一、實訓(xùn)裝置的結(jié)構(gòu)和工作過程

　　在鋁合金導(dǎo)軌式實訓(xùn)臺上安裝大工件出料裝置、伺服搬運機械手、模擬沖床加工、小工件給料裝配、自動傳送分揀、6 自由度工業(yè)機械手搬運、智能倉儲入庫等工作站，構(gòu)成一個典型的機電一體化設(shè)備的機械平臺;電氣控制采用 RS485 串行通訊方式實現(xiàn)分布式的控制，從而組成自動加工、裝配生產(chǎn)線，真實呈現(xiàn)自動生產(chǎn)線的柔性加工過程。

　　各工作站的結(jié)構(gòu)和功能如下：

　　⑴ 供料站

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

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

　　件到位傳感器檢測到工件到位后，推出氣缸氣缸縮回。搬運站機械手伸出并抓取該工件，并將其運送往加工站。

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　　加工站主要由物料臺、夾緊機械手、物料臺伸出/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對工件的沖壓加工過程，流程如下：

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

　?、茄b配站

　　裝配站主要有供料單元、吸盤式裝配單元、放料臺以及相應(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程。

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

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　　分揀站主要有傳送帶、變頻器、三相電機、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的裝配好的工件進行分揀。當搬運站送來工件放到傳送帶上并為入料口光電傳感器檢測到時，即啟動變頻器，工件開始送入分揀區(qū)，如果進入分揀區(qū)工件為金屬，由檢測金屬的電感式傳感器作為 1 號槽推料氣缸啟動信號，將黑色料推到 1 號槽里;如果進入分揀區(qū)工件為白色，則由檢測

　　白色物料的光纖傳感器動作，作為 2 號槽推料氣缸啟動信號，將白色料推到 2 號槽里，如果進入分揀區(qū)工件

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

　　⑸伺服輸送機構(gòu)

　　伺服輸送機構(gòu)主要有伺服電機、伺服電機驅(qū)動器、同步帶式線性導(dǎo)軌、四自由度搬運機械手、電磁閥和原點定位開關(guān)構(gòu)成。

　　本站的功能是完成向各個工作單元輸送工件，系統(tǒng)分為四自由度抓取機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)行回原點操作，當?shù)竭_原點位置后，若系統(tǒng)啟動，供料站物料臺檢測傳感器檢測到有工件時，機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始縮會機械手整體下將到位后，步進電機開始工作按設(shè)定好的脈沖量到加工站。加工站到位后機械手整體提升，提升到位后手爪伸出伸出到位后機械手整體下降，下降到位后工件已放入加工站物料臺上，然后手爪松開，松開到位后機械手回縮，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自動生產(chǎn)線加工過程。

　　(6)6 自由度工業(yè)機械手搬運

　　由 6 自由度工業(yè)機械手本體(RV-2F-1D-S11)、工業(yè)機械手驅(qū)動器(CR751-D)、抓手輸入輸出電纜、I/O 通訊模塊、控制電纜、示教器、夾緊機械手相應(yīng)的傳感器、電磁閥構(gòu)成。六軸機器人對經(jīng)過檢測分揀單元檢測合格的工件進行搬運，搬運到智能倉庫單元供入庫。

　　(7)智能立體倉庫

　　立體倉庫裝置為四層十六倉位庫體，主要由機械部件、電氣控制部件及上位機組態(tài)三部分組成。具備三維運動控制功能(X、Z 軸完成倉位定位、Y 軸完成物料放入與取出);

　　機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)、庫體(全鋁結(jié)構(gòu))、垛手(全鋁結(jié)構(gòu))、蝸輪傳動部件、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)、步進電機、步進電機驅(qū)動器、單

　　相漏電保護器、熔斷器、開關(guān)電源、繼電器、電感式接近開關(guān)、微型光電開關(guān)、行程開關(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，在上位機上可進行各種功能設(shè)定及選擇，并能實時監(jiān)控倉庫的狀態(tài)并可對其進行控制。

　　二、系統(tǒng)控制方案

　　根據(jù)機械平臺的上述工藝過程， 采用 RS485 串行通訊方式實現(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，是使學(xué)生通過實訓(xùn)，掌握 RS-485 通訊技術(shù)和采用廣播方式實現(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(點對點接口)協(xié)議實現(xiàn)通訊，以觸摸屏(TPC7062)和搬運站 PLC(S7-226)為智能倉庫站控制系統(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。同時安裝有伺服控制器用的定位模塊，各站 PLC 的型號見配置清單。

　　三、本裝備的特點：

　　1、有機融合了機械技術(shù)(包括氣動技術(shù))、傳感器技術(shù)、交流電動機變頻調(diào)速和步進電機驅(qū)動控制、伺服電機控制技術(shù)、工業(yè)機器人控制技術(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)過程的特征。

　　2、整體結(jié)構(gòu)采用開放式和拆裝式，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)或競賽時可方便的選擇需要的模塊。

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

　　1) 氣動系統(tǒng)的安裝與調(diào)試項目：

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

　　氣動方向控制回路的安裝;氣動速度控制回路的安裝;擺動控制回路的安裝;氣動順序控制回路的安裝; 氣動機械手裝置的安裝;氣動系統(tǒng)安裝與調(diào)試;

　　2) 電氣控制電路的安裝和 PLC 程序編寫項目：

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

　　電動機控制電路的連接與控制程序編寫;電動機調(diào)速控制電路的連接與控制程序編寫;步進電機控制電路的連接與控制程序編寫;伺服電機控制電路的連接與控制程序編寫;氣動方向控制程序編寫;氣動順序動作控制程序編寫;氣動機械手控制程序編寫;皮帶輸送機控制程序編寫;機電一體化設(shè)備控制程序編寫;自

　　動生產(chǎn)線控制程序編寫。

　　工業(yè)機械手的控制：機械手多速度段運行控制、啟動與制動變速實訓(xùn)、多點定位控制、機器人原點與復(fù)位、機器人單步與連續(xù)控制、多細分度與脈沖實訓(xùn)、 網(wǎng)絡(luò) IO 監(jiān)控機器人工作狀態(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) 機電設(shè)備安裝與調(diào)試項目

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

　　傳動裝置同軸度的調(diào)整;皮帶輸送機的安裝與調(diào)整;搬運機械手設(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賽，可考察的職業(yè)能力：

　　機械構(gòu)件的裝配與調(diào)整能力;機電設(shè)備的安裝與調(diào)試能力;電路安裝能力;氣動系統(tǒng)的安裝與調(diào)試能力; 機電一體化設(shè)備的控制程序的編寫能力;自動控制系統(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)線進行電路連接;各指令開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器和指示元件的電路， 則通過端子排進行連接。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)機械手

　　立體倉庫