自動線安裝與調(diào)試競賽樣題

1、樣題自動線裝配與調(diào)試任務(wù)書一、競賽設(shè)備及工藝過程描述YL-335B自動化生產(chǎn)線由供料及加工、裝配、分揀和輸送等4個工作站組成，各工作站均設(shè)置一臺PLC承擔(dān)其控制任務(wù)，各PLC之間通過RS485串行通信的方式實現(xiàn)互連，構(gòu)成分布式的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主令工作信號由連接到輸送站PLC的觸摸屏人機界面提供，整個系統(tǒng)的主要工作狀態(tài)除了在人機界面上顯示外，尚須由安裝在裝配單元的警示燈顯示上電復(fù)位、啟動、停止、報警等狀態(tài)。自動生產(chǎn)線的工作目標(biāo)是：通過輸送站的機械手裝置，將供料站中供料單元料倉內(nèi)的工件送往加工單元的物料臺進(jìn)行沖壓加工；加工完成后，把加工好的工件送往裝配單元的裝配臺，然后把裝配單元料倉內(nèi)的白色和黑色

2、兩種不同顏色的小園柱零件嵌入到裝配臺上的工件中；完成裝配后的成品送往分揀單元分揀輸出。已完成加工和裝配工作的工件如圖1所示。圖1 已完成加工和裝配工作的工件二、需要完成的工作任務(wù)(一)自動生產(chǎn)線設(shè)備部件安裝完成YL-335B自動生產(chǎn)線的供料、加工、裝配、分揀單元和輸送單元的部分裝配工作，并把這些工作單元安裝在YL-335B的工作桌面上。1、YL-335B自動生產(chǎn)線各工作單元裝置部分的安裝位置如圖2所示。圖中，長度單位為毫米。310430350560分揀單元圖2 YL-335B自動生產(chǎn)線設(shè)備俯視圖2、各工作單元裝置側(cè)部分的裝配要求如下： 裝配單元裝置側(cè)部分的裝配工作已經(jīng)完成。 完成供料、加工、分

3、揀和輸送單元裝置側(cè)的安裝和調(diào)整以及工作單元在工作臺面上定位。上述各工作單元裝置裝配完成后的外觀圖（或效果圖）分別如圖3圖7所示。圖3 供料單元的主要結(jié)構(gòu)組成頂料氣缸推料氣缸電磁閥組底板金屬物料檢測傳感器出料臺擋塊接線端口物料不足檢測傳感器物料沒有檢測傳感器管形料倉工件出料檢測傳感器b)正視圖a)左視圖加工臺伸縮氣缸加工臺支座氣動手指沖壓氣缸接線端口光電傳感器沖壓氣缸支撐架工件夾緊器電磁閥組直線導(dǎo)軌圖4 加工單元裝置側(cè)外觀圖分揀氣缸1分揀氣缸2分揀氣缸1傳送帶驅(qū)動電機電感傳感器光纖傳感器2導(dǎo)向器及光纖傳感器1旋轉(zhuǎn)編碼器圖5 分揀單元機械安裝效果圖抓取機械手裝置直線運動機構(gòu)工作臺原點開關(guān)右極限開關(guān)

4、拖鏈電磁閥組伺服電機伺服電機驅(qū)動器圖6 輸送單元裝置側(cè)部分外觀圖同步帶底板大溜板升降氣缸導(dǎo)軌滑塊氣動手指直線導(dǎo)軌擺動氣缸手臂伸縮氣缸主動同步輪從動同步輪伺服電機及支架圖7 直線運動傳動組件和抓取機械手裝置組裝圖圖8 抓取機械手裝置及驅(qū)動裝置的裝配效果圖(二)氣路連接及調(diào)整1、按照圖9圖12所示的供料、加工、分揀和輸送單元氣動系統(tǒng)圖完成各工作單元的氣路連接，并調(diào)整氣路，確保各氣缸運行順暢和平穩(wěn)。匯流板氣源頂料氣缸頂料氣缸圖9 供料單元氣動控制回路工作原理圖圖10 加工單元氣動控制回路工作原理圖氣源匯流板分揀氣缸3分揀氣缸2分揀氣缸1圖11 分揀單元氣動控制回路工作原理圖提升臺氣缸手指氣缸擺動氣缸

5、手臂伸出氣缸圖12 輸送單元氣動控制回路原理圖2、接通氣源后檢查各單元氣缸初始位置是否符合下列要求，如不符合請適當(dāng)調(diào)整。其中裝配站的擋料氣缸處于伸出狀態(tài)，頂料氣缸處于縮回狀態(tài)。裝配機械手的升降氣缸處于提升狀態(tài)，伸縮氣缸處于縮回狀態(tài)，氣爪處于松開狀態(tài)。其余各工作單元氣缸初始位置請按圖9圖12中各單元氣動控制回路原理圖的連接要求確定。3、完成氣路調(diào)整，確保各氣缸運行順暢和平穩(wěn)。(三)電路設(shè)計和電路連接1、裝配單元的電氣接線已經(jīng)完成，請根據(jù)實際接線確定PLC的I/O分配，作為程序編制的依據(jù)。2、供料和加工單元合用一組PLC主機+數(shù)字量擴展模塊的控制器。其中，采用西門子S7-200系列時，PLC CP

6、U模塊為S7-224，數(shù)字量擴展模塊為EM 223（8 點輸入，24V DC，8 點繼電器輸出）；采用三菱FX系列時，PLC CPU模塊為FX2n-32MR，數(shù)字量擴展模塊為FX0N-8ER(4點輸入，24V DC；4點繼電器輸出)。供料-加工單元所使用的電路器件已經(jīng)安裝在抽屜上，示意圖見圖13（圖中只給出S7-200系列PLC的情況，使用FX系列PLC時可類推）。加工單元PLC側(cè)接線端口開關(guān)穩(wěn)壓電源供料單元PLC側(cè)接線端口按鈕、指示燈模塊數(shù)字量擴展模塊PLC主單元圖13 供料-加工單元電路器件布置請根據(jù)所提供電路器件和系統(tǒng)運行要求確定供料-加工站的PLC控制單元的I/O，并據(jù)此連接電路。3、

7、設(shè)計分揀單元的電氣控制電路，并根據(jù)所設(shè)計的電路圖安裝和連接電路。電路圖應(yīng)包括PLC的I/O端子分配和變頻器主電路及控制電路。電路連接完成后應(yīng)根據(jù)運行要求設(shè)定變頻器有關(guān)參數(shù)（其中要求斜坡下降時間或減速時間參數(shù)不小于0.8S），變頻器參數(shù)應(yīng)記錄在所提供的電路圖上。4、設(shè)計輸送單元的電氣控制電路，并根據(jù)所設(shè)計的電路圖安裝和連接電路；電路圖應(yīng)包括PLC的I/O端子分配、伺服電機及其驅(qū)動器控制電路。電路連接完成后應(yīng)根據(jù)運行要求設(shè)定伺服電機驅(qū)動器有關(guān)參數(shù)，參數(shù)應(yīng)以表格形式記錄在所提供的電路圖上。(四)各站PLC網(wǎng)絡(luò)連接對不同廠家PLC的系統(tǒng)，所指定的網(wǎng)絡(luò)通信方式如下： 采用西門子S7-200系列時，指定為

8、PPI方式，并指定輸送單元作為系統(tǒng)主站。 采用三菱FX系列時，指定為N:N方式，并指定輸送單元作為系統(tǒng)主站。系統(tǒng)主令工作信號主要由觸摸屏人機界面提供。安裝在裝配單元上的警示燈應(yīng)能顯示整個系統(tǒng)的主要工作狀態(tài)，例如復(fù)位、啟動、停止、報警等。(五)連接觸摸屏并組態(tài)用戶界面觸摸屏應(yīng)連接到系統(tǒng)中主站PLC的相應(yīng)接口。在TPC7062KS人機界面上組態(tài)畫面，要求用戶窗口包括歡迎界面、輸送站測試界面和主界面三個窗口。1、歡迎界面是啟動界面，觸摸屏上電后運行，歡迎界面屏幕上方的標(biāo)題文字向左循環(huán)移動，循環(huán)周期約14秒，當(dāng)觸摸歡迎界面上任意部位時，都將切換到輸送站測試界面。歡迎界面如圖14所示，其中的位圖文件存放

9、在個人計算機的“桌面技術(shù)文檔”文件夾中。圖8 歡迎界面當(dāng)觸摸歡迎界面上任意部位時，都將切換到輸送站測試界面。2、輸送站測試界面應(yīng)按照下列功能要求自行設(shè)計： 輸送站測試包括抓取機械手裝置單項動作測試和直線運動機構(gòu)驅(qū)動測試。測試界面應(yīng)能實現(xiàn)兩項測試內(nèi)容的切換。 使用界面中的開關(guān)、按鈕等元件，提供抓取機械手裝置單項動作測試的主令信號。單項動作測試包括：升降氣缸的提升/下降；手臂伸縮氣缸的伸出/縮回；氣動手指的夾緊/松開；擺動氣缸的左旋/右旋。 使用界面中的指示燈元件，顯示測試時各氣缸的工作狀態(tài)。 使用界面中的選擇開關(guān)元件，提供直線運動機構(gòu)驅(qū)動測試時運行速度的檔次信號。界面上應(yīng)能顯示當(dāng)前抓取機械手沿直

10、線導(dǎo)軌運動的方向和速度數(shù)值。 測試界面應(yīng)提供切換到主界面的按鈕，在單站測試完成條件下，可切換到主窗口界面。3、主界面應(yīng)按照下列功能要求自行設(shè)計：提供系統(tǒng)工作方式（單站/全線）選擇信號和系統(tǒng)復(fù)位、啟動和停止信號。在人機界面上設(shè)定分揀單元變頻器的運行頻率偏移值，即以30Hz為運行基準(zhǔn)頻率，頻率可偏移范圍05Hz。在人機界面上顯示分揀單元變頻器的實際輸出電流。在人機界面上動態(tài)顯示輸送單元機械手裝置當(dāng)前位置（以原點位置為參考點，度量單位為毫米）。指示網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)（正常、故障）。指示各工作單元的運行、故障狀態(tài)。其中故障狀態(tài)包括：供料單元的供料不足狀態(tài)和缺料狀態(tài)。裝配單元的供料不足狀態(tài)和缺料狀態(tài)。輸送單

11、元抓取機械手裝置越程故障（左或右極限開關(guān)動作）。顯示系統(tǒng)在聯(lián)機運行時，裝配單元裝配不到位的次數(shù)，并且當(dāng)10次裝配中，不到位次數(shù)達(dá)50%時，人機界面能發(fā)出聲光報警。 (六)程序編制及調(diào)試系統(tǒng)的工作模式分為單站工作和全線運行模式。從單站工作模式切換到全線運行方式的條件是：各工作站均處于停止?fàn)顟B(tài)，各站的按鈕/指示燈模塊上的工作方式選擇開關(guān)置于全線模式，此時若人機界面中選擇開關(guān)切換到全線運行模式，系統(tǒng)進(jìn)入全線運行狀態(tài)。要從全線運行方式切換到單站工作模式，僅限當(dāng)前工作周期完成后人機界面中選擇開關(guān)切換到單站運行模式才有效。在全線運行方式下，各工作站僅通過網(wǎng)絡(luò)接受來自人機界面的主令信號，除輸送站按鈕外，所有

12、本地主令信號無效。1、單站運行模式測試單站運行模式下，各單元工作的主令信號和工作狀態(tài)顯示信號來自其PLC旁邊的按鈕/指示燈模塊。并且，按鈕/指示燈模塊上的工作方式選擇開關(guān)SA應(yīng)置于“單站方式”位置。各站的具體控制要求為： 供料-加工站單站運行工作要求 設(shè)備上電和氣源接通后，若工作站各個氣缸滿足初始位置要求，且供料料倉內(nèi)有足夠的待加工工件，則“正常工作”指示燈HL1常亮，表示設(shè)備準(zhǔn)備好。否則，該指示燈以1Hz 頻率閃爍。 若設(shè)備準(zhǔn)備好，按下啟動按鈕，工作站啟動，“設(shè)備運行”指示燈HL2常亮。啟動后，若出料臺上沒有工件，則應(yīng)把工件推到出料臺上。出料臺上的工件被人工取出后，若沒有停止信號，則進(jìn)行下一

13、次推出工件操作。當(dāng)待加工工件人工送到加工臺上并被檢出后，設(shè)備執(zhí)行將工件夾緊，送往加工區(qū)域沖壓，完成沖壓動作后返回待料位置的工件加工工序。如果沒有停止信號輸入，當(dāng)再有待加工工件送到加工臺上時，加工單元又開始下一周期工作。若在運行中按下停止按鈕，則在完成本工作周期任務(wù)后，各工作單元停止工作，HL2指示燈熄滅。若在運行中供料料倉內(nèi)工件不足，則供料單元繼續(xù)工作，但“正常工作”指示燈HL1以1Hz的頻率閃爍，“設(shè)備運行”指示燈HL2保持常亮。若料倉內(nèi)沒有工件，則HL1指示燈和HL2指示燈均以2Hz頻率閃爍。工作站在完成本周期任務(wù)后停止。除非向料倉補充足夠的工件，工作站不能再啟動。當(dāng)待加工工件被檢出而加工

14、過程開始后，如果按下急停按鈕，本單元所有機構(gòu)應(yīng)立即停止運行，HL2指示燈以1Hz 頻率閃爍。急停按鈕復(fù)位后，設(shè)備從急停前的斷點開始繼續(xù)運行。裝配站單站運行工作要求 設(shè)備上電和氣源接通后，若各氣缸滿足初始位置要求，料倉上已經(jīng)有足夠的小園柱零件；工件裝配臺上沒有待裝配工件。則“正常工作”指示燈HL1常亮，表示設(shè)備準(zhǔn)備好。否則，該指示燈以1Hz 頻率閃爍。 若設(shè)備準(zhǔn)備好，按下啟動按鈕，裝配單元啟動，“設(shè)備運行”指示燈HL2常亮。如果回轉(zhuǎn)臺上的左料盤內(nèi)沒有小園柱零件，就執(zhí)行下料操作；如果左料盤內(nèi)有零件，而右料盤內(nèi)沒有零件，執(zhí)行回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)操作。 如果回轉(zhuǎn)臺上的右料盤內(nèi)有小園柱零件且裝配臺上有待裝配工件，

15、執(zhí)行裝配機械手抓取小園柱零件，放入待裝配工件中的控制。 完成裝配任務(wù)后，裝配機械手應(yīng)返回初始位置，等待下一次裝配。 若在運行過程中按下停止按鈕，則供料機構(gòu)應(yīng)立即停止供料，在裝配條件滿足的情況下，裝配單元在完成本次裝配后停止工作。 在運行中發(fā)生“零件不足”報警時，指示燈HL3以1Hz的頻率閃爍，HL1和HL2燈常亮；在運行中發(fā)生“零件沒有”報警時，指示燈HL3以亮1秒，滅0.5秒的方式閃爍，HL2熄滅，HL1常亮。分揀站單站運行工作要求 初始狀態(tài)：設(shè)備上電和氣源接通后，若工作單元的三個氣缸滿足初始位置要求，則 “正常工作”指示燈HL1常亮，表示設(shè)備準(zhǔn)備好。否則，該指示燈以1Hz 頻率閃爍。 若設(shè)

16、備準(zhǔn)備好，按下啟動按鈕，系統(tǒng)啟動，“設(shè)備運行”指示燈HL2常亮。當(dāng)傳送帶入料口人工放下已裝配的工件時，變頻器即啟動，驅(qū)動傳動電動機以頻率為30Hz的速度，把工件帶往分揀區(qū)。如果金屬工件上的小園柱零件為白色，則該工件對到達(dá)1號滑槽中間，傳送帶停止，工件對被推到1號槽中；如果塑料工件上的小園柱零件為白色，則該工件對到達(dá)2號滑槽中間，傳送帶停止，工件對被推到2號槽中；如果工件上的小園柱零件為黑色，則該工件對到達(dá)3號滑槽中間，傳送帶停止，工件對被推到3號槽中。工件被推出滑槽后，該工作單元的一個工作周期結(jié)束。僅當(dāng)工件被推出滑槽后，才能再次向傳送帶下料。如果在運行期間按下停止按鈕，該工作單元在本工作周期結(jié)

17、束后停止運行。 輸送站單站運行工作要求單站運行包括動作測試和設(shè)備傳送工件功能測試兩項內(nèi)容。動作測試則包括抓取機械手裝置單項動作測試和直線運動機構(gòu)的運行測試，此兩項測試內(nèi)容的選擇指令，由人機界面發(fā)出。測試步驟請自行設(shè)計。設(shè)備傳送工件功能測試要求其他各工作單元已經(jīng)就位，并且在供料單元的出料臺上放置了工件。具體測試過程要求如下： 輸送單元在通電后，按下復(fù)位按鈕SB1，執(zhí)行復(fù)位操作，使抓取機械手裝置回到原點位置。在復(fù)位過程中，“正常工作”指示燈HL1以1Hz的頻率閃爍。當(dāng)抓取機械手裝置回到原點位置，且輸送單元各個氣缸滿足初始位置的要求，則復(fù)位完成，“正常工作”指示燈HL1常亮。按下起動按鈕SB2，設(shè)備

18、啟動，“設(shè)備運行”指示燈HL2也常亮，開始功能測試過程。 抓取機械手裝置從供料站出料臺抓取工件，抓取的順序是：手臂伸出手爪夾緊抓取工件提升臺上升手臂縮回。 抓取動作完成后，伺服電機驅(qū)動機械手裝置向加工站移動，移動速度不小于300mm/s。 機械手裝置移動到加工站物料臺的正前方后，即把工件放到加工站物料臺上。抓取機械手裝置在加工站放下工件的順序是：手臂伸出提升臺下降手爪松開放下工件手臂縮回。 放下工件動作完成2秒后，抓取機械手裝置執(zhí)行抓取加工站工件的操作。抓取的順序與供料站抓取工件的順序相同。 抓取動作完成后，伺服電機驅(qū)動機械手裝置移動到裝配站物料臺的正前方。然后把工件放到裝配站物料臺上。其動作

19、順序與加工站放下工件的順序相同。 放下工件動作完成2秒后，抓取機械手裝置執(zhí)行抓取裝配站工件的操作。抓取的順序與供料站抓取工件的順序相同。 機械手手臂縮回后，擺臺逆時針旋轉(zhuǎn)90，伺服電機驅(qū)動機械手裝置從裝配站向分揀站運送工件，到達(dá)分揀站傳送帶上方入料口后把工件放下，動作順序與加工站放下工件的順序相同。 放下工件動作完成后，機械手手臂縮回，然后執(zhí)行返回原點的操作。伺服電機驅(qū)動機械手裝置以400mm/s的速度返回，返回900mm后，擺臺順時針旋轉(zhuǎn)90，然后以100mm/s的速度低速返回原點停止。當(dāng)抓取機械手裝置返回原點后，一個測試周期結(jié)束。當(dāng)供料單元的出料臺上放置了工件時，再按一次啟動按鈕SB2，開

20、始新一輪的測試。2、系統(tǒng)正常的全線運行模式測試全線運行模式下各工作站部件的工作順序以及對輸送站機械手裝置運行速度的要求，與單站運行模式一致。全線運行步驟如下：系統(tǒng)在上電，網(wǎng)絡(luò)正常后開始工作。觸摸人機界面上的復(fù)位按鈕，執(zhí)行復(fù)位操作，在復(fù)位過程中，綠色警示燈以2Hz的頻率閃爍。紅色和黃色燈均熄滅。復(fù)位過程包括：使輸送站機械手裝置回到原點位置和檢查各工作站是否處于初始狀態(tài)。各工作站初始狀態(tài)是指：各工作單元氣動執(zhí)行元件均處于初始位置。供料單元料倉內(nèi)有足夠的待加工工件。裝配單元料倉內(nèi)有足夠的小園柱零件。當(dāng)輸送站機械手裝置回到原點位置，且各工作站均處于初始狀態(tài)，則復(fù)位完成，綠色警示燈常亮，表示允許啟動系統(tǒng)

21、。這時若觸摸人機界面上的啟動按鈕，系統(tǒng)啟動，綠色和黃色警示燈均常亮。供料-加工站供料系統(tǒng)啟動后，若供料單元的出料臺上沒有工件，則應(yīng)把工件推到出料臺上，并向系統(tǒng)發(fā)出出料臺上有工件信號。若供料單元的料倉內(nèi)沒有工件或工件不足，則向系統(tǒng)發(fā)出報警或預(yù)警信號。出料臺上的工件被輸送站機械手取出后，若系統(tǒng)仍然需要推出工件進(jìn)行加工，則進(jìn)行下一次推出工件操作。輸送站運行1當(dāng)工件推到供料站出料臺后，輸送站抓取機械手裝置應(yīng)執(zhí)行抓取供料站工件的操作。動作完成后，伺服電機驅(qū)動機械手裝置移動到加工單元加工臺的正前方，把工件放到加工臺上。 沖壓加工加工單元加工臺的工件被檢出后，執(zhí)行加工過程。當(dāng)加工好的工件重新送回待料位置時，

22、向系統(tǒng)發(fā)出沖壓加工完成信號。輸送站運行2系統(tǒng)接收到加工完成信號后，輸送站機械手應(yīng)執(zhí)行抓取已加工工件的操作。抓取動作完成后，伺服電機驅(qū)動機械手裝置移動到裝配站物料臺的正前方。然后把工件放到裝配站裝配臺上。 裝配站運行裝配站物料臺的傳感器檢測到工件到來后，開始執(zhí)行裝配過程。裝入動作完成后，向系統(tǒng)發(fā)出裝配完成信號。如果裝配站的料倉或料槽內(nèi)沒有小園柱零件或零件不足，應(yīng)向系統(tǒng)發(fā)出報警或預(yù)警信號。 輸送站運行3系統(tǒng)接收到裝配完成信號后，輸送站機械手應(yīng)抓取已裝配的工件。抓取動作完成且機械手縮回到位后，輸送站的紅色指示燈HL1應(yīng)以1Hz的頻率閃爍，提示操作人員檢查工件裝配是否到位（即小圓柱零件能否完全嵌入大工件中）。若工件裝配到位，則操作人員應(yīng)按一下輸送站SB1按鈕，指示燈HL1熄滅，然后抓取機械手逆時針旋轉(zhuǎn)90，從裝配站向分揀站運送工件，到達(dá)分揀站傳送帶上方入料口后把工件放下，然后執(zhí)行返回原點的操作。 分揀站運行輸送站機械手裝置放下工件、縮回到位