2017年“西门子杯”中国智能制造挑战赛

（原全国大学生工业自动化挑战赛）

运动系统设计开发赛项设备说明

运动控制技术是自动化技术与电气拖动技术的融合，它综合了微电子技术、计算机技术、检测技术、自动化技术以及伺服控制技术等学科的最新成果，现已广泛应用于国民经济的各个行业，并起着重要作用。

多功能运动控制实训平台是典型的运动控制技术应用的实例。其源自对工业领域典型生产加工过程的抽象提取，可提供圆盘同步、直线同步和圆盘式飞剪及物料卷绕等被控对象组成，以满足不同类别不同难度的教学及实训需求。

图1-1 圆盘同步对象效果图

1.1 系统组成

本设备主要由主机架、控制系统电控箱、人机交互面板以及受控对象组等几部分组成。接下来，将对各组成部分进行详细介绍。

图1-2 初赛设备组成部分

1.1.1 主机架

主机架部分尺寸为：长1220mm x 宽820mm x 高820mm，重量约为80KG。

1.1.2 电控箱

初赛比赛所使用的设备中，共有两种采用不同通讯方式进行CPU与CU间通讯的设备存在，分别为PROFINET通讯方式和PROFIBUS通讯方式。参赛选手务必注意确认比赛时所用设备的通讯方式，采用适合所用设备通讯方式的方法进行设备调试。控制系统主要设备清单如下表所示：

序号	名称	规格/型号	数量
1	CPU 315T-3 PN/DP	6ES7315-7TJ10-0AB0	1
2	接口模块 IM174	6ES7174-0AA10-0AA0	1
3	控制单元 CU320-2 PN	6SL3040-1MA01-0AA0	1
4	CF卡	6SL3054-0EG00-1BA0	1
5	整流单元 SLM	6SL3130-6AE15-0AB1	1
6	单轴电机模块	6SL3120-1TE13-0AA3	1
7	双轴电机模块	6SL3120-2TE13-0AA3	1
8	伺服电机	1FK7022-5AK71-1PA3	2

表 1-1 采用PROFINET通讯的运动控制系统主要设备清单

序号	名称	规格/型号	数量
1	CPU 315T-3 PN/DP	6ES7315-7TJ10-0AB0	1
2	接口模块 IM174	6ES7174-0AA10-0AA0	1
3	控制单元 CU320-2 DP	6SL3040-1MA00-0AA0	1
4	CF卡	6SL3054-0EG00-1BA0	1
5	整流单元 SLM	6SL3130-6AE15-0AB1	1
6	单轴电机模块	6SL3120-1TE13-0AA3	1
7	双轴电机模块	6SL3120-2TE13-0AA3	1
8	伺服电机	1FK7022-5AK71-1PA3	2

表 1-2 采用PROFIBUS通讯的运动控制系统主要设备清单

输入/输出信号清单

初赛比赛所使用的设备中，共有两种采用不同接线方式的输入/输出设备存在。参赛选手务必注意确认比赛时所用设备的输入/输出接线方式，从相应的通道读取和控制输入/输出信号。输入/输出信号清单如下表所示：

序号	信号名称	信号来源	连接位置
1	开关输入DI0	人机交互面板开关DI0	+CU-X122:1
2	开关输入DI1	人机交互面板开关DI1	+CU-X122:2
3	开关输入DI2	人机交互面板开关DI2	+CU-X122:3
4	开关输入DI3	人机交互面板开关DI3	+CU-X122:4
5	开关输入DI4	人机交互面板开关DI4	+CU-X132:1
6	开关输入DI5	人机交互面板开关DI5	+CU-X132:2
7	开关输入DI6	人机交互面板开关DI6	+CU-X132:3
8	开关输入DI7	人机交互面板开关DI7	+CU-X132:4
9	开关输入DIO8	人机交互面板开关DIO8	+CU-X122:9
10	开关输入DIO9	人机交互面板开关DIO9	+CU-X122:10
11	开关输入DIO10	人机交互面板开关DIO10	+CU-X122:12
12	开关输入DIO11	人机交互面板开关DIO11	+CU-X122:13
13	开关输入DIO12	人机交互面板开关DIO12	+CU-X132:9
14	开关输入DIO13	人机交互面板开关DIO13	+CU-X132:10
15	开关输入DIO14	人机交互面板开关DIO14	+CU-X132:12
16	开关输入DIO15	人机交互面板开关DIO15	+CU-X132:13

表 1-3采用PROFINET通讯的设备输入/输出信号清单

序号	信号名称	信号来源	连接位置
1	开关输入DI0	人机交互面板开关DI0	+CU-X122:1
2	开关输入DI1	人机交互面板开关DI1	+CU-X122:2
3	开关输入DI2	人机交互面板开关DI2	+CU-X122:3
4	开关输入DI3	人机交互面板开关DI3	+CU-X122:4
5	开关输入DI4	人机交互面板开关DI4	+CU-X132:1
6	开关输入DI5	人机交互面板开关DI5	+CU-X132:2
7	开关输入DI6	人机交互面板开关DI6	+CU-X132:3
8	开关输入DI7	人机交互面板开关DI7	+CU-X132:4
9	开关输入DIO12	人机交互面板开关DIO12	+CU-X122:9
10	开关输入DIO13	人机交互面板开关DIO13	+CU-X122:10
11	开关输入DIO14	人机交互面板开关DIO14	+CU-X132:12
12	开关输入DIO15	人机交互面板开关DIO15	+CU-X132:13
13	开关输入DI16	人机交互面板开关DI16	+CU-X122:5
14	开关输入DI17	人机交互面板开关DI17	+CU-X122:6
15	开关输入DI20	人机交互面板开关DI20	+CU-X132:5
16	开关输入DI21	人机交互面板开关DI21	+CU-X132:6

表 1-4采用PROFIBUS通讯的设备输入/输出信号清单

1.1.3 人机交互面板

人机交互面板装有1块西门子KTP 700 BASIC PN（产品订货号：6AV2123-2GB03-0AX0）操作屏，可以通过以太网线实现与CPU 315T-3 PN/DP或控制单元CU320-2 PN进行连接。在操作屏右侧装有20个双位置开关，其中的16个开关接入至控制单CU320-2 （PN/DP），4个开关接入至电压配电系统的端子排中。

1.1.4 受控对象组

目前，初赛设备的受控对象为圆盘同步对象。

主要组成部分及规格参数可参考下面表格中的内容：

序号	部件名称/参数名称	部件规格/参数	数量
1	带刻度圆盘（小）	直径 = 118mm	1
2	带刻度圆盘（大）	直径 = 180mm	1
3	伺服电机	额定转速 = 6000RPM	2
4	减速箱	减速比 = 50:1	2

表1-5 圆盘同步对象主要组成部分及规格参数

2 系统连线

系统正常使用前，应将各种外部连线进行可靠连接。系统连线可参照下图示意：

图 2-1 系统连线示意图-1

图 2-2 系统连线示意图-2

3 系统通电

步骤	操作
1	将电控箱电源线连接至220VAC电源。
2	将主令开关由“OFF”位置，顺时针旋转至“ON”位置。
3	将急停按钮由“按下”位置，顺时针旋转复位至“抬起”位置。
4	将PS307电源的开关由“关闭”位置，向上拨动至“打开”位置。此时，PS307电源上的DC 24V指示灯应为绿色常亮状态。

4 整流模块通电

当系统断电时，整流模块进线回路将会自动断开，当系统重新通电后，此回路也不会自动接通。同时，出于安全防护的角度考虑，本套多功能运动控制实训平台还专门设有一组安全光栅来保证操作安全。当有物体进入到安全光栅扫描范围内时，安全光栅将发送信号至驱动系统。当驱动系统采集到安全光栅发送的信号后，将会自动切断系统中整流模块进线回路，使得电机无法启动或立即停止，从而达到防止发生人身或机械伤害的目的。所以，当系统通电或触发安全光栅保护机制时，都需要单独对整流模块进行通电操作。