四川机电一体化技能比赛试卷2

1 第三届全国技工院校技能大赛四川省选拔赛 机电一体化项目 技能 比赛 试卷 (2010 年 9 月 12 日，比赛时间 240 分钟 ) 815L 型 自动化 生产 线 系统软件 设计 、 调试 与优化 任 务 书 第三届全国技工院校技能大赛 四川省选拔赛组委会 中国 成都 2010 年 9 月 2 设备组成及工作情况描述 815L 型自动化生产线 是 机电一体化 设备组成的系统， 由环形 传输 分拣单元 （含上料单元） 、四轴四自由度机器人搬运单元、 恒速加工转台 单元 、工件 装配单元、 立体仓库单元、人机界面模块 部分组 成。 此系统能实现 自动上料， 工件 的 传输 与 分拣 ， 工件 在 上料位、加工位、装配位及仓储位等位置的 自动 搬运 （ 并能在工件搬运过程中将工件翻面 ），工件 的 模拟钻孔加工 ，根据要求将 小配件装配 到 大工件 内，成品的 分类存放 。 设备 总体 结构如 图一 及 表一所示 ： 图一 表一 编号 名称 编号 名称 编号 名称 编号 名称 控制模块安放区 环形传输分拣单元 立体仓库单元 双工位电脑台 工具及元件抽屉 机器人搬运单 元 人机界面模块 四工位实训台 电子调试台 恒速加工转台单元 计算机系统 带刹车万向轮 示波器 工件装配单元 键盘抽屉 3 一、 设备各功能单元描述 1、 环形传输分拣单元 （含上料单元） 序号 项目名称 规格 /内容 图片 1 功能 通过上料单元将存储的载体物料安放到传送带上，通过变频器带动环形输送带多速运 行，并且可以对物料进行分类与筛选，再将目标物料送出传送带。 2 结构组成 环形输送带、垂直储料装置 、物料固定装置、物料分拣装置、分拣安装板、传感器 固 定架、分类料筒、物料升举装置 3 电气元件 三相异步电动机、电磁阀及气动元件、电容传感器、电感传感器、色标传感器、光电反射传感器、光电编码器 4 传送带总长 1220mm 5 装配工件 3 种 金属（大）、白（大）、蓝（大） 表二 图二 、 环形传输分拣单元元件位置图 正反面检测到位传感器 出料传感器 旋转编码器 气动电磁阀 组 推杆气缸 A 推杆气缸 B 上料气缸 顶料气缸 色标传感器 材质传感器 正反面检测传 感器 送料升降气缸 送料台传感器 接口单元 J7 驱动接口 T1 光纤放大器 出料传感器 送料气缸 4 2、 机器人搬运单元 序号 项目名称 规格 /内容 图片 1 功能 通过可行走的四自由度机器人， 完成工件由上料位、加工位、装配位及仓储位等位置的搬运工作。 2 结构组成 直线导轨、同步带、同步轮、机器人底座、机器人主体、传感器安装板、 抓手气缸、旋转气缸 3 电气元件 步进电机、直流电机、电磁阀及气动元件、电容传感器、微动开关 4 工作半径 210mm 5 行走范围 1020mm 6 机器人负荷 0.2kg 7 运动部件 5 轴 手腕旋转、手腕水平、手臂升降、手臂旋转、左右行走、抓手松紧。 表三 图三、 机器人搬运单元元件位置图 行走原点传感器 减速点传感器 机器人底座 机器人手腕 机器人手抓 机器人手臂 极限位传感器 行走驱动步进电机 接口单元 J9 电磁阀组 光轴导轨 驱动同步带 5 3、 恒速加工转台单元 序号 项目名称 规格 /内容 图片 1 功能 检测到机器人搬运的 物料 信号后，启动双闭环 直流 控制系统，根据 物料 性质选择不同的转速，将工件恒速地送到主轴加工区进行模拟钻孔加工。 2 结构组成 四工位转盘、蜗杆减速箱、联轴器、转头支撑杆、转头装置、 防护外壳、电机支撑架、线路板安装装置 3 电气元件 直流励磁电机、光电编码器、电容式传感器、电磁阀及气动元件、接口线路板、 电磁离合器、转头电机 4 转盘容量 4 工件 5 电机功率 40w 6 反馈方式 光电编码器 表四 图四、 恒速加工转台单元 元件位置图 钻头升降气缸 直流电动机 旋转编码器 蜗杆减速箱 四工位转台 电磁离合器 虎钳气缸 转台定位传感器 物料到料传感 器 电磁阀组 接口单元 J8 模拟钻头 6 .4、 工件装配单元 序号 项目名称 规格 /内容 图片 1 功能 根据要求选择黑色或白色 小 配件装配在 大 工件上 2 结构组成 配件料筒、装配台、 装配手臂、移动平台、推料气缸、 移动气缸、螺旋式旋转气缸、气动吸盘、真空发生器 3 电气元件 光电传感器、光电编码器、磁性开关、 电磁阀及气动元件、接口线路板 5 装配工件 2 种 黑 （小） 、白 （小） 表五 图五、工件装配单元元件位置图 物料台传感器 装配气缸 吸盘 推料气缸 电磁阀组 接口单元 J11 工件选择气缸 7 5、 立体仓库单元 序号 项目名称 规格 /内容 图片 1 功能 将装配好的工件进行分类存放 2 结构组成 X 轴滚珠丝杆、 Y 轴滚珠丝杆、联轴器、出入料台 、 3 行 4 列仓库架、电机安装架、传感器安装架、 Z 轴垂直移动机构 3 电气元件 光电传感器 、 伺服电机、磁性开关、电磁阀及气动元件、接口线路板 表六 图 六 、立体仓库单元元件位置图 Z 轴伺服电机 X 轴伺服电机 下限位传感器 垂直方向原点传感器 上限位传感器 右限位传感器 入库气缸 成品检验传感器 堆垛机手抓 仓库架体 电磁阀组 驱动接口板T3 水平原点传感器 右限位传感器 接口单元J12 入库台传感器 8 二、 工程任务描述 因 工厂准备 生产 某一新型产品，所以必须设计出满足此产品 加 工 要求的系统软件，并通过 联机调试 ，使系统程序得以优化。系统功能具体要求如下： 系统启动运行前，各单元的运动部件必须停放在初始位置上系统才能启动。各单元的运动部件初始位置为： 环形传送带单元 上料推杆、顶料杆、送料推杆、升降台顶料杆都处于收回状态，带动传送带的电机处于静止状态。 机器人搬运单元 机器人抓手处于张开状态，机器人手臂处于上摆限位，直行步进电机原点设在左限位传感器位置、旋转步进电机原点设在左限位位置。 恒速加工转台单元 钻头升降杆在上升限位，虎钳在收回状态，离合器断开，直流电机处于静止状态。 工件 装配单元 配件推杆在收回状态，配件旋转臂在右限位，左料筒处于左限位退回状态。 仓库单元 堆垛机 X 轴处于 X 轴原点传感器位置，堆垛机 Z 轴处于 Z 轴原点传感器位置，入仓推杆处于退回状态，抓手张开。 按下人机界面 “ 系统复位按钮 ” ，各单元运动部件回到以上初始位置。 按下人机界面 “ 启动按钮 ” 后，驱动环形皮带的电机开始以 25H 正 转。 在环形皮带正 转 （顺时针方向） 时，上料机构 间隔一定时间 送出一个大工件 （皮带上已有 5 个工件时，应暂停上料），应保证 前后 相邻 工件中心间距约 为 60mm 100mm（可通过人机界面调整 此间距 ） 。当上 料单元缺料则人机界面显示一红色指示灯并以 5Hz 频率闪烁，缺料超过 10s（可通过人机界面调整 此时间 ） 后 若 环形皮带 上已无工件则环形皮带 停止。 系统 应控制 环形传输分拣单元 的 推料气缸 A 和推料气缸 B 交替将蓝色工件（废料）推入 各气缸对应的废料筒（奇数次送上皮带的蓝色工件 推 入 A,偶数次送上皮带的蓝色工件 推 入 B）。 当送料台空时，将符合要求的工件送出；送料台 上 有工件 或未处于等待位时， 环形传输分拣单元 应停止等待。 送出到送料台的工件应符合金属工件 -白色工件 -金属工件 的 交叉送出 顺序 （奇数次送出金属工件，偶数次送出白色工件） ，不 满足顺序的工件暂时停留在环形皮带上，等待系统通过对环形皮带正反转（电机反转频率 35Hz）的灵活控制 使 离送料台最近的符合顺序的工件 移动 最短 距离到达送料台，送料气缸 再 将 9 其 送出。 送料台传感器检测到工件送出到位时，升降气缸提升到位，机器人搬运单元将工件搬运 （对于放反的工件应使其翻转） 到 恒速加工转台单元 进行模拟钻孔，加工 3s 后，再将工件搬运到 工件装配单元 进行装配。要求金属大工件内配黑色小工件，白色大工件内配白色小工件。装配好的产品由机器人搬运到仓库等待入库。 从送料台到仓库的生产流程中，一次只能有一个工件。 立体仓库 单元的 控制要求 为： 装配完成的工件由机器人搬运到入仓台上通过光电传感器进行检测。合格的工件 按从上到下 S 型存放产品 （ 即最上层从第一仓位开始存放，最上层存满后第二层从最后一个仓位开始存放 ） ，不合格的工件放到最下层。 通过 人机界面可实时观察仓库各仓位情况（空仓黑色表示，金属产品 灰色 表示，白色产品白色表示，不合格产品 红色表示）。 按下人机界面 “ 停止 按钮 ” 后 ，上料单元立即停止，其余单元应在完成其工位的工件加工后停止， 环形传输分拣单元 上若有不符合顺序要求的工件则将其作为废料处理。按下人机界面 “ 紧急停止按钮 ” 后，系统全部停 在当前位置。 工程任务要求： 1、 系统控制 程序设计 请根据 以上 控制要求并参照 系统各单元的 I/O 分配 表设计 PLC 控制程序 、 。 要求： （ 1）在使用计算机编写程序时，应随时保存已编写好的程序。保存的文件名为工位号； （ 2）编写程序可用基本指令，也可以使用步进指令或功能指令。 2、 系统调试与程序优化 按设计的 PLC 控制程序， 仔细 调整 系统 各单元中机械元件相关位置 、 气动元件气阀的开度 、 电气元件各传感器的位置和灵敏 度参数、各驱动机构的参数设置等，检查该系统各单元的相关动作是否定位准确，运行正常，符合控制要求。 系统各单元的 I/O 分配表 注意： 请您在完成工作任务的过程中，遵守安全操作规程 10 (一 ) 环形传送带单元 (二 ) 机器人搬运单元 (三 ) 恒速转台加工单元 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) 传送电机编码器 推料伸出限位 顶料传感器 推料传感器 出料台传感器 A 推杆伸出限位 A 工件位传感器 B 推杆伸出限位 B 工件位传感器 正反判断传感器 正反检测位传感器 送料气缸伸出限位 升降气缸上升限位 送料升降台传感器 顶料气缸电磁阀 推料气缸电磁阀 A 推杆气缸电磁阀 B 推杆气缸电磁阀 送料气缸电磁阀 升降气缸电磁阀 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 步进旋转原点传感器 摆动气缸上摆传感器 摆动气缸下摆传感器 抓手电机左转传感器 抓手电机右转传感器 抓手气缸电磁阀 抓手直流右转继电器 抓手直流左转继电器 摆动气缸下摆电磁阀 步进直行原点传感器 步进直行减速传感器 步进执行限位传感器 1CP- 1UD- 抓手电机右转 抓手电机左转 11 (四 ) 工件装配单元 (五 ) 仓库单元 18（ Y7） 20（ Y10） 21（ Y11） 25（ Y14） 26（ Y15） 27（ Y16） 双闭环电路启动 回转盘启动 离合器 B 工件选择 A 工件选择 主轴电机启动 7（ X5） 8（ X6） 9（ X7） 10（ X10） 11（ X11） 22（ Y12） 23（ Y13） 回转盘放料传感器 回转盘定位传感器 主轴上升限位 主轴下降限位 虎钳气缸伸出限位 主轴下降电磁阀 虎钳气缸电磁阀 7（ X5） 8（ X6） 9（ X7） 12（ X12） 13（ X13） 28（ Y13） 32（ Y16） 35（ Y20） 36（ Y21） 装配台 传感器 旋转气缸左旋限位 旋转气缸右旋限位 料筒气缸伸出限位 配件推杆伸出限位 旋转气缸电磁阀 装配吸盘电磁阀 料筒气缸电磁阀 配件推杆电磁阀 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) 入仓台传感器 入仓气缸伸出限位 入仓气缸缩回限位 X 轴原点传感器 Z 轴原点传感器 装配检查传感器 抓手气缸电磁阀 入仓伸出电磁阀 X 轴左限位传感器 X 轴右限位传感器 Z 轴上限位传感器 Z 轴下限位传感器 2PP 1PP 1NP 2NP 12 第三届全国技工院校技能大赛四川省选拔赛 机电一体化项目 技能 比赛 试卷 2 （考核时 间： 240 分钟 ） 工位号 评 分 表 系 统 控 制 程 序 设 计 、 调 试 、 优 化 系统复位、启动初始位检查 系统复位不符合要求扣分；启动初始位检查不符合要求扣分 上料单元功能 工件间距及调整功能不符合系统要求扣分；缺料报警指示不符合要求扣分；送料功能不符合要求扣 1 分； 停止时间调