一、實(shí)訓(xùn)裝置的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程

　　在鋁合金導(dǎo)軌式實(shí)訓(xùn)臺(tái)上安裝大工件出料裝置、伺服搬運(yùn)機(jī)械手、模擬沖床加工、小工件給料裝配、自動(dòng)傳送分揀、6 自由度工業(yè)機(jī)械手搬運(yùn)、智能倉(cāng)儲(chǔ)入庫(kù)等工作站，構(gòu)成一個(gè)典型的機(jī)電一體化設(shè)備的機(jī)械平臺(tái);電氣控制采用 RS485 串行通訊方式實(shí)現(xiàn)分布式的控制，從而組成自動(dòng)加工、裝配生產(chǎn)線，真實(shí)呈現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)線的柔性加工過(guò)程。

　　各工作站的結(jié)構(gòu)和功能如下：

　?、?供料站

　　供料站主要由料倉(cāng)及料槽、推料氣缸和物料臺(tái)以及相應(yīng)的傳感器、電磁閥構(gòu)成，如圖 1 所示。

　　本站工作過(guò)程如下：系統(tǒng)啟動(dòng)后，推料氣缸推出，把料槽中最底層的工件推到物料臺(tái)上工件抓取位。工

　　件到位傳感器檢測(cè)到工件到位后，推出氣缸氣缸縮回。搬運(yùn)站機(jī)械手伸出并抓取該工件，并將其運(yùn)送往加工站。

　?、萍庸ふ?/p>

　　加工站主要由物料臺(tái)、夾緊機(jī)械手、物料臺(tái)伸出/縮回氣缸、加工(沖壓)氣缸以及相應(yīng)的傳感器、電磁閥構(gòu)成。

　　本站的功能是完成一個(gè)對(duì)工件的沖壓加工過(guò)程，流程如下：

　　搬運(yùn)站機(jī)械手把工件運(yùn)送到物料臺(tái)上→機(jī)械手指夾緊工件→物料臺(tái)回到加工區(qū)域沖壓氣缸的下方→沖壓氣缸向下伸出沖壓工件→完成沖壓動(dòng)作后向上縮回→沖壓氣缸縮回到位→物料臺(tái)重新伸出→到位后機(jī)械手指松開(kāi)→搬運(yùn)站機(jī)械手伸出并夾緊工件，將其運(yùn)送往裝配站。

　　⑶裝配站

　　裝配站主要有供料單元、吸盤式裝配單元、放料臺(tái)以及相應(yīng)的傳感器、電磁閥構(gòu)成。

　　本站功能是完成裝配工序，即把黑色或白色兩種小圓柱工件嵌入到大工件中的裝配過(guò)程。

　　當(dāng)搬運(yùn)站的機(jī)械手把工件運(yùn)送到裝配站物料臺(tái)上時(shí)，推料氣缸伸出，使料槽中最底層的小圓柱工件落到旋轉(zhuǎn)供料臺(tái)上，然后吸盤式裝配機(jī)構(gòu)伸出吸盤→抓取小圓柱→手爪提升→手臂伸出→手爪下降→手爪松開(kāi)的動(dòng)作順序，把小園柱工件順利裝入大工件中，搬運(yùn)站機(jī)械手伸出并抓取該工件，并將其運(yùn)送往物料分解站。

　?、确謷?/p>

　　分揀站主要有傳送帶、變頻器、三相電機(jī)、推料氣缸、電磁閥和定位光電傳感器及區(qū)分黑白兩種顏色的光纖傳感器構(gòu)成。

　　本站的功能是完成從裝配站送來(lái)的裝配好的工件進(jìn)行分揀。當(dāng)搬運(yùn)站送來(lái)工件放到傳送帶上并為入料口光電傳感器檢測(cè)到時(shí)，即啟動(dòng)變頻器，工件開(kāi)始送入分揀區(qū)，如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為金屬，由檢測(cè)金屬的電感式傳感器作為 1 號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將黑色料推到 1 號(hào)槽里;如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為白色，則由檢測(cè)

　　白色物料的光纖傳感器動(dòng)作，作為 2 號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將白色料推到 2 號(hào)槽里，如果進(jìn)入分揀區(qū)工件

　　為黑色，由檢測(cè)黑色的光纖傳感器作為 3 號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將黑色料推到 3 號(hào)槽里。。自動(dòng)生產(chǎn)線的加工結(jié)束。

　　⑸伺服輸送機(jī)構(gòu)

　　伺服輸送機(jī)構(gòu)主要有伺服電機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、同步帶式線性導(dǎo)軌、四自由度搬運(yùn)機(jī)械手、電磁閥和原點(diǎn)定位開(kāi)關(guān)構(gòu)成。

　　本站的功能是完成向各個(gè)工作單元輸送工件，系統(tǒng)分為四自由度抓取機(jī)械手單元和直線位移位置精確控制單元兩部分，系統(tǒng)上電后，先執(zhí)行回原點(diǎn)操作，當(dāng)?shù)竭_(dá)原點(diǎn)位置后，若系統(tǒng)啟動(dòng)，供料站物料臺(tái)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件時(shí)，機(jī)械手整體先提升到位后手爪伸出到位后手爪夾緊，手爪夾緊到位手爪開(kāi)始縮會(huì)機(jī)械手整體下將到位后，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始工作按設(shè)定好的脈沖量到加工站。加工站到位后機(jī)械手整體提升，提升到位后手爪伸出伸出到位后機(jī)械手整體下降，下降到位后工件已放入加工站物料臺(tái)上，然后手爪松開(kāi)，松開(kāi)到位后機(jī)械手回縮，等加工站加工完成后再將工件送到裝配站和分揀站完成整個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)線加工過(guò)程。

　　(6)6 自由度工業(yè)機(jī)械手搬運(yùn)

　　由 6 自由度工業(yè)機(jī)械手本體(RV-2F-1D-S11)、工業(yè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)器(CR751-D)、抓手輸入輸出電纜、I/O 通訊模塊、控制電纜、示教器、夾緊機(jī)械手相應(yīng)的傳感器、電磁閥構(gòu)成。六軸機(jī)器人對(duì)經(jīng)過(guò)檢測(cè)分揀單元檢測(cè)合格的工件進(jìn)行搬運(yùn)，搬運(yùn)到智能倉(cāng)庫(kù)單元供入庫(kù)。

　　(7)智能立體倉(cāng)庫(kù)

　　立體倉(cāng)庫(kù)裝置為四層十六倉(cāng)位庫(kù)體，主要由機(jī)械部件、電氣控制部件及上位機(jī)組態(tài)三部分組成。具備三維運(yùn)動(dòng)控制功能(X、Z 軸完成倉(cāng)位定位、Y 軸完成物料放入與取出);

　　機(jī)械部件為可拆裝式模塊化結(jié)構(gòu)，由底板(由工業(yè)組合型鋁型材組成)、庫(kù)體(全鋁結(jié)構(gòu))、垛手(全鋁結(jié)構(gòu))、蝸輪傳動(dòng)部件、滾珠絲杠、光杠、異型鋁材、氣缸、手指及按鈕角板等部分組成;

　　電氣部件由西門子 PLC(CPU226 DC/DC/DC，也可選配其它常用 PLC)、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、單

　　相漏電保護(hù)器、熔斷器、開(kāi)關(guān)電源、繼電器、電感式接近開(kāi)關(guān)、微型光電開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、按鈕、工程拖鏈　　及集成電纜接線系統(tǒng)等部分組成;

　　觸摸屏組態(tài)監(jiān)控使用 MCGSTPC7062 型觸摸屏，在上位機(jī)上可進(jìn)行各種功能設(shè)定及選擇，并能實(shí)時(shí)監(jiān)控倉(cāng)庫(kù)的狀態(tài)并可對(duì)其進(jìn)行控制。

　　二、系統(tǒng)控制方案

　　根據(jù)機(jī)械平臺(tái)的上述工藝過(guò)程， 采用 RS485 串行通訊方式實(shí)現(xiàn)分布式的控制系統(tǒng)。采用 RS-485 總線的 PLC 互連網(wǎng)絡(luò)。

　　采用了觸摸屏人機(jī)界面，而每種通訊網(wǎng)絡(luò)又按所選用不同的主流 PLC 廠家而有不同的配置，分述如下： 1、采用 RS-485 總線的 PLC 互連網(wǎng)絡(luò)的控制方案

　　本控制方案的目標(biāo)，是使學(xué)生通過(guò)實(shí)訓(xùn)，掌握 RS-485 通訊技術(shù)和采用廣播方式實(shí)現(xiàn) PLC 之間交換信息的PLC 互連技術(shù)。作為 PLC 通訊網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)，并鑒于采用 RS-485 總線的 PLC 互連網(wǎng)絡(luò)廣泛用于小型集散控制系統(tǒng)上，熟練掌握這一技能，是高職學(xué)生必不可少的。

　　本裝備分別有西門子 S7-200 系列，三菱 FX2N 系列的 PLC 配置，用戶也可選擇其它廠家的控制器系統(tǒng)。1)西門子 S7-200 系列

　　本方案采用 PPI(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口)協(xié)議實(shí)現(xiàn)通訊，以觸摸屏(TPC7062)和搬運(yùn)站 PLC(S7-226)為智能倉(cāng)庫(kù)站控制系統(tǒng).

　　2)三菱 FX2N 系列：

　　本方案采用 FX2N 的 N：N 通訊網(wǎng)絡(luò)。各工作站均插上 FX2N-485-BD 通訊板，以搬運(yùn)站 PLC(FX2N-48MT) 為主站，其余各站為從站構(gòu)成 N：N 通訊網(wǎng)絡(luò)。觸摸屏連接到主站編程口上，分揀站的 FR-D700 變頻器也作

　　為第 5# 從站連接到網(wǎng)絡(luò)上。同時(shí)安裝有伺服控制器用的定位模塊，各站 PLC 的型號(hào)見(jiàn)配置清單。

　　三、本裝備的特點(diǎn)：

　　1、有機(jī)融合了機(jī)械技術(shù)(包括氣動(dòng)技術(shù))、傳感器技術(shù)、交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、伺服電機(jī)控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、觸摸屏技術(shù)、PLC 控制及通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，體現(xiàn)了現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的特征。

　　2、整體結(jié)構(gòu)采用開(kāi)放式和拆裝式，能方便地更換模塊，按具有生產(chǎn)性功能和整合學(xué)習(xí)功能的原則確定模塊內(nèi)容，使教學(xué)或競(jìng)賽時(shí)可方便的選擇需要的模塊。

　　3、用于教學(xué)，可按工作過(guò)程導(dǎo)向，工學(xué)結(jié)合的模式規(guī)劃教學(xué)活動(dòng)，完成以下工作任務(wù)：

　　1) 氣動(dòng)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試項(xiàng)目：

　　選用該裝備配置的單出桿氣缸、單出雙桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸等氣動(dòng)執(zhí)行元件和單控電磁換向閥、雙控電磁換向閥和磁性開(kāi)關(guān)等氣動(dòng)控制元件，可完成下列氣動(dòng)技術(shù)的工作任務(wù)：

　　氣動(dòng)方向控制回路的安裝;氣動(dòng)速度控制回路的安裝;擺動(dòng)控制回路的安裝;氣動(dòng)順序控制回路的安裝; 氣動(dòng)機(jī)械手裝置的安裝;氣動(dòng)系統(tǒng)安裝與調(diào)試;

　　2) 電氣控制電路的安裝和 PLC 程序編寫項(xiàng)目：

　　選用該裝置配置的 PLC 模塊、交電機(jī)變頻器模塊、伺服電機(jī)控制模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器等， 可完成下列 PLC 應(yīng)用技術(shù)工作任務(wù)：

　　電動(dòng)機(jī)控制電路的連接與控制程序編寫;電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制電路的連接與控制程序編寫;步進(jìn)電機(jī)控制電路的連接與控制程序編寫;伺服電機(jī)控制電路的連接與控制程序編寫;氣動(dòng)方向控制程序編寫;氣動(dòng)順序動(dòng)作控制程序編寫;氣動(dòng)機(jī)械手控制程序編寫;皮帶輸送機(jī)控制程序編寫;機(jī)電一體化設(shè)備控制程序編寫;自

　　動(dòng)生產(chǎn)線控制程序編寫。

　　工業(yè)機(jī)械手的控制：機(jī)械手多速度段運(yùn)行控制、啟動(dòng)與制動(dòng)變速實(shí)訓(xùn)、多點(diǎn)定位控制、機(jī)器人原點(diǎn)與復(fù)位、機(jī)器人單步與連續(xù)控制、多細(xì)分度與脈沖實(shí)訓(xùn)、 網(wǎng)絡(luò) IO 監(jiān)控機(jī)器人工作狀態(tài)等控制程序的編寫。

　　3) PLC 通訊網(wǎng)絡(luò)的安裝、程序編制及調(diào)試：

　　4) 機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試項(xiàng)目

　　選用該裝置配置的機(jī)電一體化設(shè)備部件、PLC 模塊、變頻器模塊和指令開(kāi)關(guān)、傳感器等，可完成下列機(jī)電設(shè)備安裝和機(jī)電一體化技術(shù)的工作任務(wù)：

　　傳動(dòng)裝置同軸度的調(diào)整;皮帶輸送機(jī)的安裝與調(diào)整;搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)備安裝與調(diào)試;物件分揀設(shè)備的安裝與調(diào)試;送料設(shè)備的安裝與調(diào)試;自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備安裝與調(diào)試。

　　4、本裝備用于考核或技能競(jìng)賽，可考察的職業(yè)能力：

　　機(jī)械構(gòu)件的裝配與調(diào)整能力;機(jī)電設(shè)備的安裝與調(diào)試能力;電路安裝能力;氣動(dòng)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試能力; 機(jī)電一體化設(shè)備的控制程序的編寫能力;自動(dòng)控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試能力。PLC 網(wǎng)絡(luò)的安裝、編程與調(diào)試能力。

　　該實(shí)訓(xùn)考核裝置主站 PLC 模塊的 I/O 端子、變頻器的接線端子、各常用模塊與 PLC 的連接端子，均與安全插座連接，使用帶安全插頭的導(dǎo)線進(jìn)行電路連接;各指令開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、傳感器和指示元件的電路， 則通過(guò)端子排進(jìn)行連接。插拔線連接電路與端子排連接電路相結(jié)合，既保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。

　　四、配置清單

　　六自由度工業(yè)機(jī)械手

　　立體倉(cāng)庫(kù)