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项目1 指示灯点动控制 1任务1.1 工业控制系统调研 21.1.1 认识工业控制系统 21.1.2 PLC 51.1.3 工业组态软件 9任务1.2 S7-1200的安装和接线 131.2.1 S7-1200 PLC硬件 131.2.2 S7-1200的安装和拆卸 161.2.3 S7-1200接线 19任务1.3 博途V16的安装 221.3.1 博途软件 231.3.2 博途V16的安装要求和步骤 24任务1.4 指示灯点动控制程序设计 281.4.1 创建S7-1200项目 291.4.2 PLC程序设计 321.4.3 HMI组态 331.4.4 HMI设计 351.4.5 程序调试 36项目2 电动机运行控制 42任务2.1 电动机连续运行控制 432.1.1 S7-1200 PLC CPU的存储区 432.1.2 存储单元的数据访问 442.1.3 位逻辑运算指令 472.1.4 HMI的基本对象与元素 522.1.5 电动机连续运行控制程序设计 55任务2.2 电动机正/反转运行控制 652.2.1 三相异步电动机正/反转运行控制原理 662.2.2 互锁电路 672.2.3 计数器指令 682.2.4 电动机正/反转运行的控制程序设计 72任务2.3 电动机顺序启动控制 812.3.1 定时器指令 812.3.2 电动机顺序启动控制程序设计 86项目3 智能装配生产线——物料入库控制 94任务3.1 Y轴步进电机轴工艺对象组态 953.1.1 步进电机简介 953.1.2 步进电机驱动器简介 963.1.3 轴工艺对象组态 993.1.4 定位轴工艺对象的工具 1013.1.5 Y轴步进电机轴工艺对象组态与调试 103任务3.2 X轴伺服电机控制 1123.2.1 伺服电机简介 1133.2.2 伺服驱动器简介 1143.2.3 Motion Control工艺指令 1163.2.4 移动操作指令 1213.2.5 HMI的I/O域 1223.2.6 HMI的报警功能 1243.2.7 X轴伺服电机控制程序设计 125任务3.3 仓储位置手动校准设置 1353.3.1 SCL介绍 1363.3.2 S7-1200数据类型 1413.3.3 S7-1200用户程序 1433.3.4 HMI用户管理 1473.3.5 仓储位置手动校准设置程序设计 149任务3.4 物料入库流程控制 1583.4.1 气动元件 1593.4.2 数学函数指令 1603.4.3 比较指令 1623.4.4 HMI趋势视图 1643.4.5 物料入库流程控制程序设计 164项目4 智能装配生产线——MCGS组态设计 174任务4.1 MCGS嵌入版组态软件安装 1744.1.1 mcgsTpc嵌入式一体化触摸屏介绍 1754.1.2 MCGS嵌入版组态软件概述 1774.1.3 MCGS嵌入版组态软件的体系结构 1784.1.4 MCGS嵌入版组态软件的安装程序 180任务4.2 智能装配生产线监控画面设计 1844.2.1 新建工程 1854.2.2 构造实时数据库 1864.2.3 用户窗口组态概述 1894.2.4 工程画面设计 1914.2.5 定义动画连接 201任务4.3 智能装配生产线监控数据处理 2134.3.1 设备窗口组态 2144.3.2 脚本程序基本语句 2204.3.3 构造运行策略 2214.3.4 MCGS工程下载 227项目5 智能装配生产线——S7-1200通信实现 234任务5.1 S7-1200之间的S7通信 2355.1.1 S7-1200支持的通信 2355.1.2 S7通信指令 2385.1.3 程序设计 239任务5.2 S7-1200之间的TCP通信 2475.2.1 开放的以太网通信协议 2475.2.2 TCP通信指令 2495.2.3 TCP通信程序设计 2515.2.4 ISO-on-TCP通信程序设计 255任务5.3 S7-1200之间的UDP通信 2595.3.1 UDP通信协议 2605.2.2 UDP通信指令 2605.3.3 程序设计 261项目6 工业控制技术达人挑战 270任务6.1 智能装配生产线认知 2716.1.1 智能装配生产线介绍 2716.1.2 智能装配生产线主要部件 2746.1.3 智能装配生产线工作流程 2766.1.4 智能装配生产线运行注意事项 2766.1.5 智能装配生产线主要配件 2776.1.6 智能装配生产线编程实现 277任务6.2 基于工业控制技术的创新创业项目 2806.2.1 创新创业项目计划书编制要点 2806.2.2 创新创业路演技巧 2826.2.3 创新创业项目评审要点 283参考文献 288
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1.缘起党的二十大报告中提出“建设现代化产业体系。推动战略性新兴产业融合集群发展,构建新一代信息技术、人工智能、生物技术、新能源、新材料、高端装备、绿色环保等一批新的增长引擎。”工业互联网是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态,是IT(信息技术)和OT(操作技术)的全面融合与升级。工业互联网实现了工业生产过程中所有要素的泛在连接和整合,最终实现了制造业的数字化、网络化、智能化,帮助工业企业降低成本、节省能源、提高生产效率,因此被认为是第四次工业革命的重要基石。据有关报道,2022年一季度,我国规模以上工业增加值同比增长6.5%,工业互联网产业规模超过万亿元大关。从2018年到2022年,我国已经连续5年将“工业互联网”写入政府工作报告。2020年,人力资源和社会保障部、国家市场监督管理总局、国家统计局联合发布工业互联网工程技术人员新职业。2021年,教育部对职业教育本科和专科增设工业互联网新专业,对增加产业人才的有效供给、推动国家战略性新兴产业发展具有重要意义。工业互联网是一门综合性学科,其专业知识涉及计算机、通信、物联网、自动化等技术,注重多学科交叉、融合创新。目前,市面上工业互联网的相关教材很少。鉴于此,重庆电子工程职业学院联合中国工业互联网研究院、重庆市树德科技有限公司,按照“能力本位、学生主体、项目载体”的先进理念,总结近几年国家“双高计划”专业群建设、国家级高技能人才培训基地建设、工业互联网技术专业(原工业网络技术专业)建设的项目成果编写了本书,以使初学者能够尽快熟悉和掌握工业控制技术,并能独立完成一些简单项目的开发。2.内容本书基于工业互联网产业的典型工业控制技术应用,选择工业互联网预测性维护(中级)实训设备——智能装配生产线作为载体,并根据学生职业能力发展需要,融入了自主学习、信息处理、与人交流、团队合作、职业通用核心能力等内容。根据初学者的认知规律和职业成长规律确定本书的结构与内容,由易到难、由浅入深地安排技术和工程项目,并将全书内容划分为6个项目,分别是指示灯点动控制、电动机运行控制、智能装配生产线——物料入库控制、智能装配生产线——MCGS组态设计、智能装配生产线——S7-1200通信实现、工业控制技术达人挑战。其中,项目6注重训练学生的综合职业能力和创新应用能力。本书为每个项目安排了2~4个具体任务。项目以职业活动为导向,突出能力目标,注重课程思政,项目内容包括“职业能力”“引导案例”“任务描述”“任务单”“任务资讯”“任务计划”“任务实施”“任务检查与评价”“任务练习”几部分,有利于充分发挥学生的主体作用,实现项目教学。3.特点(1)本书是1+X“工业互联网预测性维护”职业技能等级证书(中级)的书证融通教材之一,为校企合作开发教材,衔接工业互联网专业教学标准,将1+X职业技能等级证书培训内容与工业互联网专业人才培养方案中的课程内容相结合,将专业目标(课程考试考核)和证书目标(证书能力评价)相结合,确保证书培训与专业教学的同步实施。本书和《工业数据采集技术》《工业互联网预测性维护》共同支撑1+X“工业互联网预测性维护”职业技能等级证书(中级)要求的全部内容,实现课程目标与证书要求的融合。本系列教材采用以综合职业能力培养为目标,以典型工作任务为载体的大项目形式,使学生能从工业传感器、工业网络、PLC控制、工业组态、工业数据采集、工业互联网平台、预测性维护等多方面系统性地掌握智能装配生产线,从而解决以往教材中项目多、关联性不大、系统性不强、教学效率低的问题。(2)本书描述的PLC和工业组态既有当前主流产品S7-1200控制器与博途软件,又有国产工业组态MCGS,兼顾了普适性和国产化。(3)本书为新型活页式教材,可针对不同学习需求,选择部分内容重点突破,以培养学生的个性化应用能力;同时在项目和任务中配有二维码,可由此获得新技术、新知识、新案例。本书同步开发了数字教学资源,可满足师生线上线下混合式教学要求。(4)本书将理论和实践一体化,注重技术的实际应用和项目实施。本书将PLC控制技术和工业组态技术融入同一个项目或任务中,通过案例引入、控制程序编程、工业组态设计、设备仿真、系统调试,确保学生能够完全掌握整个项目或任务,并有效解决实训设备不足的问题,突出实践应用能力的培养。在理论学习方面,本书强调应用知识,并将其全部解构到每个项目的“任务资讯”中,易学易用。4.对象本书可作为高职院校、应用型本科院校工业互联网相关专业(方向)的教学用书、企业员工的培训用书、工业互联网技术爱好者的自学用书,也可作为行业从业人士的业务参考书。针对不同院校、专业的培养目标设置的课程定位差异,编者建议工业互联网相关专业学生掌握本书全部内容,安排64学时;装备制造大类和电子信息大类的其余相关专业学生根据需要选取相关项目/任务,适当调整学时数。5.致谢在本书的编写过程中,编写团队参考了西门子和昆仑技创的产品资料、大量的网络资源与技术资料,以及工业控制技术方面的资料,在此一并表示感谢。同时感谢田茂钧、邹术桃等工业物联网工坊学员对本书编写做出的贡献(参与了资料收集、程序调试工作)。工业互联网专业是一个新兴专业,本书综合PLC控制和工业组态两个方向,涵盖S7-1200控制器和国产工业组态MCGS,涉及大学生创新创业等多方面内容。由于编者水平有限,书中难免有疏漏和不当之处,恳请广大读者批评指正。
编 者 2022年8月
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