图所示。分析二分频器的时序图可以看到，输入信号每出现一个上升沿，输出便改变一次状态，据此可采用上跳沿检测指令实现。 如果输入信号S_IN出现上升沿，则对S_OUT取反，然后将S_OUT的信号状态送LED显示；否则，程序直接跳转到LP1，将S_OUT的信号状态送LED显示。小结：利用FB与FC编程可以合理化程序结构，通过一个例子我们简单介绍了怎样利用FC编程，与上学期所学的通过FB编程有很多相似的地方。【项目实施】项目实施计划表确

24、定模块的输入输出点编写程序仿真程序将程序下载到模块中调试系统问题及解决方案完成项目自评表制作准备答辩第二部分 西门子WinCC组态软件项目四 WinCC组态软件使用初步 教学单元实施方案课程 类型专业课课程 范型项目式学时8教学单元目标知识：通过该项目掌握Wincc 的特点，基本功能和基本组件。掌握WinCC 的项目管理器的结构.技能：通过该项目学会组态一个简单工程，具有组态一个简单工程的能力教学进程安排1.软件的应用范围及其功能（4学时）2.在图形编辑器创建一个项目名称为Qckstart的项目。（4学时）学习者分析学习者已经具备的知识与能力分析：PLC的系统编程知识自动线工艺及结构学习者可能

25、发生的学习困难：1、 利用WinCC组态一个简单工程2、 对WinCC组态软件的理解教学单元环境及媒体选择自动线实训系统多媒体设备及学生专用计算机教学方法项目教学法教学活动形式根据本单元项目的功能任务，提出完成项目的基本知识、技能要求和要提交的项目资料；学生56个人为一学习小组，由组长组织大家根据功能给出设计方案；经老师确认后制定出项目实施计划、对组员进行项目分工，组织实施共同完成项目，在此期间老师及时帮助解决各小组在项目制作过程中出现的各类问题；最后由老师组织学生对各组项目进行功能演示、答辩，进行测评，完成知识技能的再归纳。学生 作业1.编辑图形组态一个工程，练习项目创建的步骤2.问题及解决

26、方案教学效果评价方式学生“项目”的功能演示，性能测试、知识技能答辩的评价方式教学内容一、WinCC的基本知识1.数据采集监控系统（SCADA)/人机界面（HMI）2.WINCC 数据采集监控系统的软件平台工具3.基本功能全图形显示。报警显示，报警归档和报警记录。 测量值采集（归档功能、数据压缩、最小值和最大值等）。 报表编辑器，用于把机器顺序和过程顺序以个别报表形式形成文件。对各种PLC系统的过程通讯。标准接口，例如， Microsoft 程序。在所有的WinCC应用模块中都有编程接口（API），允许访问数据和函数。复杂的可视化任务可以使用 ANSI-C编程语言来解决。 可选项 用于对WinC

27、C基本软件的扩展，如服务器扩展、存储、基本过程控制等。4.WINCC软件的构成及选装模块核心模块 WinCC系统软件 （具有基本功能的核心模块），以不同变量的不同软件包形式提供 基本软件包 - 128 变量，完全版(CS) 或者运行版(RT)。- 256 变量，完全版(CS) 或者运行版(RT)。 - 1024 变量，完全版(CS) 或者运行版(RT)。 - 64000 变量，完全版(CS) 或者运行版(RT)。 升级包 变量数量随升级包升级。成本为相应的WinCC组态软件和运行软件之间的价格差。.可选项 - 用户归档（例如批处方用户归档）。 - 附加的 PLC 驱动程序。- 服务器 客户机（

28、多终端系统）- 用于C 语言编程的ODK（开放式开发工具包）。- 用于通道DLL开发（外部驱动程序接口）的CDK （通道开发工具包）。 附件 - 使用WinCC基本软件的客户特定的或者技术的扩展 5.系统软件以及系统软件包交付形式 WinCC 系统软件在 以CD ROM 交付，并配有 授权盘。WinCC运行在 Windows NT 或者 Windows 2000环境下。系统交付形式 除了被当作软件包出售之外，WinCC系统软件也与当前的西门子PC一起销售。该PC可适用于各种要求。 6.WinCC 软件保护 授权盘 提供的授权盘用于启用 WinCC 软件。在该磁盘上设置有相应的安装计数器。.紧急

29、授权 除了正常的授权之外，在另一个授权盘上还有一个紧急授权。紧急授权可使软件操作14天。这使你有足够的时间再次获取正常的授权。 安装 授权从授权盘向PC传递的过程中，授权盘上的安装计数器就被减1。如果所有的授权都被分配了，就不能再使用此授权盘启用其他的软件了。注释 授权被安装之后，不能执行 SCANDISK、DEFRAG 或者 VIRENSCAN 等命令，因为如果这样的话，授权就丢失了。 卸装 通过把授权从PC传递回授权盘，授权盘上的安装计数器就增加1。这就可使在重新传递时启用另外一台PC上的 WinCC 软件。 WinCC软件的授权盘也可用作多授权盘。 多授权盘 多授权盘（黄色的磁盘）可存储

30、所有的 WinCC 授权。 注释 如果没有软件授权，你可以将 WinCC-Demo 软件复制无数次，但是不予以专业的组态保证。组态时间是30天。没有软件授权，你可以在演示模式下将Product CD运行一个小时。 7.系统组态组态 广泛的可视化任务可用多用户系统结合在一起。 服务器取代过程连接。PC网络连接其他所有的客户至服务器。客户从服务器接收所有的数据。甚至管理级上更高层次的计算机也可通过终端总线访问WinCC数据库。SIMATIC工业以太网过程总线也可以用作苛刻环境中的工业应用终端总线。 8.单用户系统的组态组态 单用户系统用于小型（变量数量）应用，但它们也可以是独立系统部件的操作员界面。 单机 在单用户系统具有操作所需的所有东西时，它以单机方式工作。这些点对点的连接以及局域网连接构成了自动化级别。V.24 即RS232接口TTY 即 20mA 电流环接口DR3964+RK512 通讯协议 9.多客户机/ Web客户机多客户机 多达 6个服务器项目可加入到多客户机中。如此一来，你就可以向服务器分配负载。冗