本書以“西門子杯”中國智能制造挑戰賽工程實踐項目為載體，按照“項目引領、任務驅動”的編寫模式，將自動化生產線安裝與調試所需的理論知識與實踐技能分解到不同項目和任務中，旨在加強對學生綜合技術應用能力和實踐技能的培養。本書的主要內容包括自動化生產線系統認知、共性技術準備、主件供料單元的安裝與調試、次品分揀單元的安裝與調試、旋轉工作單元的安裝與調試、方向調整單元的安裝與調試、產品組裝單元的安裝與調試、產品分揀單元的安裝與調試、自動化生產線總體安裝與調試、自動化生產線數字化仿真與虛擬調試，共10個項目，在各個項目中依次融入了機械、電氣控制、液壓與氣動、傳感器、PLC、HMI、工業網絡應用、機器視覺、RFID、變頻器等專業技術知識，本書中描述的彩色效果見電子課件。本書可作為應用型本科院校、高等職業院校自動化類及相關專業的教材，也可作為中國智能制造挑戰賽及工業自動化技術的相關培訓教材，還可作為相關工程技術人員的自學與參考用書。
黃貴川，男，中共黨員，高級工程師，金磚國家技能發展與技術創新大賽技術委員會委員，西南交通大學機械工程碩士研究生，8年中央國有企業工作經驗，作為主要完成人參與國家級科研項目3項和多項型號產品研制，主持省市級科研項目1項、校級項目及橫向項目多項，授權專利9項以上，其中發明專利5項，發表核心期刊論文6篇，作為主要完成人獲得中船重工重慶船舶工業公司科技成果二等獎，指導學生獲2020年"西門子杯”中國智能制造挑戰賽全國初賽特等獎和決賽二等獎，參加2021全國行業職業技能競賽-工業大數據算法賽項重慶市選拔賽職工組第三名。
項目 1 自動化生產線系統認知 ............................................................................................. 1
知識準備 ............................................................................................................................ 1
任務實施 ............................................................................................................................ 4
任務 1.1 熟悉自動化生產線的組成及相應功能 ........................................................... 4
1.1.1 認識自動化生產線的各個工作單元 ............................................................. 6
1.1.2 熟悉自動化生產線的工藝流程 ..................................................................... 7
任務 1.2 了解自動化生產線的結構特點 ....................................................................... 8
項目測評 ............................................................................................................................ 9
思考練習及知識拓展 ........................................................................................................ 9
思政元素及職業素養元素 ................................................................................................ 9
項目 2 共性技術準備 ........................................................................................................... 10
知識準備 .......................................................................................................................... 10
任務實施 .......................................................................................................................... 10
任務 2.1 機械傳動技術及其應用 ................................................................................ 10
2.1.1 熟悉帶傳動 .................................................................................................. 10
2.1.2 熟悉鏈傳動 .................................................................................................. 13
2.1.3 熟悉滾珠絲杠 .............................................................................................. 14
2.1.4 熟悉直線導軌 .............................................................................................. 16
2.1.5 熟悉齒輪傳動 .............................................................................................. 19
任務 2.2 西門子 S7-1200 PLC 編程及其應用 ............................................................. 21
2.2.1 S7-1200 PLC 介紹 ........................................................................................ 21
2.2.2 通過一個典型任務學習 S7-1200 PLC 編程及其應用 ............................... 22
任務 2.3 氣壓傳動技術及其應用 ................................................................................ 26
2.3.1 氣壓傳動系統認知 ...................................................................................... 26
2.3.2 空氣壓縮機認知 .......................................................................................... 27
2.3.3 氣動執行元器件認知 .................................................................................. 28
2.3.4 氣動控制元器件認知 .................................................................................. 29
2.3.5 氣壓傳動系統的安裝調試與使用維護 ....................................................... 31
任務 2.4 傳感器認知及其應用 .................................................................................... 33
2.4.1 開關量傳感器認知及其應用 ....................................................................... 33
2.4.2 數字量傳感器認知及其應用 ....................................................................... 36
2.4.3 模擬量傳感器認知及其應用 ....................................................................... 39
項目測評 ........................................................................................................................... 40
思考練習及知識拓展 ....................................................................................................... 40
思政元素及職業素養元素 ............................................................................................... 40
項目 3 主件供料單元的安裝與調試 .................................................................................... 41
知識準備 ........................................................................................................................... 41
任務實施 ........................................................................................................................... 54
任務 3.1 主件供料單元的電氣控制系統設計 ............................................................. 54
3.1.1 氣動原理圖設計 ........................................................................................... 54
3.1.2 PLC 的 I/O 分配 ........................................................................................... 55
3.1.3 電氣原理圖設計 ........................................................................................... 56
3.1.4 關鍵元器件選型 ........................................................................................... 56
任務 3.2 主件供料單元的機械零部件及 電氣元器件安裝與調試 ........................... 57
3.2.1 安裝流程 ....................................................................................................... 57
3.2.2 機械零部件安裝步驟 ................................................................................... 58
3.2.3 安裝注意事項 ............................................................................................... 59
3.2.4 相應表格及記錄 ........................................................................................... 60
任務 3.3 主件供料單元的電氣接線及編程調試 ......................................................... 60
3.3.1 氣路連接及初步手動調試 ........................................................................... 60
3.3.2 電氣接線及校核 ........................................................................................... 62
3.3.3 編程與調試 ................................................................................................... 63
項目測評 ........................................................................................................................... 68
思考練習及知識拓展 ....................................................................................................... 70
思政元素及職業素養元素 ............................................................................................... 70
項目 4 次品分揀單元的安裝與調試 .................................................................................... 71
知識準備 ........................................................................................................................... 71
任務實施 ........................................................................................................................... 78
任務 4.1 次品分揀單元的電氣控制系統設計 ............................................................. 78
4.1.1 氣動原理圖設計 ........................................................................................... 79
4.1.2 PLC 的 I/O 分配 ........................................................................................... 79
4.1.3 電氣原理圖設計 ........................................................................................... 80
4.1.4 關鍵元器件選型 ........................................................................................... 81
任務 4.2 次品分揀單元的機械零部件及電氣元器件安裝與調試 ............................. 81
4.2.1 安裝流程 ...................................................................................................... 81
4.2.2 機械零部件安裝步驟 .................................................................................. 82
4.2.3 安裝注意事項、相應表格及記錄 ............................................................... 84
任務 4.3 次品分揀單元的電氣接線及編程調試 ......................................................... 84
4.3.1 氣路連接、電氣接線及初步手動調試 ....................................................... 84
4.3.2 編程與調試 .................................................................................................. 84
項目測評 .......................................................................................................................... 88
思考練習及知識拓展 ...................................................................................................... 90
思政元素及職業素養元素 .............................................................................................. 90
項目 5 旋轉工作單元的安裝與調試 ................................................................................... 91
知識準備 .......................................................................................................................... 91
任務實施 ........................................................................................................................ 102
任務 5.1 旋轉工作單元的電氣控制系統設計 ........................................................... 102
5.1.1 氣動原理圖設計 ........................................................................................ 102
5.1.2 PLC 的 I/O 分配 ......................................................................................... 102
5.1.3 電氣原理圖設計 ........................................................................................ 103
5.1.4 關鍵元器件選型 ........................................................................................ 104
任務 5.2 旋轉工作單元的機械零部件及電氣元器件安裝與調試 ........................... 104
5.2.1 安裝流程 .................................................................................................... 104
5.2.2 機械零部件安裝步驟 ................................................................................ 105
5.2.3 安裝注意事項、相應表格及記錄 ............................................................. 106
任務 5.3 旋轉工作單元的電氣接線及編程調試 ....................................................... 107
5.3.1 氣路連接、電氣接線及初步手動調試 ..................................................... 107
5.3.2 編程與調試 ................................................................................................ 107
項目測評 ......................................................................................................................... 113
思考練習及知識拓展 ..................................................................................................... 114
思政元素及職業素養元素 ............................................................................................. 114
項目 6 方向調整單元的安裝與調試 .................................................................................. 115
知識準備 ......................................................................................................................... 115
任務實施 ........................................................................................................................ 139
任務 6.1 方向調整單元的電氣控制系統設計 ........................................................... 139
6.1.1 氣動原理圖設計 ........................................................................................ 140
6.1.2 PLC 的 I/O 分配 ......................................................................................... 140
6.1.3 電氣原理圖設計 ......................................................................................... 141
6.1.4 關鍵元器件選型 ......................................................................................... 142
任務 6.2 方向調整單元的機械零部件及 電氣元器件安裝與調試 ......................... 142
6.2.1 安裝流程 ..................................................................................................... 142
6.2.2 機械零部件安裝步驟 ................................................................................. 143
6.2.3 安裝注意事項、相應表格及記錄 ............................................................. 144
任務 6.3 方向調整單元的電氣接線及編程調試 ....................................................... 144
6.3.1 氣路連接、電氣接線及初步手動調試 ..................................................... 144
6.3.2 編程與調試 ................................................................................................. 145
項目測評 ......................................................................................................................... 150
思考練習及知識拓展 ..................................................................................................... 151
思政元素及職業素養元素 ............................................................................................. 151
項目 7 產品組裝單元的安裝與調試 .................................................................................. 153
知識準備 ......................................................................................................................... 153
任務實施 ......................................................................................................................... 160
任務 7.1 產品組裝單元的電氣控制系統設計 ........................................................... 160
7.1.1 氣動原理圖設計 ......................................................................................... 160
7.1.2 PLC 的 I/O 分配 ......................................................................................... 161
7.1.3 電氣原理圖設計 ......................................................................................... 162
7.1.4 關鍵元器件選型 ......................................................................................... 162
任務 7.2 產品組裝單元的機械零部件及電氣元器件安裝與調試 ........................... 163
7.2.1 安裝流程 ..................................................................................................... 163
7.2.2 機械零部件安裝步驟 ................................................................................. 164
7.2.3 安裝注意事項、相應表格及記錄 ............................................................. 165
任務 7.3 產品組裝單元的電氣接線及編程調試 ....................................................... 165
7.3.1 氣路連接、電氣接線及初步手動調試 ..................................................... 165
7.3.2 編程與調試 ................................................................................................. 166
項目測評 ......................................................................................................................... 170
思考練習及知識拓展 ..................................................................................................... 172
思政元素及職業素養元素 ............................................................................................. 172
項目 8 產品分揀單元的安裝與調試 .................................................................................. 173
知識準備 ......................................................................................................................... 173
任務實施 ......................................................................................................................... 176
任務 8.1 產品分揀單元的電氣控制系統設計 ........................................................... 176
8.1.1 氣動原理圖設計 ........................................................................................ 176
8.1.2 PLC 的 I/O 分配 ......................................................................................... 176
8.1.3 電氣原理圖設計 ........................................................................................ 177
8.1.4 關鍵元器件選型 ........................................................................................ 177
任務 8.2 產品分揀單元的機械零部件及電氣元器件安裝與調試 ........................... 178
8.2.1 安裝流程 .................................................................................................... 178
8.2.2 機械零部件安裝步驟 ................................................................................ 179
8.2.3 安裝注意事項、相應表格及記錄 ............................................................. 180
任務 8.3 產品分揀單元的電氣接線及編程調試 ....................................................... 180
8.3.1 氣路連接、電氣接線及初步手動調試 ..................................................... 180
8.3.2 編程與調試 ................................................................................................ 180
項目測評 ........................................................................................................................ 185
思考練習及知識拓展 .................................................................................................... 187
思政元素及職業素養元素 ............................................................................................ 187
項目 9 自動化生產線總體安裝與調試 ............................................................................. 188
知識準備 ........................................................................................................................ 188
任務實施 ........................................................................................................................ 195
任務 9.1 自動化生產線總體安裝 .............................................................................. 195
任務 9.2 自動化生產線編程與調試........................................................................... 196
9.2.1 繪制自動化生產線運行流程圖 ................................................................. 196
9.2.2 系統構建及組態 ........................................................................................ 197
9.2.3 編程與調試 ................................................................................................ 198
項目測評 ........................................................................................................................ 198
思考練習及知識拓展 .................................................................................................... 198
思政元素及職業素養元素 ............................................................................................ 199
項目 10 自動化生產線數字化仿真與虛擬調試 ............................................................... 200
知識準備 ........................................................................................................................ 200
任務實施 ........................................................................................................................ 202
任務 10.1 使用 PLC 與仿真系統進行數字化仿真 ................................................... 202
10.1.1 熟悉智能制造數字化產線仿真系統的基本操作 ................................... 202
10.1.2 使用 PLC 與仿真系統進行虛擬調試 ..................................................... 205 任務
10.2 使用 NX MCD 進行虛擬調試 ................................................................... 207
10.2.1 導入模型 .................................................................................................. 208
10.2.2 定義剛體 .................................................................................................. 210
10.2.3 定義碰撞體 ............................................................................................... 215
10.2.4 添加運動副 ............................................................................................... 220
10.2.5 定義傳感器 ............................................................................................... 225
10.2.6 定義執行機構 ........................................................................................... 230
10.2.7 建立信號連接 ........................................................................................... 232
10.2.8 外部信號、信號映射 ............................................................................... 236
10.2.9 定義物料流 ............................................................................................... 240
項目測評 ......................................................................................................................... 248
思考練習及知識拓展 ..................................................................................................... 248
思政元素及職業素養元素 ............................................................................................. 249
參考文獻 ................................................................................................................................. 250
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