本书以“西门子杯”中国智能制造挑战赛工程实践项目为载体，按照“项目引领、任务驱动”的编写模式，将自动化生产线安装与调试所需的理论知识与实践技能分解到不同项目和任务中，旨在加强对学生综合技术应用能力和实践技能的培养。本书的主要内容包括自动化生产线系统认知、共性技术准备、主件供料单元的安装与调试、次品分拣单元的安装与调试、旋转工作单元的安装与调试、方向调整单元的安装与调试、产品组装单元的安装与调试、产品分拣单元的安装与调试、自动化生产线总体安装与调试、自动化生产线数字化仿真与虚拟调试，共10个项目，在各个项目中依次融入了机械、电气控制、液压与气动、传感器、PLC、HMI、工业网络应用、机器视觉、RFID、变频器等专业技术知识，本书中描述的彩色效果见电子课件。本书可作为应用型本科院校、高等职业院校自动化类及相关专业的教材，也可作为中国智能制造挑战赛及工业自动化技术的相关培训教材，还可作为相关工程技术人员的自学与参考用书。

黄贵川，男，中共党员，高级工程师，金砖国家技能发展与技术创新大赛技术委员会委员，西南交通大学机械工程硕士研究生，8年中央国有企业工作经验，作为主要完成人参与国家级科研项目3项和多项型号产品研制，主持省市级科研项目1项、校级项目及横向项目多项，授权专利9项以上，其中发明专利5项，发表核心期刊论文6篇，作为主要完成人获得中船重工重庆船舶工业公司科技成果二等奖，指导学生获2020年"西门子杯”中国智能制造挑战赛全国初赛特等奖和决赛二等奖，参加2021全国行业职业技能竞赛-工业大数据算法赛项重庆市选拔赛职工组第三名。

项目 1 自动化生产线系统认知 ............................................................................................. 1
知识准备 ............................................................................................................................ 1
任务实施 ............................................................................................................................ 4
任务 1.1 熟悉自动化生产线的组成及相应功能 ........................................................... 4
1.1.1 认识自动化生产线的各个工作单元 ............................................................. 6
1.1.2 熟悉自动化生产线的工艺流程 ..................................................................... 7
任务 1.2 了解自动化生产线的结构特点 ....................................................................... 8
项目测评 ............................................................................................................................ 9
思考练习及知识拓展 ........................................................................................................ 9
思政元素及职业素养元素 ................................................................................................ 9
项目 2 共性技术准备 ........................................................................................................... 10
知识准备 .......................................................................................................................... 10
任务实施 .......................................................................................................................... 10
任务 2.1 机械传动技术及其应用 ................................................................................ 10
2.1.1 熟悉带传动 .................................................................................................. 10
2.1.2 熟悉链传动 .................................................................................................. 13
2.1.3 熟悉滚珠丝杠 .............................................................................................. 14
2.1.4 熟悉直线导轨 .............................................................................................. 16
2.1.5 熟悉齿轮传动 .............................................................................................. 19
任务 2.2 西门子 S7-1200 PLC 编程及其应用 ............................................................. 21
2.2.1 S7-1200 PLC 介绍 ........................................................................................ 21
2.2.2 通过一个典型任务学习 S7-1200 PLC 编程及其应用 ............................... 22
任务 2.3 气压传动技术及其应用 ................................................................................ 26
2.3.1 气压传动系统认知 ...................................................................................... 26
2.3.2 空气压缩机认知 .......................................................................................... 27
2.3.3 气动执行元器件认知 .................................................................................. 28
2.3.4 气动控制元器件认知 .................................................................................. 29
2.3.5 气压传动系统的安装调试与使用维护 ....................................................... 31
任务 2.4 传感器认知及其应用 .................................................................................... 33
2.4.1 开关量传感器认知及其应用 ....................................................................... 33
2.4.2 数字量传感器认知及其应用 ....................................................................... 36
2.4.3 模拟量传感器认知及其应用 ....................................................................... 39
项目测评 ........................................................................................................................... 40
思考练习及知识拓展 ....................................................................................................... 40
思政元素及职业素养元素 ............................................................................................... 40
项目 3 主件供料单元的安装与调试 .................................................................................... 41
知识准备 ........................................................................................................................... 41
任务实施 ........................................................................................................................... 54
任务 3.1 主件供料单元的电气控制系统设计 ............................................................. 54
3.1.1 气动原理图设计 ........................................................................................... 54
3.1.2 PLC 的 I/O 分配 ........................................................................................... 55
3.1.3 电气原理图设计 ........................................................................................... 56
3.1.4 关键元器件选型 ........................................................................................... 56
任务 3.2 主件供料单元的机械零部件及 电气元器件安装与调试 ........................... 57
3.2.1 安装流程 ....................................................................................................... 57
3.2.2 机械零部件安装步骤 ................................................................................... 58
3.2.3 安装注意事项 ............................................................................................... 59
3.2.4 相应表格及记录 ........................................................................................... 60
任务 3.3 主件供料单元的电气接线及编程调试 ......................................................... 60
3.3.1 气路连接及初步手动调试 ........................................................................... 60
3.3.2 电气接线及校核 ........................................................................................... 62
3.3.3 编程与调试 ................................................................................................... 63
项目测评 ........................................................................................................................... 68
思考练习及知识拓展 ....................................................................................................... 70
思政元素及职业素养元素 ............................................................................................... 70
项目 4 次品分拣单元的安装与调试 .................................................................................... 71
知识准备 ........................................................................................................................... 71
任务实施 ........................................................................................................................... 78
任务 4.1 次品分拣单元的电气控制系统设计 ............................................................. 78
4.1.1 气动原理图设计 ........................................................................................... 79
4.1.2 PLC 的 I/O 分配 ........................................................................................... 79
4.1.3 电气原理图设计 ........................................................................................... 80
4.1.4 关键元器件选型 ........................................................................................... 81
任务 4.2 次品分拣单元的机械零部件及电气元器件安装与调试 ............................. 81
4.2.1 安装流程 ...................................................................................................... 81
4.2.2 机械零部件安装步骤 .................................................................................. 82
4.2.3 安装注意事项、相应表格及记录 ............................................................... 84
任务 4.3 次品分拣单元的电气接线及编程调试 ......................................................... 84
4.3.1 气路连接、电气接线及初步手动调试 ....................................................... 84
4.3.2 编程与调试 .................................................................................................. 84
项目测评 .......................................................................................................................... 88
思考练习及知识拓展 ...................................................................................................... 90
思政元素及职业素养元素 .............................................................................................. 90
项目 5 旋转工作单元的安装与调试 ................................................................................... 91
知识准备 .......................................................................................................................... 91
任务实施 ........................................................................................................................ 102
任务 5.1 旋转工作单元的电气控制系统设计 ........................................................... 102
5.1.1 气动原理图设计 ........................................................................................ 102
5.1.2 PLC 的 I/O 分配 ......................................................................................... 102
5.1.3 电气原理图设计 ........................................................................................ 103
5.1.4 关键元器件选型 ........................................................................................ 104
任务 5.2 旋转工作单元的机械零部件及电气元器件安装与调试 ........................... 104
5.2.1 安装流程 .................................................................................................... 104
5.2.2 机械零部件安装步骤 ................................................................................ 105
5.2.3 安装注意事项、相应表格及记录 ............................................................. 106
任务 5.3 旋转工作单元的电气接线及编程调试 ....................................................... 107
5.3.1 气路连接、电气接线及初步手动调试 ..................................................... 107
5.3.2 编程与调试 ................................................................................................ 107
项目测评 ......................................................................................................................... 113
思考练习及知识拓展 ..................................................................................................... 114
思政元素及职业素养元素 ............................................................................................. 114
项目 6 方向调整单元的安装与调试 .................................................................................. 115
知识准备 ......................................................................................................................... 115
任务实施 ........................................................................................................................ 139
任务 6.1 方向调整单元的电气控制系统设计 ........................................................... 139
6.1.1 气动原理图设计 ........................................................................................ 140
6.1.2 PLC 的 I/O 分配 ......................................................................................... 140
6.1.3 电气原理图设计 ......................................................................................... 141
6.1.4 关键元器件选型 ......................................................................................... 142
任务 6.2 方向调整单元的机械零部件及 电气元器件安装与调试 ......................... 142
6.2.1 安装流程 ..................................................................................................... 142
6.2.2 机械零部件安装步骤 ................................................................................. 143
6.2.3 安装注意事项、相应表格及记录 ............................................................. 144
任务 6.3 方向调整单元的电气接线及编程调试 ....................................................... 144
6.3.1 气路连接、电气接线及初步手动调试 ..................................................... 144
6.3.2 编程与调试 ................................................................................................. 145
项目测评 ......................................................................................................................... 150
思考练习及知识拓展 ..................................................................................................... 151
思政元素及职业素养元素 ............................................................................................. 151
项目 7 产品组装单元的安装与调试 .................................................................................. 153
知识准备 ......................................................................................................................... 153
任务实施 ......................................................................................................................... 160
任务 7.1 产品组装单元的电气控制系统设计 ........................................................... 160
7.1.1 气动原理图设计 ......................................................................................... 160
7.1.2 PLC 的 I/O 分配 ......................................................................................... 161
7.1.3 电气原理图设计 ......................................................................................... 162
7.1.4 关键元器件选型 ......................................................................................... 162
任务 7.2 产品组装单元的机械零部件及电气元器件安装与调试 ........................... 163
7.2.1 安装流程 ..................................................................................................... 163
7.2.2 机械零部件安装步骤 ................................................................................. 164
7.2.3 安装注意事项、相应表格及记录 ............................................................. 165
任务 7.3 产品组装单元的电气接线及编程调试 ....................................................... 165
7.3.1 气路连接、电气接线及初步手动调试 ..................................................... 165
7.3.2 编程与调试 ................................................................................................. 166
项目测评 ......................................................................................................................... 170
思考练习及知识拓展 ..................................................................................................... 172
思政元素及职业素养元素 ............................................................................................. 172
项目 8 产品分拣单元的安装与调试 .................................................................................. 173
知识准备 ......................................................................................................................... 173
任务实施 ......................................................................................................................... 176
任务 8.1 产品分拣单元的电气控制系统设计 ........................................................... 176
8.1.1 气动原理图设计 ........................................................................................ 176
8.1.2 PLC 的 I/O 分配 ......................................................................................... 176
8.1.3 电气原理图设计 ........................................................................................ 177
8.1.4 关键元器件选型 ........................................................................................ 177
任务 8.2 产品分拣单元的机械零部件及电气元器件安装与调试 ........................... 178
8.2.1 安装流程 .................................................................................................... 178
8.2.2 机械零部件安装步骤 ................................................................................ 179
8.2.3 安装注意事项、相应表格及记录 ............................................................. 180
任务 8.3 产品分拣单元的电气接线及编程调试 ....................................................... 180
8.3.1 气路连接、电气接线及初步手动调试 ..................................................... 180
8.3.2 编程与调试 ................................................................................................ 180
项目测评 ........................................................................................................................ 185
思考练习及知识拓展 .................................................................................................... 187
思政元素及职业素养元素 ............................................................................................ 187
项目 9 自动化生产线总体安装与调试 ............................................................................. 188
知识准备 ........................................................................................................................ 188
任务实施 ........................................................................................................................ 195
任务 9.1 自动化生产线总体安装 .............................................................................. 195
任务 9.2 自动化生产线编程与调试........................................................................... 196
9.2.1 绘制自动化生产线运行流程图 ................................................................. 196
9.2.2 系统构建及组态 ........................................................................................ 197
9.2.3 编程与调试 ................................................................................................ 198
项目测评 ........................................................................................................................ 198
思考练习及知识拓展 .................................................................................................... 198
思政元素及职业素养元素 ............................................................................................ 199
项目 10 自动化生产线数字化仿真与虚拟调试 ............................................................... 200
知识准备 ........................................................................................................................ 200
任务实施 ........................................................................................................................ 202
任务 10.1 使用 PLC 与仿真系统进行数字化仿真 ................................................... 202
10.1.1 熟悉智能制造数字化产线仿真系统的基本操作 ................................... 202
10.1.2 使用 PLC 与仿真系统进行虚拟调试 ..................................................... 205 任务
10.2 使用 NX MCD 进行虚拟调试 ................................................................... 207
10.2.1 导入模型 .................................................................................................. 208
10.2.2 定义刚体 .................................................................................................. 210
10.2.3 定义碰撞体 ............................................................................................... 215
10.2.4 添加运动副 ............................................................................................... 220
10.2.5 定义传感器 ............................................................................................... 225
10.2.6 定义执行机构 ........................................................................................... 230
10.2.7 建立信号连接 ........................................................................................... 232
10.2.8 外部信号、信号映射 ............................................................................... 236
10.2.9 定义物料流 ............................................................................................... 240
项目测评 ......................................................................................................................... 248
思考练习及知识拓展 ..................................................................................................... 248
思政元素及职业素养元素 ............................................................................................. 249
参考文献 ................................................................................................................................. 250