1 第三屆全國技工院校技能大賽四川省選拔賽 機電一體化項目 技能 比賽 試卷 (2010 年 9 月 12 日，比賽時間 240 分鐘 ) 815L 型 自動化 生產 線 系統軟件 設計 、 調試 與優化 任 務 書 第三屆全國技工院校技能大賽 四川省選拔賽組委會 中國 成都 2010 年 9 月 2 設備組成及工作情況描述 815L 型自動化生產線 是 機電一體化 設備組成的系統， 由環形 傳輸 分揀單元 （含上料單元） 、四軸四自由度機器人搬運單元、 恒速加工轉臺 單元 、工件 裝配單元、 立體倉庫單元、人機界面模塊 部分組 成。 此系統能實現 自動上料， 工件 的 傳輸 與 分揀 ， 工件 在 上料位、加工位、裝配位及倉儲位等位置的 自動 搬運 （ 并能在工件搬運過程中將工件翻面 ），工件 的 模擬鉆孔加工 ，根據要求將 小配件裝配 到 大工件 內，成品的 分類存放 。 設備 總體 結構如 圖一 及 表一所示 ： 圖一 表一 編號 名稱 編號 名稱 編號 名稱 編號 名稱 控制模塊安放區 環形傳輸分揀單元 立體倉庫單元 雙工位電腦臺 工具及元件抽屜 機器人搬運單 元 人機界面模塊 四工位實訓臺 電子調試臺 恒速加工轉臺單元 計算機系統 帶剎車萬向輪 示波器 工件裝配單元 鍵盤抽屜 3 一、 設備各功能單元描述 1、 環形傳輸分揀單元 （含上料單元） 序號 項目名稱 規格 /內容 圖片 1 功能 通過上料單元將存儲的載體物料安放到傳送帶上，通過變頻器帶動環形輸送帶多速運 行，并且可以對物料進行分類與篩選，再將目標物料送出傳送帶。 2 結構組成 環形輸送帶、垂直儲料裝置 、物料固定裝置、物料分揀裝置、分揀安裝板、傳感器 固 定架、分類料筒、物料升舉裝置 3 電氣元件 三相異步電動機、電磁閥及氣動元件、電容傳感器、電感傳感器、色標傳感器、光電反射傳感器、光電編碼器 4 傳送帶總長 1220mm 5 裝配工件 3 種 金屬（大）、白（大）、藍（大） 表二 圖二 、 環形傳輸分揀單元元件位置圖 正反面檢測到位傳感器 出料傳感器 旋轉編碼器 氣動電磁閥 組 推桿氣缸 A 推桿氣缸 B 上料氣缸 頂料氣缸 色標傳感器 材質傳感器 正反面檢測傳 感器 送料升降氣缸 送料臺傳感器 接口單元 J7 驅動接口 T1 光纖放大器 出料傳感器 送料氣缸 4 2、 機器人搬運單元 序號 項目名稱 規格 /內容 圖片 1 功能 通過可行走的四自由度機器人， 完成工件由上料位、加工位、裝配位及倉儲位等位置的搬運工作。 2 結構組成 直線導軌、同步帶、同步輪、機器人底座、機器人主體、傳感器安裝板、 抓手氣缸、旋轉氣缸 3 電氣元件 步進電機、直流電機、電磁閥及氣動元件、電容傳感器、微動開關 4 工作半徑 210mm 5 行走范圍 1020mm 6 機器人負荷 0.2kg 7 運動部件 5 軸 手腕旋轉、手腕水平、手臂升降、手臂旋轉、左右行走、抓手松緊。 表三 圖三、 機器人搬運單元元件位置圖 行走原點傳感器 減速點傳感器 機器人底座 機器人手腕 機器人手抓 機器人手臂 極限位傳感器 行走驅動步進電機 接口單元 J9 電磁閥組 光軸導軌 驅動同步帶 5 3、 恒速加工轉臺單元 序號 項目名稱 規格 /內容 圖片 1 功能 檢測到機器人搬運的 物料 信號后，啟動雙閉環 直流 控制系統，根據 物料 性質選擇不同的轉速，將工件恒速地送到主軸加工區進行模擬鉆孔加工。 2 結構組成 四工位轉盤、蝸桿減速箱、聯軸器、轉頭支撐桿、轉頭裝置、 防護外殼、電機支撐架、線路板安裝裝置 3 電氣元件 直流勵磁電機、光電編碼器、電容式傳感器、電磁閥及氣動元件、接口線路板、 電磁離合器、轉頭電機 4 轉盤容量 4 工件 5 電機功率 40w 6 反饋方式 光電編碼器 表四 圖四、 恒速加工轉臺單元 元件位置圖 鉆頭升降氣缸 直流電動機 旋轉編碼器 蝸桿減速箱 四工位轉臺 電磁離合器 虎鉗氣缸 轉臺定位傳感器 物料到料傳感 器 電磁閥組 接口單元 J8 模擬鉆頭 6 .4、 工件裝配單元 序號 項目名稱 規格 /內容 圖片 1 功能 根據要求選擇黑色或白色 小 配件裝配在 大 工件上 2 結構組成 配件料筒、裝配臺、 裝配手臂、移動平臺、推料氣缸、 移動氣缸、螺旋式旋轉氣缸、氣動吸盤、真空發生器 3 電氣元件 光電傳感器、光電編碼器、磁性開關、 電磁閥及氣動元件、接口線路板 5 裝配工件 2 種 黑 （小） 、白 （小） 表五 圖五、工件裝配單元元件位置圖 物料臺傳感器 裝配氣缸 吸盤 推料氣缸 電磁閥組 接口單元 J11 工件選擇氣缸 7 5、 立體倉庫單元 序號 項目名稱 規格 /內容 圖片 1 功能 將裝配好的工件進行分類存放 2 結構組成 X 軸滾珠絲桿、 Y 軸滾珠絲桿、聯軸器、出入料臺 、 3 行 4 列倉庫架、電機安裝架、傳感器安裝架、 Z 軸垂直移動機構 3 電氣元件 光電傳感器 、 伺服電機、磁性開關、電磁閥及氣動元件、接口線路板 表六 圖 六 、立體倉庫單元元件位置圖 Z 軸伺服電機 X 軸伺服電機 下限位傳感器 垂直方向原點傳感器 上限位傳感器 右限位傳感器 入庫氣缸 成品檢驗傳感器 堆垛機手抓 倉庫架體 電磁閥組 驅動接口板T3 水平原點傳感器 右限位傳感器 接口單元J12 入庫臺傳感器 8 二、 工程任務描述 因 工廠準備 生產 某一新型產品，所以必須設計出滿足此產品 加 工 要求的系統軟件，并通過 聯機調試 ，使系統程序得以優化。系統功能具體要求如下： 系統啟動運行前，各單元的運動部件必須停放在初始位置上系統才能啟動。各單元的運動部件初始位置為： 環形傳送帶單元 上料推桿、頂料桿、送料推桿、升降臺頂料桿都處于收回狀態，帶動傳送帶的電機處于靜止狀態。 機器人搬運單元 機器人抓手處于張開狀態，機器人手臂處于上擺限位，直行步進電機原點設在左限位傳感器位置、旋轉步進電機原點設在左限位位置。 恒速加工轉臺單元 鉆頭升降桿在上升限位，虎鉗在收回狀態，離合器斷開，直流電機處于靜止狀態。 工件 裝配單元 配件推桿在收回狀態，配件旋轉臂在右限位，左料筒處于左限位退回狀態。 倉庫單元 堆垛機 X 軸處于 X 軸原點傳感器位置，堆垛機 Z 軸處于 Z 軸原點傳感器位置，入倉推桿處于退回狀態，抓手張開。 按下人機界面 “ 系統復位按鈕 ” ，各單元運動部件回到以上初始位置。 按下人機界面 “ 啟動按鈕 ” 后，驅動環形皮帶的電機開始以 25H 正 轉。 在環形皮帶正 轉 （順時針方向） 時，上料機構 間隔一定時間 送出一個大工件 （皮帶上已有 5 個工件時，應暫停上料），應保證 前后 相鄰 工件中心間距約 為 60mm 100mm（可通過人機界面調整 此間距 ） 。當上 料單元缺料則人機界面顯示一紅色指示燈并以 5Hz 頻率閃爍，缺料超過 10s（可通過人機界面調整 此時間 ） 后 若 環形皮帶 上已無工件則環形皮帶 停止。 系統 應控制 環形傳輸分揀單元 的 推料氣缸 A 和推料氣缸 B 交替將藍色工件（廢料）推入 各氣缸對應的廢料筒（奇數次送上皮帶的藍色工件 推 入 A,偶數次送上皮帶的藍色工件 推 入 B）。 當送料臺空時，將符合要求的工件送出；送料臺 上 有工件 或未處于等待位時， 環形傳輸分揀單元 應停止等待。 送出到送料臺的工件應符合金屬工件 -白色工件 -金屬工件 的 交叉送出 順序 （奇數次送出金屬工件，偶數次送出白色工件） ，不 滿足順序的工件暫時停留在環形皮帶上，等待系統通過對環形皮帶正反轉（電機反轉頻率 35Hz）的靈活控制 使 離送料臺最近的符合順序的工件 移動 最短 距離到達送料臺，送料氣缸 再 將 9 其 送出。 送料臺傳感器檢測到工件送出到位時，升降氣缸提升到位，機器人搬運單元將工件搬運 （對于放反的工件應使其翻轉） 到 恒速加工轉臺單元 進行模擬鉆孔，加工 3s 后，再將工件搬運到 工件裝配單元 進行裝配。要求金屬大工件內配黑色小工件，白色大工件內配白色小工件。裝配好的產品由機器人搬運到倉庫等待入庫。 從送料臺到倉庫的生產流程中，一次只能有一個工件。 立體倉庫 單元的 控制要求 為： 裝配完成的工件由機器人搬運到入倉臺上通過光電傳感器進行檢測。合格的工件 按從上到下 S 型存放產品 （ 即最上層從第一倉位開始存放，最上層存滿后第二層從最后一個倉位開始存放 ） ，不合格的工件放到最下層。 通過 人機界面可實時觀察倉庫各倉位情況（空倉黑色表示，金屬產品 灰色 表示，白色產品白色表示，不合格產品 紅色表示）。 按下人機界面 “ 停止 按鈕 ” 后 ，上料單元立即停止，其余單元應在完成其工位的工件加工后停止， 環形傳輸分揀單元 上若有不符合順序要求的工件則將其作為廢料處理。按下人機界面 “ 緊急停止按鈕 ” 后，系統全部停 在當前位置。 工程任務要求： 1、 系統控制 程序設計 請根據 以上 控制要求并參照 系統各單元的 I/O 分配 表設計 PLC 控制程序 、 。 要求： （ 1）在使用計算機編寫程序時，應隨時保存已編寫好的程序。保存的文件名為工位號； （ 2）編寫程序可用基本指令，也可以使用步進指令或功能指令。 2、 系統調試與程序優化 按設計的 PLC 控制程序， 仔細 調整 系統 各單元中機械元件相關位置 、 氣動元件氣閥的開度 、 電氣元件各傳感器的位置和靈敏 度參數、各驅動機構的參數設置等，檢查該系統各單元的相關動作是否定位準確，運行正常，符合控制要求。 系統各單元的 I/O 分配表 注意： 請您在完成工作任務的過程中，遵守安全操作規程 10 (一 ) 環形傳送帶單元 (二 ) 機器人搬運單元 (三 ) 恒速轉臺加工單元 2（ X0） 3（ X1） 4（ X2） 5（ X3） 6（ X4） 7（ X5） 8（ X6） 9（ X7） 10（ X10） 11（ X11） 12（ X12） 14（ X14） 15（ X15） 16（ X16） 27（ Y0） 28（ Y1） 29（ Y2） 30（ Y3） 32（ Y4） 33（ Y5） 37(Y10) 38(Y11) 39(Y12) 40(Y13) 41(Y14) 傳送電機編碼器 推料伸出限位 頂料傳感器 推料傳感器 出料臺傳感器 A 推桿伸出限位 A 工件位傳感器 B 推桿伸出限位 B 工件位傳感器 正反判斷傳感器 正反檢測位傳感器 送料氣缸伸出限位 升降氣缸上升限位 送料升降臺傳感器 頂料氣缸電磁閥 推料氣缸電磁閥 A 推桿氣缸電磁閥 B 推桿氣缸電磁閥 送料氣缸電磁閥 升降氣缸電磁閥 STF STR RH RM RL 2（ X0） 3（ X1） 4（ X2） 5（ X3） 6（ X4） 15（ Y4） 16（ M+） 17（ M-） 33（ Y3） 38（ PGO-） 39（ DOG） 40（ STOP） 30(Y0) 31(Y20) Y5 Y6 步進旋轉原點傳感器 擺動氣缸上擺傳感器 擺動氣缸下擺傳感器 抓手電機左轉傳感器 抓手電機右轉傳感器 抓手氣缸電磁閥 抓手直流右轉繼電器 抓手直流左轉繼電器 擺動氣缸下擺電磁閥 步進直行原點傳感器 步進直行減速傳感器 步進執行限位傳感器 1CP- 1UD- 抓手電機右轉 抓手電機左轉 11 (四 ) 工件裝配單元 (五 ) 倉庫單元 18（ Y7） 20（ Y10） 21（ Y11） 25（ Y14） 26（ Y15） 27（ Y16） 雙閉環電路啟動 回轉盤啟動 離合器 B 工件選擇 A 工件選擇 主軸電機啟動 7（ X5） 8（ X6） 9（ X7） 10（ X10） 11（ X11） 22（ Y12） 23（ Y13） 回轉盤放料傳感器 回轉盤定位傳感器 主軸上升限位 主軸下降限位 虎鉗氣缸伸出限位 主軸下降電磁閥 虎鉗氣缸電磁閥 7（ X5） 8（ X6） 9（ X7） 12（ X12） 13（ X13） 28（ Y13） 32（ Y16） 35（ Y20） 36（ Y21） 裝配臺 傳感器 旋轉氣缸左旋限位 旋轉氣缸右旋限位 料筒氣缸伸出限位 配件推桿伸出限位 旋轉氣缸電磁閥 裝配吸盤電磁閥 料筒氣缸電磁閥 配件推桿電磁閥 2（ X0） 3（ X1） 4（ X2） 5（ X3） 6（ X4） 10（ X10） 25（ Y10） 26（ Y11） 42（ 1LSP） 43（ 1LSN） 48（ 2LSP） 49（ 2LSN） 17(Y0) 18(Y1) 19(Y2) 22(Y4) 入倉臺傳感器 入倉氣缸伸出限位 入倉氣缸縮回限位 X 軸原點傳感器 Z 軸原點傳感器 裝配檢查傳感器 抓手氣缸電磁閥 入倉伸出電磁閥 X 軸左限位傳感器 X 軸右限位傳感器 Z 軸上限位傳感器 Z 軸下限位傳感器 2PP 1PP 1NP 2NP 12 第三屆全國技工院校技能大賽四川省選拔賽 機電一體化項目 技能 比賽 試卷 2 （考核時 間： 240 分鐘 ） 工位號 評 分 表 系 統 控 制 程 序 設 計 、 調 試 、 優 化 系統復位、啟動初始位檢查 系統復位不符合要求扣分；啟動初始位檢查不符合要求扣分 上料單元功能 工件間距及調整功能不符合系統要求扣分；缺料報警指示不符合要求扣分；送料功能不符合要求扣 1 分； 停止時間調