數(shù)字孿生在智能制造中的工程實(shí)踐 課件 運(yùn)動(dòng)控制

數(shù)字孿生目錄0123導(dǎo)論數(shù)字孿生概述46技術(shù)圖譜平臺(tái)及工藝機(jī)器視覺5運(yùn)動(dòng)控制構(gòu)建空間模型、行為模型7傳輸接口8數(shù)字孿生系統(tǒng)調(diào)試9數(shù)據(jù)聚合、分析，提供洞見和行動(dòng)①平臺(tái)及工藝數(shù)字孿生平臺(tái)技術(shù)圖譜物理世界物理實(shí)體虛擬世界數(shù)字孿生體產(chǎn)品數(shù)字孿生！工藝數(shù)字孿生！產(chǎn)品數(shù)字孿生！工藝數(shù)字孿生！數(shù)字孿生③運(yùn)動(dòng)控制②機(jī)器視覺形狀顏色偏移角度坐標(biāo)機(jī)器視覺軟件側(cè)重于應(yīng)用可以開放部分庫函數(shù)TCP/IP通訊三維位姿傳感器振動(dòng)傳感器溫度傳感器聲波傳感器視覺傳感器④構(gòu)建零件三維模型

↓設(shè)置基本機(jī)電對(duì)象

↓運(yùn)動(dòng)副

↓傳感器

↓設(shè)置傳輸面↓設(shè)置位置控制

↓設(shè)置電子凸輪

↓設(shè)置運(yùn)行時(shí)參數(shù)

↓設(shè)置運(yùn)行時(shí)表達(dá)式

↓序列編輯運(yùn)行空間模型行為模型⑦聚合

↓分析

↓洞見

↓行動(dòng)⑥數(shù)字孿生系統(tǒng)調(diào)試通過對(duì)物理實(shí)體配備的多種傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，建立物理實(shí)體與數(shù)字孿生體實(shí)時(shí)、無縫的傳輸，通過對(duì)數(shù)據(jù)的聚合、分析，依據(jù)模型、算法，提供洞見，根據(jù)洞見，對(duì)物理實(shí)體即將發(fā)生的偏離，實(shí)施預(yù)先的控制！控制系統(tǒng)構(gòu)成慣量和轉(zhuǎn)矩折算傳動(dòng)機(jī)構(gòu)PLC系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)⑤

OPC傳輸接口A前情回顧2工藝要求掃描過程?接收控制器指令；?檢測(cè)掃描平臺(tái)四個(gè)區(qū)域

工件的形狀、顏色、偏轉(zhuǎn)角度和坐標(biāo)；?向控制器發(fā)送檢測(cè)到的工件信息。協(xié)議頭工件形狀工件中心坐標(biāo)工件旋轉(zhuǎn)角度工件顏色0xC(圓)/S(方),±xxx.xx,±xxx.xx,±xxx.xx,B(藍(lán))/R(紅)/Y(黃),通信協(xié)議格式前情回顧機(jī)器視覺+運(yùn)動(dòng)控制=集成智能分揀系統(tǒng)1234運(yùn)動(dòng)控制概述55運(yùn)動(dòng)控制目錄6運(yùn)動(dòng)曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計(jì)人機(jī)接口運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載反饋分類：按照被控物理量，調(diào)速系統(tǒng)、位置伺服系統(tǒng)（隨動(dòng)系統(tǒng)）1運(yùn)動(dòng)控制概述人機(jī)接口與運(yùn)動(dòng)控制器通信，功能是運(yùn)動(dòng)控制器編程；通過運(yùn)動(dòng)控制器操作機(jī)器運(yùn)行。工業(yè)計(jì)算機(jī)顯示器按鈕、指示燈1運(yùn)動(dòng)控制概述運(yùn)動(dòng)控制器控制器是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的“大腦”執(zhí)行邏輯程序?？刂破渥陨砗屯獠繑U(kuò)展的IO模塊各工藝軸的參數(shù)配置、路徑規(guī)劃。一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，應(yīng)具有如下單元：計(jì)算機(jī)用戶程序說明；軌跡生成；閉合伺服回路；驅(qū)動(dòng)器（放大器）

的命令生成；監(jiān)控軸極限，安

全互鎖；處理中斷和錯(cuò)誤，

如過量的跟隨誤差。各軸的I/O接口電機(jī)功率輸出；用于輸出放大器命

令的伺服I/O接口；用于接收電機(jī)或其

他外部傳感器反饋

信號(hào)的輸入端子；軸限制、歸位信號(hào)和寄存。?機(jī)器I/O接口?通信用于各類傳感器，如操作按鈕

和接近傳感器的數(shù)字信號(hào)輸入

端子；用于驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備（通常通過

繼電器）的數(shù)字信號(hào)的輸出端

子；用于模擬信號(hào)傳感器，諸如壓

力傳感器、力敏傳感器的模擬

輸入（通常是可選的）的端子；用于驅(qū)動(dòng)模擬設(shè)備的模擬輸出

（通常時(shí)可選的）的端子。與其他外部設(shè)備、主機(jī)、平臺(tái)

檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)通信，使

用的協(xié)議包括DeviceNet、Profibus、ControlNet、EtherNet/IP等；USB或串行接口通信；人機(jī)接口（HMI）通信。PLCS7-12001運(yùn)動(dòng)控制概述與外部部件的通信。執(zhí)行器（電機(jī)）（液壓泵）（氣泵）執(zhí)行器：為驅(qū)動(dòng)負(fù)載提供能量的裝置，電動(dòng)、液壓、氣動(dòng)是三種主要的技術(shù)。電動(dòng)控制：在需要移動(dòng)非常準(zhǔn)確或者需要連

續(xù)移動(dòng)的時(shí)候，是非常出色的，

應(yīng)用非常普遍。液壓控制：當(dāng)需要快速反應(yīng)的時(shí)候，是大負(fù)

載條件下的選擇。它可以承受的

壓力是三個(gè)運(yùn)動(dòng)類型中最大的，

最多可以達(dá)到100噸。。氣壓控制：對(duì)于高溫、低溫、灰塵、機(jī)械振

動(dòng)、潮濕以及電子噪音都不太敏

感，使用簡(jiǎn)單、便捷。步進(jìn)電機(jī)1運(yùn)動(dòng)控制概述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：連接負(fù)載和電機(jī)的軸，使負(fù)載完成要求的運(yùn)動(dòng)軌跡。負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)+////////////////////////+傳輸電機(jī)齒輪箱？機(jī)制直接驅(qū)動(dòng)？帶傳動(dòng)？絲杠？傳送帶？或平移負(fù)載交互過程

以智能分揀系統(tǒng)為例，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使用線性模組從步進(jìn)電機(jī)向末端（負(fù)載）傳遞運(yùn)動(dòng)，使末端能夠按照所期望曲線運(yùn)動(dòng)，這個(gè)稱之為“交互過程”。電機(jī)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一起稱為傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)，在負(fù)載的運(yùn)動(dòng)明確后，需要考慮：?

保證從電機(jī)（在最大負(fù)載速度下）獲得的轉(zhuǎn)矩大于應(yīng)用要求轉(zhuǎn)矩的安全區(qū)域；?

保證電機(jī)與負(fù)載之間滿足合理的慣量關(guān)系；?

滿足所有其他條件，包括但不限于成本、精度、剛度、周期時(shí)間等。電機(jī)的選擇，需要理解“電機(jī)尺寸”，電機(jī)尺寸涉及電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩。電機(jī)尺寸過大會(huì)增加系統(tǒng)成本，并且使系統(tǒng)響應(yīng)變慢。這是因?yàn)榇蟛糠帜芰肯脑趯?duì)電機(jī)的加速上。電機(jī)過小，不能向負(fù)載運(yùn)動(dòng)提供所需要的能量，即使勉強(qiáng)滿足負(fù)載的運(yùn)動(dòng)要求，電機(jī)也會(huì)因?yàn)檫^熱而縮短壽命。1運(yùn)動(dòng)控制概述（線性模組）滾珠絲杠聯(lián)軸器步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)鏈（聯(lián)軸器）步進(jìn)電機(jī)的軸通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠連接，聯(lián)軸器起到傳遞轉(zhuǎn)矩、減震、緩沖等。1運(yùn)動(dòng)控制概述反饋（旋轉(zhuǎn)編碼器）（磁柵尺）（光柵尺）反饋：是通過傳感器，用來測(cè)量負(fù)載的位置

和速度，負(fù)載和電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的

耦合，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)矩通過傳

動(dòng)機(jī)構(gòu)折算到電機(jī)上。傳感器是一種用來檢測(cè)位置、速度、溫度或壓力等物理量的裝置。將其輸入以某種函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為輸出，輸入時(shí)物理量，輸出一般為電信號(hào)。運(yùn)動(dòng)控制有時(shí)會(huì)采用多種傳感器，任何運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行的核心問題，都需要測(cè)量運(yùn)動(dòng)的為位置和負(fù)載的速度。最常見的傳感器是光電編碼器。...........................................（光電傳感器碼盤示意圖）1運(yùn)動(dòng)控制概述1234運(yùn)動(dòng)控制概述54運(yùn)動(dòng)控制目錄6運(yùn)動(dòng)曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計(jì)末端（比如磁吸等）運(yùn)動(dòng)遵循一條軌跡在一臺(tái)自動(dòng)控制的機(jī)械裝置中，末端可以沿一條直線的單軸運(yùn)動(dòng)。在復(fù)雜的場(chǎng)合中，比如CNC的切削刀具采用多軸聯(lián)動(dòng)，其軌跡是一條三維的空間曲線。當(dāng)末端從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，生成了連點(diǎn)之間的連接軌跡。這條軌跡稱之為空間曲線?？刂破饕砸蟮臅r(shí)間區(qū)間內(nèi)，為控制系統(tǒng)中的每臺(tái)電機(jī)發(fā)出速度和位置指令，控制系統(tǒng)將調(diào)解系統(tǒng)中電機(jī)沿期望的曲線移動(dòng)對(duì)應(yīng)的軸，從而形成運(yùn)動(dòng)曲線。A1B1A2B2A1?B1藍(lán)色線段單軸直線運(yùn)動(dòng)A2?B2紅色線段三軸聯(lián)動(dòng)空間曲線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)曲線概述2時(shí)間（t）時(shí)間（t）時(shí)間（t）位置，s(t)速度，v(t)加速度，a(t)ooo這個(gè)三角形的面積使最終位置速度的斜率為加速度AB圖2-1位置、速度、加速度

之間的基本關(guān)系從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度看，在不考慮引發(fā)運(yùn)動(dòng)的力的情況下，研究的是時(shí)間、位置、速度、加速度之間的關(guān)系。研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)不僅是計(jì)算運(yùn)動(dòng)曲線需要，同時(shí)也有助于在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中正確的選擇各軸對(duì)應(yīng)的電機(jī)。////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////電機(jī)AB當(dāng)一個(gè)軸的末端由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，

也可以積分形式表示：（2-1）（2-2）（2-3）

運(yùn)動(dòng)曲線運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本概念2時(shí)間（s）時(shí)間（s）時(shí)間（s）位置(in)速度，(in/s)

000圖2-2由速度曲線求加速度

時(shí)間（t）時(shí)間（t）時(shí)間（t）位置in速度，v(t)加速度，a(t)000AB圖2-3由速度曲線求減速度

一個(gè)函數(shù)的積分是函數(shù)曲線在無窮小函數(shù)值的和，等于曲線下的面積。由方程式（2-2）可知，t時(shí)刻的位置就等于直到時(shí)刻

t的速度曲線下的面積，如圖（2-1）所示！曲線上某一點(diǎn)的斜率可以通過微分得到。因此，由方程式（2-1）可知，加速度就是速度曲線的斜率，如圖2-1所示。510aa5151025s運(yùn)動(dòng)曲線的幾何規(guī)則如下。（1）時(shí)刻t的位置等于速度曲線在直到時(shí)刻t時(shí)曲線下的面積。（2）加速度是速度曲線的斜率。對(duì)于更一般情況，根據(jù)方程式（2-2）和（2-3），可得：

（2-4）

運(yùn)動(dòng)曲線運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本概念2

由圖2-4所示，加速度變化將引起曲線的突變，梯形曲線由于在速度曲線的轉(zhuǎn)角加速度不連續(xù)，存在4個(gè)加速度變化極大的沖擊點(diǎn)。整個(gè)運(yùn)動(dòng)曲線可以分為3段：加速段、恒速段和減速段。時(shí)間,（t）時(shí)間,（t）時(shí)間,（t）時(shí)間,（t）位置,s(t）速度,v(t）加速度,a(t）突變,j(t）0000

圖2-4軸從位置0運(yùn)動(dòng)到L時(shí)的梯形速度曲線與相應(yīng)位置、速度、加速度和突變曲線

（2-5）（2-6）（2-7）

總運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的距離可以通過求速度曲線下的兩個(gè)三角形面積和一個(gè)矩形面積得到：勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：運(yùn)動(dòng)曲線常見運(yùn)動(dòng)曲線—梯形速度曲線2為了使加速度平滑連續(xù)，可將速度曲線的尖角圓滑處理為S形，如圖2-8所示。圓角采用二次拋物線構(gòu)造，這種重新構(gòu)造的速度曲線在加速度的正、零、負(fù)各段之間轉(zhuǎn)換時(shí)是平滑的。時(shí)間,（t）時(shí)間,（t）時(shí)間,（t）時(shí)間,（t）位置,s(t）速度,v(t）加速度,a(t）突變,j(t）0000L-aaj-j

圖2-8S形速度曲線和相對(duì)應(yīng)的位置、速度、加速度和急拉曲線如圖2-8所示，這種速度曲線含有7個(gè)不同區(qū)間。其中4段用二次方程表達(dá)，剩余3段是斜率為正、零、負(fù)的直線。如果不看直線段，一條純S形速度曲線如圖2-9所示。純S形速度曲線由兩段二次曲線組成，如圖2-9中曲線A、B。每段方程如下：時(shí)間,（t）時(shí)間,（t）時(shí)間,（t）時(shí)間,（t）位置,s(t）速度,v(t）加速度,a(t）突變,j(t）0000L-aaj-j

圖2-9純S形速度曲線

（2-10）式中，C1、C2、C3是由邊界條件決定的系數(shù)。運(yùn)動(dòng)曲線常見運(yùn)動(dòng)曲線—S形速度曲線2（1）曲線A（t）A

v（t）

邊界條件運(yùn)動(dòng)方程

（2）曲線B（t）B

v（t）邊界條件運(yùn)動(dòng)方程

運(yùn)動(dòng)曲線常見運(yùn)動(dòng)曲線—S形速度曲線2X軸Y軸Z軸R軸（旋轉(zhuǎn)軸）末端（磁吸）根據(jù)左圖，系統(tǒng)有四軸，分別是X、Y、Z、R軸，R軸是旋轉(zhuǎn)軸。在不考慮R軸旋轉(zhuǎn)的情況下，X、Y、Z軸的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使末端到達(dá)指定的位置。這種多軸運(yùn)動(dòng)，有三種方式：每次移動(dòng)一個(gè)軸；三軸同時(shí)開始移動(dòng)（擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）；三軸同時(shí)開始移動(dòng)并調(diào)節(jié)使三軸同時(shí)停止（插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)）。本課程示例程序采用的是第二種！運(yùn)動(dòng)曲線多軸運(yùn)動(dòng)21234運(yùn)動(dòng)控制概述54運(yùn)動(dòng)控制目錄6運(yùn)動(dòng)曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計(jì)++//////////////////////////////

電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)載平移負(fù)載傳輸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)交互過程交互傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)過程慣量和轉(zhuǎn)矩折算3慣量:物理量，運(yùn)動(dòng)的物體的慣性量值，可以分為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和平移慣量，與物體的質(zhì)量有關(guān)。轉(zhuǎn)矩:使機(jī)械元件轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩稱為轉(zhuǎn)矩，分為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，有時(shí)也稱為扭矩。電機(jī)m耦合器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載旋轉(zhuǎn)平移T

in

或Tin

N傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖3-1帶有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)鏈典型結(jié)構(gòu)圖圖3-1所示的是含有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)T的典型驅(qū)動(dòng)鏈的示意圖，其負(fù)載做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，從電機(jī)軸上看到的總慣量為：

電機(jī)m傳動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載旋轉(zhuǎn)平移T

in

或

慣量和轉(zhuǎn)矩折算3絲杠被廣泛用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。（1）傳動(dòng)比絲杠的傳動(dòng)比可以根據(jù)螺距的定義計(jì)算。螺距（rev/in，rev/m（rev應(yīng)為r））：螺母每行進(jìn)1in要求絲杠旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。導(dǎo)程（in/rev，m/rev）：絲杠每轉(zhuǎn)一圈螺母行進(jìn)的距離。其方程表達(dá)式：

于是，絲杠機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為：

慣量和轉(zhuǎn)矩折算絲杠3（2）慣量折算首先推導(dǎo)平移質(zhì)量和折算慣量之間的關(guān)系?？傎|(zhì)量為m的物體在直線運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)能為：

運(yùn)用式（3-2），我們可以將動(dòng)能方程重新寫為：

由于現(xiàn)在速度以角速度表達(dá)，前面的因子應(yīng)該等于折算的慣量：

或

滾珠絲杠原理圖電機(jī)in///////////////////////////////////////////////////////////////

運(yùn)載機(jī)構(gòu)滾珠絲杠負(fù)載折算到輸入軸的慣量為：

慣量和轉(zhuǎn)矩折算絲杠3（3）負(fù)載轉(zhuǎn)矩

作用在與水平?角度的滾珠絲杠上的力電機(jī)in///////////////////////////////////////////////////////////////

+

β

從電機(jī)側(cè)看到的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可通過所做功計(jì)算：

慣量和轉(zhuǎn)矩折算絲杠3（3）負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用在與水平?角度的滾珠絲杠上的力電機(jī)in///////////////////////////////////////////////////////////////

+

β在式（3-5）中帶入式（3-1），可得：

并且，由輸入側(cè)有：

于是：

考慮驅(qū)動(dòng)效率，則：

這個(gè)結(jié)果用所有外力的和替代了外部總轉(zhuǎn)矩，用絲杠傳動(dòng)比替代了齒輪箱比。慣量和轉(zhuǎn)矩折算絲杠31234運(yùn)動(dòng)控制概述54運(yùn)動(dòng)控制目錄6運(yùn)動(dòng)曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計(jì)工藝要求4（觀看現(xiàn)場(chǎng)演示）1234運(yùn)動(dòng)控制概述54運(yùn)動(dòng)控制目錄6運(yùn)動(dòng)曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計(jì)根據(jù)工藝要求，進(jìn)行系統(tǒng)配置！機(jī)械部分末端：磁吸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：四軸懸臂式直角坐標(biāo)機(jī)器人X軸：水平運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式：滾珠絲桿；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī)；絲桿導(dǎo)程：10mm；最大行程：300mm；最大速度：100mm/s；最大負(fù)載：4kg；通斷濾波：350msY軸：前后運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式：滾珠絲桿；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī)；絲桿導(dǎo)程：10mm；最大行程：200mm；最大速度：100mm/s；（下一頁續(xù)）X軸Z軸Y軸R軸磁吸系統(tǒng)構(gòu)成機(jī)械部分5機(jī)械部分Z軸：上下運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式：齒輪齒條；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī)；減

速

比：5：1；分度圓直徑：30mm；最大速度：300mm/s；R軸：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式：直驅(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī)；徑向扭矩：0.07Nm；最大轉(zhuǎn)角：無限制；最大速度：1800R/Min；X軸Z軸Y軸R軸磁吸（接上頁）系統(tǒng)構(gòu)成機(jī)械部分5電氣部分人機(jī)界面：IPC用于系統(tǒng)程序編寫、上傳下載及人機(jī)界面顯示。

控制器：PLC控制系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)控制程序運(yùn)行其中。型

號(hào)：CPUS7-1215C西門子

數(shù)

字

量:14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出；模

擬

量:2路輸入/2路輸出；脈沖輸出:4路，100KHz；擴(kuò)展模塊：8DI/8DO。（SM1223）處

理

器：IntelI7十代；內(nèi)

存：8G-DDR4；固態(tài)硬盤：500G；

顯

卡：NVIDIAQuadroP620操作系統(tǒng)：Windows1064位S7-1215CSM1223工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成電氣部分5電氣部分驅(qū)動(dòng)器：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器

配套對(duì)應(yīng)軸的步進(jìn)電機(jī)，設(shè)置其電流值和細(xì)分值。傳感器：磁柵尺及光電開關(guān)

用于限位及定位補(bǔ)償。X軸型

號(hào)：DM556S電流值：2.3A細(xì)分值：1000Y軸型

號(hào)：DM556S電流值：1.9A細(xì)分值：1000Z軸型

號(hào)：DM542電流值：1.9A細(xì)分值：1000R軸型

號(hào)：DM542電流值：1.5A細(xì)分值：1000磁柵尺型

號(hào)：MR50T60分辨率：0.005mm重復(fù)精度：±5μm光電開關(guān)型

號(hào)：E2S-H4N1檢測(cè)距離：5mm輸出類型：NPN型DM556SDM542MR50T60E2S-H4N1系統(tǒng)構(gòu)成電氣部分5軟件部分編程軟件：TIAPortal

視覺軟件：BKVision

編程軟件：BKOPCServer

數(shù)字孿生軟件：NXMCD

功能：采用統(tǒng)一的工程組態(tài)和軟件項(xiàng)目環(huán)境的自動(dòng)化軟件，可快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化系統(tǒng)。版本：V15SP1功能：機(jī)器視覺軟件采用拖拽式編程，為機(jī)器視覺應(yīng)用創(chuàng)建解決方案。版本：V1.0功能：采用標(biāo)準(zhǔn)的OPCDA架構(gòu)，可快速完成控制器與NXMCD的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。版本：V1.0功能：機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)過程中硬件在環(huán)的仿真調(diào)試，通過虛擬設(shè)備與PLC連接，對(duì)產(chǎn)品可靠性進(jìn)行虛擬調(diào)試。版本：V12.0系統(tǒng)構(gòu)成軟件部分51234運(yùn)動(dòng)控制概述54運(yùn)動(dòng)控制目錄6運(yùn)動(dòng)曲線慣量和轉(zhuǎn)矩折算系統(tǒng)構(gòu)成工藝要求程序設(shè)計(jì)1工藝回顧人機(jī)接口運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載反饋1工藝回顧工藝流程控制線路外圍設(shè)備程序設(shè)計(jì)1.工藝流程：不同顏色、不同形狀的工件分別分布在四個(gè)綠色正方形區(qū)域內(nèi)，經(jīng)過視覺識(shí)別之后，告訴運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，識(shí)別到的各個(gè)工件的形狀、顏色、位置等信息；控制系統(tǒng)根據(jù)這些信息，將工件分揀，并堆垛到堆垛區(qū)；1工藝回顧工件A工件C工件B工件DA區(qū)B區(qū)C區(qū)D區(qū)堆垛區(qū)A堆垛區(qū)B堆垛區(qū)C堆垛區(qū)D原點(diǎn)工件擺放區(qū)域接下來的內(nèi)容采用播放屏幕的形式1工藝回顧工

藝

要

求控制線路工

藝

要

求程序設(shè)計(jì)符號(hào)表制作根據(jù)系統(tǒng)配置，進(jìn)行符號(hào)表的制作！序號(hào)寄存器名稱備注1I0.0磁柵尺A讀取X軸位置2I0.1磁柵尺B3I0.2橫軸正限位4I0.3橫軸參考點(diǎn)X軸參考點(diǎn)5I0.4橫軸負(fù)限位6I0.5縱軸正限位7I0.6縱軸參考點(diǎn)Y軸參考點(diǎn)8I0.7縱軸負(fù)限位9I1.0豎軸負(fù)限位10I1.1豎軸參考點(diǎn)Z軸參考點(diǎn)11I1.2豎軸正限位12I1.3R軸參考點(diǎn)R軸參考點(diǎn)13I2.4啟動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)序號(hào)寄存器名稱備注16I2.5停止系統(tǒng)停止17I2.6復(fù)位系統(tǒng)復(fù)位18Q0.0橫軸脈沖X軸19Q0.1縱軸脈沖Y軸20Q0.2豎軸脈沖Z軸21Q0.3旋轉(zhuǎn)軸脈沖R軸22Q0.4橫軸方向X軸23Q0.5縱軸方向Y軸24Q0.6豎軸方向Z軸25Q0.7旋轉(zhuǎn)軸方向R軸26Q1.0蜂鳴器27Q1.1電磁鐵磁吸28Q2.0光源控制光源2開始系統(tǒng)初始化初始化完成計(jì)數(shù)復(fù)位其他復(fù)位故障報(bào)警X軸回原點(diǎn)Y軸回原點(diǎn)R軸回原點(diǎn)Z軸回原點(diǎn)（下一頁續(xù)）是是否限位觸發(fā)否手動(dòng)復(fù)位程序流程圖3（接上一頁）A區(qū)程序視覺通信開始掃描工件數(shù)>0數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)B區(qū)程序視覺通信C區(qū)程序視覺通信D區(qū)程序視覺通信數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（下一頁續(xù)）掃描完成程序流程圖3（接上一頁）解碼工件A數(shù)據(jù)開始分揀工件數(shù)>0軸移動(dòng)到工件A確定解碼工件Z軸位置解碼工件B數(shù)據(jù)抓取工件確定解碼工件Z軸位置軸移動(dòng)到工件B系統(tǒng)停止分揀完成系統(tǒng)復(fù)位將工件放到指定位置程序流程圖31.雙擊下圖“博圖”圖標(biāo)，打開編程軟件。單擊“創(chuàng)建新項(xiàng)目”2.創(chuàng)建新項(xiàng)目3.填寫項(xiàng)目名稱及存儲(chǔ)路徑后，單擊創(chuàng)建。單擊“創(chuàng)建”4.單擊左下角的“項(xiàng)目視圖”硬件組態(tài)31.雙擊博圖圖標(biāo)，打開編程軟件。單擊“添加新設(shè)備”2.添加硬件設(shè)備：PLC的CPU。單擊“添加新設(shè)備”單擊“確定”硬件組態(tài)33.在硬件目錄中添加擴(kuò)展IO。單擊此處硬件組態(tài)35.在擴(kuò)展IO的屬性中將IO地址的起始地址改成2。4.配置網(wǎng)絡(luò)及CPU的IP地址。1.雙擊此處2.單擊“添加新子網(wǎng)”3.設(shè)置IP地址硬件組態(tài)36.添加PC站。1.單擊此處2.單擊此處7.添加PC站軟件。雙擊此處硬件組態(tài)38.配置網(wǎng)卡。雙擊此處9.PC站配置網(wǎng)絡(luò)及IP。單擊此處硬件組態(tài)310.PC站配置網(wǎng)絡(luò)及IP。選擇子網(wǎng)填寫本機(jī)IP地址硬件組態(tài)311.網(wǎng)絡(luò)視圖中連接PLC和PC。硬件組態(tài)312.組態(tài)工藝對(duì)象，新建工藝軸X軸。2.單擊此處1.單擊此處3.填寫軸名稱4.單擊“確定”硬件組態(tài)313.配置X軸參數(shù)—選擇脈沖發(fā)生器Pulse_1。根據(jù)圖紙配置脈沖及方向IO根據(jù)絲桿導(dǎo)程，配置運(yùn)動(dòng)參數(shù)14.根據(jù)絲桿導(dǎo)程及設(shè)備速度和精度要求，配置運(yùn)動(dòng)參數(shù)。硬件組態(tài)315.根據(jù)計(jì)算結(jié)果配置運(yùn)動(dòng)曲線。16.配置急停參數(shù)。硬件組態(tài)317.根據(jù)電氣圖紙，配置限位開關(guān)。18.配置原點(diǎn)開關(guān)及回原點(diǎn)方式。硬件組態(tài)3注：其他各軸與X軸配置方式相同。1.主程序OB1中調(diào)用子程序（程序位于OB1：程序段1）2.X軸使能和復(fù)位驅(qū)動(dòng)程序（程序位于OB1：程序段2）程序代碼43.X軸回原點(diǎn)和暫停驅(qū)動(dòng)程序（程序位于OB1：程序段3）程序代碼44.X軸點(diǎn)動(dòng)和絕對(duì)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)程序（程序位于OB1：程序段4）程序代碼4注：其他各軸驅(qū)動(dòng)程序配置與X軸配置方法相同。5.X軸的HMI運(yùn)動(dòng)曲線使用的程序開始系統(tǒng)初始化初始化完成計(jì)數(shù)復(fù)位其他復(fù)位故障報(bào)警X軸回原點(diǎn)Y軸回原點(diǎn)R軸回原點(diǎn)Z軸回原點(diǎn)是否限位觸發(fā)否手動(dòng)復(fù)位（下一頁續(xù)）是程序代碼41.系統(tǒng)啟動(dòng)及停止功能程序。（程序位于FC20：程序段1）程序代碼4開始系統(tǒng)初始化初始化完成計(jì)數(shù)復(fù)位其他復(fù)位故障報(bào)警X軸回原點(diǎn)Y軸回原點(diǎn)R軸回原點(diǎn)Z軸回原點(diǎn)是否限位觸發(fā)否手動(dòng)復(fù)位（下一頁續(xù)）是程序代碼42.系統(tǒng)初始化功能程序。（程序位于FC20：程序段2）程序代碼4開始系統(tǒng)初始化初始化完成計(jì)數(shù)復(fù)位其他復(fù)位故障報(bào)警X軸回原點(diǎn)Y軸回原點(diǎn)R軸回原點(diǎn)Z軸回原點(diǎn)是否限位觸發(fā)否手動(dòng)復(fù)位（下一頁續(xù)）是程序代碼4左極限/////////////////////////////////////////////////////////電機(jī)右極限原點(diǎn)控制器驅(qū)動(dòng)器控制器有內(nèi)部自帶的回零程序?；亓愕哪康氖菫榱俗鴺?biāo)軸建立絕對(duì)坐標(biāo)參考位置。這個(gè)參考位置稱為零位。回零對(duì)采用增量編碼器位置反饋時(shí)是特別需要的，因?yàn)檫@種系統(tǒng)在上電時(shí)軸的位置是未知的。一旦零位被找到，所有后續(xù)運(yùn)動(dòng)都是參照這個(gè)零位來定義的。

回零通過一個(gè)傳感器，用移動(dòng)直接被觸發(fā)的方案來建立零位。下圖展示了一個(gè)坐標(biāo)軸，它有兩個(gè)在行程末端的極限開關(guān)，一個(gè)在中間的零件開關(guān)。這些開關(guān)連接到控制器對(duì)應(yīng)的數(shù)字I/O上。

回原點(diǎn)，是一個(gè)單軸的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，可以設(shè)定配置參數(shù)來定義點(diǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的速度和加速度。指令可配置定義為正向或負(fù)向移動(dòng)到一個(gè)指定位置通過一定距離或連續(xù)移動(dòng)到任意的停止位置。程序代碼4觸發(fā)程序由一個(gè)預(yù)觸發(fā)和一個(gè)后觸發(fā)段組成。在預(yù)觸發(fā)段，軸以一個(gè)固定的回零速度朝零位傳感器方向移動(dòng)和加速。當(dāng)軸撞到零位開關(guān)時(shí)，收到一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，預(yù)觸發(fā)移動(dòng)開始，軸減速，當(dāng)前時(shí)刻軸位于零位的另一邊。減速后控制器控制運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)入后觸發(fā)段，軸平滑地改變它的移動(dòng)方向，往回低速向零位開關(guān)移動(dòng)。在收到觸發(fā)信號(hào)瞬間，軸位置被控制器的硬件捕獲單元保存，完成回零運(yùn)動(dòng)。這是一個(gè)當(dāng)觸發(fā)發(fā)生時(shí)捕獲軸瞬時(shí)位置的精確方法。

可以在軟件中定義一個(gè)零位偏移距離。這樣零位傳感器的零位位置可以通過軟件設(shè)定來調(diào)整，而不用物理調(diào)整機(jī)器上傳感器的位置。這個(gè)偏移被加到觸發(fā)點(diǎn)作為運(yùn)動(dòng)的零位。程序代碼42.系統(tǒng)初始化功能程序。（程序位于FC20：程序段3）程序代碼4開始系統(tǒng)初始化初始化完成計(jì)數(shù)復(fù)位其他復(fù)位故障報(bào)警X軸回原點(diǎn)Y軸回原點(diǎn)R軸回原點(diǎn)Z軸回原點(diǎn)是否限位觸發(fā)否手動(dòng)復(fù)位（下一頁續(xù)）是程序代碼42.系統(tǒng)初始化功能程序。（程序位于FC20：程序段4）程序代碼42.系統(tǒng)初始化功能程序。（程序位于FC20：程序段7、8）系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)打開光源，初始化時(shí)蜂鳴器告警；注意：故障報(bào)警及復(fù)位程序在程序流程全部完成后，在做相應(yīng)的添加即可。程序代碼4（接上一頁）A區(qū)程序視覺通信開始掃描工件數(shù)>0數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)B區(qū)程序視覺通信C區(qū)程序視覺通信D區(qū)程序視覺通信數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（下一頁續(xù)）掃描完成程序代碼43.啟動(dòng)掃描功能程序。（程序位于FC20：程序段3、FC21程序段5，啟動(dòng)/暫停掃描程序）程序代碼43.啟動(dòng)掃描功能程序。（程序位于FC21：程序段1、2；記錄掃描的步驟）程序代碼43.啟動(dòng)掃描功能程序。（程序位于FC21：程序段4，啟動(dòng)軸運(yùn)行）程序代碼43.啟動(dòng)掃描功能程序。（程序位于FC21：程序段5、6；設(shè)定各步驟時(shí)的速度及各軸的位置）程序代碼4（接上一頁）A區(qū)程序視覺通信開始掃描工件數(shù)>0數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)B區(qū)程序視覺通信C區(qū)程序視覺通信D區(qū)程序視覺通信數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（下一頁續(xù)）掃描完成程序代碼4采用PLC軟件平臺(tái)封裝好的TRCV和TSEND功能模塊建立TCP服務(wù)器和客戶端，實(shí)現(xiàn)PLC與外部設(shè)備通信。類別UDPTCP是否連接無連接面向連接是否可靠不可靠傳輸，不使用流量控制和擁塞控制可靠傳輸，使用流量控制和擁塞控制連接數(shù)量支持一對(duì)一，一對(duì)多，多對(duì)一和多對(duì)多通信只能是一對(duì)一通信傳輸方式面向報(bào)文面向字節(jié)流首部開銷首部開銷小，僅8字節(jié)首部最小20字節(jié)，最大60字節(jié)適用場(chǎng)景適用于實(shí)時(shí)應(yīng)用（IP電話、視頻會(huì)議、直播等）適用于要求可靠傳輸?shù)膽?yīng)用，例如文件傳輸以太網(wǎng)通信常用的通信協(xié)議是UDP和TCP通信；根據(jù)協(xié)議特點(diǎn)，本次選擇TCP協(xié)議進(jìn)行通信。程序代碼4TCP/IP模型分為5層：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層及物理層。詳細(xì)的數(shù)據(jù)傳遞如下：接收端MAC地址發(fā)送端MAC地址以太網(wǎng)類型發(fā)送端IP地址接收端IP地址協(xié)議類型源端口號(hào)目標(biāo)端口號(hào)數(shù)據(jù)循環(huán)冗余校驗(yàn)傳輸層IP首部TCP/UD首部應(yīng)用包頭及其數(shù)據(jù)以太網(wǎng)Trailer數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層以太網(wǎng)頭數(shù)據(jù)鏈路層表示首部的下一個(gè)協(xié)議表示首部的下一個(gè)協(xié)議表示首部的下一個(gè)協(xié)議服務(wù)端口號(hào)表示應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向數(shù)據(jù)處理的順序程序代碼4在分揀碼垛過程中，視覺與PLC進(jìn)行TCP通信連接，按照約定協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解碼。Start掃描過程機(jī)器視覺控制器1.打開相機(jī)2.檢測(cè)工件開始掃描接收到完整信息工件信息OK接收到完整信息工件信息OKStop關(guān)閉相機(jī)末端分別移動(dòng)到掃描區(qū)域A，B，C，D，向機(jī)器視覺分揀系統(tǒng)發(fā)送“Start”；視覺收到“Start”后，打開相機(jī)，開始檢測(cè)工件，將檢測(cè)到的第一個(gè)工件信息發(fā)送到PLC。PLC與視覺的通信約定：程序代碼4PLC向視覺發(fā)送“Sort”；視覺接收到“Sort”后打開相機(jī)，檢測(cè)工件是否偏移；無偏移向PLC發(fā)送“Over”；有偏移向PLC發(fā)送“Error,PosX”其中X為工件所在的掃描區(qū)域，即A/B/C/D；PLC收到“Over”，控制機(jī)器末端磁吸吸取工件；PLC收到“Error,PosX”發(fā)送“Sort”到視覺重新檢測(cè)；視覺將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到PLC；PLC接收到工件信息后移動(dòng)到指定位置吸取工件；循環(huán)執(zhí)行上述操作，直到所有的工件分揀碼垛完成。Sort分揀過程機(jī)器視覺控制器1.打開相機(jī)2.檢測(cè)工件偏移開始分揀Over/Error,pos接收到完整信息Sort重新檢測(cè)工件信息接收到完整信息程序代碼44.視覺通信程序。（程序位于FC24：程序段1；通信模塊調(diào)用）（下一頁續(xù)）程序代碼44.視覺通信程序。（程序位于FC24：程序段2；視覺通信采集指令生成。）（續(xù)上一頁）程序代碼44.視覺通信程序。（程序位于FC24：程序段3、4；記錄工件數(shù)量。）程序代碼44.視覺通信程序。（程序位于FC24：程序段5;視覺數(shù)據(jù)解碼。）程序代碼4（接上一頁）A區(qū)程序視覺通信開始掃描工件數(shù)>0數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)B區(qū)程序視覺通信C區(qū)程序視覺通信D區(qū)程序視覺通信數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（下一頁續(xù)）掃描完成程序代碼44.視覺通信程序。（程序位于FC24：程序段5;視覺數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。）程序代碼4（接上一頁）A區(qū)程序視覺通信開始掃描工件數(shù)>0數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)B區(qū)程序視覺通信C區(qū)程序視覺通信D區(qū)程序視覺通信數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（下一頁續(xù)）掃描完成程序代碼44.視覺通信程序。（根據(jù)下圖程序，程序位于FC21：程序段1、2，判定掃描是否完成。）程序代碼4（接上一頁）解碼工件A數(shù)據(jù)開始分揀工件數(shù)>0軸移動(dòng)到工件A確定解碼工件Z軸位置解碼工件B數(shù)據(jù)抓取工件確定解碼工件Z軸位置軸移動(dòng)到工件B系統(tǒng)停止分揀完成系統(tǒng)復(fù)位將工件放到指定位置程序代碼41.分揀啟動(dòng)程序