1、2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目1竞赛题 自动线装配与调试任务书工位号: 2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目2一、竞赛设备及工艺过程描述YL-335B 自动生产线由供料、输送、装配、加工和分拣等 5 个工作单元组成，其中，供料与输 送、装配、加工以及分拣单元等分别构成工作站，均设置一台 PLC 承担其控制任务，各 PLC 之间通过 RS485 串行通信的方式实现互连，构成分布式的控制系统。系统主令工作信号由连接到供料-输送站 PLC 的触摸屏人机界面提供，主站与各从站之间通过网络交换信息，各从站应具备在网络故障时进行单站操作的后备功能。整个系统
2、的主要工作状态除了在人机界面上显示外，尚须由安装在装配单元的警示灯显示启动、停止、报警等状态。自动生产线的主要工作过程如下： 将供料单元料仓内金属或白色塑料的待装配工件送往装配单元的装配台进行装配。 装配工作如下：把装配单元料仓内的白色或黑色的小园柱零件嵌入到装配台的待装配工件中，完成装配后的成品（嵌入白色零件的金属工件简称白芯金属工件，嵌入黑色零件的金属工件简称黑芯金属工件；嵌入白色零件的白色塑料工件简称白芯塑料工件，嵌入黑色零件的白色塑料工件简称黑芯塑料工件；）送往加工站。 在加工单元完成对工件的一次压紧加工，然后送往分 拣单元。已装配和加工的成品工件如图 1 所示。图 1 已完成加工和装
3、配工作的工件2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目3 通过分拣机构，从 1 号槽和 2 号槽分别输出满足一定套件关系的工件，不满足套件关系的工件从 3 号槽输出作为散件。 从 1 号滑槽或 2 号滑槽 输出的总套件数达到指定数量 时，一批生产任务完成，系统停止工作。二、需要完成的工作任务(一) 自 动生 产线设备部件安装完成 YL-335B 自动生产线的供料、装配、加工、分拣单元和输送单元的部分装配工作，并把这些工作单元安装在 YL-335B 的工作桌面上。1、各工作单元装置侧部分的装配要求如下： 供料、装配和加工单元装置侧部分的机械部件安装、气路连接工作已完成，选 手须进
4、一步按工作任务要求完成该单元在工作桌面上的定位，并进行必要的装配检查和调整工作。 完成输送单元装置侧部件的安装和调整以及工作单元在工作台面上定位。装配的效果图如图 2、图 3 和图 4 所示。伺服电机伺服电机驱动器抓取机械手装置直线运动机构工作台 电磁阀组拖链原点开关右极限开关2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目4图 2 输送单元装置侧部分外观图图 3 直线运动传动组件和抓取机械手装置组装图图 4 抓取机械手装置及驱动装置的装配效果图 完成分拣单元装置侧部分部件的安装和调整以及工作单元在工作台面上定位。整个单元的装配效果图如图 5 所示。手臂伸缩气缸气动手指直线导轨底板伺
5、服电机及支架从动同步轮升降气缸大溜板导轨滑块同步带主动同步轮摆动气缸2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目5图 5 分拣单元装置侧装配效果图2、YL-335B 自动生产线各工作单元装置部分的安装位置如 图 6 所示。图中，长度 单位为毫米，要求安装误差不大于 1 毫米。2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目6图 6 YL-335B 自动生产线设备俯视图分拣单元5603104303502012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目7(二) 气路 连 接及调整1、按照图 7 和图 8 所示的输送和分拣单元气动系统图完成该二个工作单元的气路连接，并
6、调整气路，确保各气缸运行顺畅和平稳。图 7 输送单元气动系统原理图图 8 分拣单元气动系统原理图2、供料、装配和加工单元的气路分拣气缸 1 分拣气缸 2 分拣气缸 3气源 汇流板提升台气缸 手臂伸出气缸 摆动气缸 手指气缸2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目8连接已经完成，但仍须进一步调整气路，确保各气缸运行顺畅和平稳。(三) 电 路设计 和电路连接1、装配、加工工作站的电气接线已经完成，请根据实际接线确定 PLC的 I/O 分配，作为程序编制的依据。2、供料和输送单元合用一台 PLC 主机作为 系统中的主站。其中，采用西门子 S7-200 系列时，PLC CPU 模块为
7、 S7-200-226 DC/DC/DC 型；采用三菱 FX 系列 时， PLC CPU 模块为 FX1n-40MT。供料 -输送站的电气接线要求如下： 供料单元装置侧各传感器及电磁阀引出线均已连接到该单元底板上的接线端口上，接线端口信号端子的分配如表 1 所示。表 1 供料单元装置侧的接线端口信号端子的分配输入端口中间层 输出端口中间层端子号 设备符号 信号线 端子号 设备符号 信号线2 1B1 顶料到位 2 1Y 顶料电磁阀3 1B2 顶料复位 3 2Y 推料电磁阀4 2B1 推料到位5 2B2 推料复位6 BG1 出料台物料检测7 BG2 物料不足检测8 BG3 物料有无检测9#17#端
8、子没有连接 4#14#端子没有连接 输送单 元装置侧的接线端口信号包括该单元各传感器、气动元件驱动信号，以及伺服驱动器 I/O 控制信号。所使用的松下 A5 伺服驱动器X4 连接器（I/O 控制信号端口）的部分引脚信号如图 9 所示。请自行分配端子，完成装置侧的接线。2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目9图 9 伺服驱动器 X4 连接器部分引脚信号功能 请自行设计供料-输送站 PLC 的 I/O 分配，完成该站的电气接线。 根据工作任务的要求，设置松下 A5 伺服 驱动器的参数。4、在附页 01 图框内设计分拣单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图连接电路。电路图应包括
9、 PLC 的 I/O 端子分配和变频器主电路及控制电路。电路连接完成后应根据运行要求设定变频器有关参数（其中要求斜坡下降时间或减速时间参数不小于 1S），变频 器有关参数应以表格形式记录在所提供的电路图上。所设计的图纸的图形符号和文字符号应符合国标GB T 6988.1-2008 或机 标 JB/2740-2008、JB/2739-2008 的规定。附图 02 给出了配电箱的电气原理图。5、说明： 所有 连接到接线端口的导线应套上标号管，标号的编制自行确定。 PLC 侧所有端子接线必须采用压接方式。(四) 各站 PLC 网络连接2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目10本系
10、统的 PLC 网络指定供料-输送站作为系统主站。对不同厂家 PLC的系统，所指定的网络通信方式如下： 采用西门子 S7-200 系列时，指定为 PPI 方式。 采用三菱 FX 系列时，均指定为 N:N 方式。(五) 连 接触摸屏并 组态用户界面触摸屏应连接到系统中主站 PLC 的相应接口。在 TPC7062KS 人机界面上组态画面，要求用户窗口包括欢迎界面、安装测试界面和运行界面三个窗口。1、为生产安全起见，系统应设置操作员和负责人两个用户组别，并且要设置相应的用户密码。操作员权限可进入欢迎界面和主界面，不能进入测试画面， 负责人权限可以进入任何界面。2、欢迎界面是启动界面，触摸屏上电后运行，
11、欢迎界面屏幕上方的标题文字向右循环移动，循环周期约 14 秒。在欢迎界面可实现用户登录或退出，用“测试模式”、 “运行模式”按钮能分别切 换到安装测试界面和运行界面。欢迎界面如图 10 所示，其中的位图文件存放在个人计算机的“桌面技术文档”文件夹 中。2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目11图 10 欢迎界面3、安装测试界面用以测试生产线设备在安装完成后各工作单元的精确位置，应按照下列功能要求自行设计： 本机界面上应提供能切换到欢迎界面和运行界面的按钮，以及能清除各工作单元的安装位置的数据和“测试完成 ”信号的清零按钮。 本界面上应设置复位按钮以及初始状态指示灯。当 PL
12、C 上电后，需要进行初始状态检查和复位工作时，触摸复位按钮， PLC 执行复位程序，使抓取机械手各气缸处于初始位置，然后使装置返回到直线运动机构的参考点位置，此位置称为机构参考点，位于原点开关的中心线处。复位完成后，初始状态指示灯被点亮。 仅当复位完成，装置返回初始状 态后才能 进行装配、加工、分 拣等工作单元安装位置的精确测试。本界面上应设置适当的选择和操作开关，选择开关用于选定相应工作单元，点亮输送单元的按钮/指示灯模块上相应指示灯，以提示操作人员对该单元进行测试。如果复位过程尚未完成，初始状态指示灯尚在熄灭状态而触摸选择开关，则动作不予响应并且弹出相应2012 年江苏省高职院校技能大赛自
13、动线装配与调试竞赛项目12的提示框。操作开关用于在低速搜索测试单元的位置时，控制机械手臂伸出/缩回、左转/ 右转以进行精确寻找定位点。 界面中应设置装配、加工、分 拣等工作单元安装位置数据的显示构件、显示以脉冲数表示的的绝对坐标数据（以机构参考点为坐标原点）；此外尚应设置显示抓取机械手当前位置和当前速度的显示构件供调试用。 （当前速度的显示单位为每秒毫米，用正负号指示运动的方向） 接收到 PLC 发送的测试完成信号后，本界面的测试完成指示灯被点亮，同时弹 出提示框，提示“各单元安装位置数据 测试完毕！”。触摸提示框内“ 确定”按钮，提示框消失。 如果系统本次运行并非 设备安装后的首次运行，则
14、PLC 的掉电保持存储器中已保存了装配、加工、分拣等单元的安装数据和“ 测试完成”信号的置位状态。人机界面应读取上述安装数据并显示在触摸屏上。即使测试完成，点 动移动机械手装置的操作仍可进行，触摸屏上也应显示机械手当前位置的绝对坐标，然而安装数据不能再存储刷新。除非使用清零按钮清除安装数据和“测试 完成” 信号，才可以再次 进行安装数据的测试存储。4、运行界面窗口组态应按下列功能自行设计： 在人机界面上可设定计划生产套件总数，并生产过程中显示尚须完成的套件总数。 在人机界面上设定分拣单元变频器的运行频率（15Hz30Hz）。实时显示电机转速（单位:转速/分钟）。 提供系统启动信号。 提供能切换
15、到欢迎界面和测试界面的按 钮，只有系 统停止中，切换按钮才有效。 指示网络中各从站的通信状况（正常、故障）。 指示各工作单元的运行、故障状态。其中故障状态包括：2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目13 供料 单元的供料不足状态和缺料状态。 装配 单元的供料不足状态和缺料状态。 输送单元抓取机械手装置越程故障（左或右极限开关动作），以及工作单元运行中的紧急停止状态。发生上述故障时，有关的报警指示灯以闪烁方式报警。 当 计划生产任务完成，系统将停止全线运行，触摸屏应自动返回到欢迎界面。(六 )程序 编 制及调试系统的工作模式分为安装数据测试模式和运行模式。设备每次上电前应人工
16、清除各工作单元工作台上剩余的工件。1、安装数据测试模式安装数据测试模式包括检查设备上电后供料-输送站各气动装置是否处于初始位置和进行抓取机械手装置的复位操作，测试装配、加工、分拣等工作单元的安装数据。 初始位置检查和复位操作的主令信号来自 HMI 界面，其功能是执行使抓取机械手的摆动气缸和气动手指置于初始位置的操作，然后使装置返回到机构参考点位置。触摸安装测试界面上的复位按钮后，开始复位操作，返回机构参考点的速度可自行设定。复位过程中，输送单元按钮/指示灯模块中指示灯 HL1 以每秒 1 次的频率闪烁 ，复位完成后 HL1 保持常亮，直到进入安装数据测试操作或进入运行模式。 安装数据测试操作用
17、于设备安装完成后的首次运行，精确测定各工作单元绝对坐标数据（用脉冲数表示），测试结果存于 PLC 的掉电保持单元内，并显 示在人机界面上。进行安装数据测试操作时，人机界面发出测试操作开始信号，并依次指定待测试单元为装配单元、加工单元、分拣单元。当待测试单元指定为装2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目14配单元时，指示灯 HL3 点亮；指定为加工单 元时，指示灯 HL2 点亮；指定为分拣单元时，指示灯 HL2 和 HL3 同时以 2HZ 频率闪烁。操作者应根据人机界面指定的待测试单元，通过按钮/指示灯模块的按钮 SB1、SB2 和开关 SA 选择一定的速度点 动驱动抓取机械
18、手装置沿直线导轨运动，精确寻找待测试单元的位置。其中，按钮SB1实现正向点 动运转功能，按钮 SB2实现反向点动运转功能；选择开关SA1 指定 2档速度选择，第1档速度要求为50mm/s, 第2档速度要求为200mm/s 。在按下SB1或SB2 实现点动 运转时， 应允许切换SA1，改变当前运转速度。 （注：在低速搜索测试单元的位置时，可通过人机界面上的相应开关，单 步控制机械手夹紧工件、手臂提升/ 降低、手臂伸出/ 缩回、手臂左转/ 右转以便进行精确寻找） 每当寻找一个待测试单元位置的操作完成时，可同时按下 SB1、SB2 2秒时间加以确认，测试结果应存入相应的掉电保持存储器，同时发送到人机
19、界面显示该单元的安装数据。 当各工作单元的安装数据测试完成，可再次同 时按下 SB1、SB2 2秒时间加以确认，抓取机械手装置应以合适的速度返回参考点停止，然后置位“ 测试完成信号 ”并 传送到人机界面。2、系统正常的运行模式步骤如下： 人机界面切换到运行界面窗口后，供料-输送站 PLC 程序应首先检查各工作站是否处于初始状态。初始状态是指： 各工作单元气动执行元件均处于初始位置。 供料 单元料仓内有足够的待加工工件。 装配 单元料仓内有足够的小园柱芯件。 各工作单元和主站通讯正常。“测试 完成”信号置 1。2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目15 抓取机械手装置已返回参
20、考点停止。若上述条件中任一条件不满足，则安装在装配站上的绿色警示灯以0.5Hz 的频 率闪烁。 红色和黄色灯均熄灭。这时系统不能启动。如果上述各工作站均处于初始状态，绿色警示灯常亮。若人机界面中设定的计划生产套件总数大于零，则允许启动系统。这时若触摸人机界面上的启动按钮，系统启动。绿色和黄色警示灯均常亮，并且供料- 输送站、装配、加工站和分拣站的指示灯 HL3 常亮，表示系 统在全线方式下运行。 计划生产套件总数的设定只能在系统未启动或处于停止状态时进行，套件数量一旦指定且系统进入运行状态后，在该批工作完成前，修改套件数量无效。 若系统本次启动是上电后第一次进行全线运行，则系统应检查装配或加工
21、单元的工作台上有无工件，如有则作废品处理，处理过程如下：输送 单元抓取机械手应快速前进到有残留工件的工作单元处执行抓取工件的操作，前进速度自行确定。抓取 动作完成后，机械手臂逆时针旋转 90，伺服电机驱动机械手装置移动以 400mm/s 的速度运送工件，在传送带进料口上方把工件放下。 机械手装置完成放下工件的操作并缩回到位后，然后以 400mm/s 的速度返回参机构考点位置，在返回的过程中手臂应顺时针旋转 90。机械手臂缩回到位后，分拣站的变频器即启动，输出 35Hz 频率驱动传动电动机运行，把废品工件送往 3 号滑槽处推出。若装配或加工单元的工作台上没有工件，则进入正常启动过程，供料单元开始
22、供料过程。 供料单元的工作流程为：如果其出料台上没有工件，即进行把工件推到出料台上的操作，直到计划生产任务完成。 装配单元的工作流程： 2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目16 启动后，如果回转台上的左料盘内没有芯件，就执行下料操作；如果左料盘内有芯件，而右料盘内没有芯件，执行回转台回转操作。 如果回转台上的右料盘内有芯件且装配台上有待装配工件，开始执行装配过程。执行装配机械手抓取芯件，放入待装配工件中的操作。装入动作完成后，向系统发出装配完成信号。 完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。 若 计划生产任务已经完成，本站收到来自系统的停止运行指令时，则
23、芯料供料机构应立即停止供料；尚未进行装配时停止装配，但正在进行装配工作的情况下，装配单元在完成本次装配后停止工作，而装配完成信号应予保留。 如果装配站的料仓或料槽内没有芯件或芯件不足，应向系统发出报警或预警信号。 加工单元的工作流程：启动后，当加工台上有工件且被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。冲压动作完成且加工台返回待料位置后，向系统发出加工完成信号。当收到来自系统的停止运行指令时，若有待加工工件送到加工台上，不再进行加工工作；但在接收到停止运行指令时，正在进行加工工作的情况下，加工单 元在完成本次加工后停止工作，而加工完成信号应予保留。
24、 输送单元的工作流程 当装配单元装配台、加工 单元加工台、分拣单元传送带没有工件，则各单元须向主站发出来料请求，主站根据具体情况立即响应或滞后响应。 当装配单元有来料请求，且供料单元出料台上有工件时，输送站抓取机械手装置正在搬运中，则要完成当前工件的搬运工作，若空闲等待中2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目17应立即去机构参考点执行抓取供料站工件的操作。动作完成后，伺服电机驱动机械手装置以不小于 400mm/s 的速度移动到装配站装配台的正前方，把工件放到装配站的装配台上。 当加工单元有来料请求，且接收到装配完成信号后，输送站抓取机械手装置正在搬运中，则要完成当前工件的搬
25、运工作，若空闲等待中应立即去装配单元装配台正前方抓取已装配的工件，然后从装配站向加工站运送工件，到达加工站的加工台正前方，把工件放到加工台上。机械手装置的运动速度要求与相同。 当分 拣分拣单元有来料请求，且接收到加工完成信号后，输送站抓取机械手装置正在搬运中，则要完成当前工件的搬运工作，若空闲等待中应立即去加工单元加工台正前方执行抓取已压紧工件的操作。抓取动作完成后，机械手臂逆时针旋转 90，然后伺服电机驱动机械手装置移动以400mm/s 的速度到分 拣 站进料口。执行在传送带进料口上方把工件放下的操作。机械手装置完成放下工件的操作并缩回到位后，然后以 300mm/s 的速度返回到装配站装配台
26、正前方位置，等待下次来料请求。在返回的过程中手臂应顺时针旋转 90。说明：装配单元、加工单元、分拣单元的来料请求优先满足条件者先处理。 分拣站的工作流程：分拣站接收到系统发来的启动信号时，即进入运行状态。当输送站机械手装置放下工件、缩回到位后，分拣站的变频器即启动，驱动传动电动机以 70%人机界面所指定的变频器运行频率的速度，把工件 带入分拣区进行分拣，工件分 拣原则如下：满足第一种套件关系的工件( 每个黑芯金属工件和一个黑芯塑料工件搭配组合成一组套件，不考虑排列顺序) 到达 1 号滑槽中间时， 传送带停止，推料气缸 1 动作把工件推出；满足第二种套件关系2012 年江苏省高职院校技能大赛自动
27、线装配与调试竞赛项目18的工件(每个白芯金属工件和一个白芯塑料工件搭配排列成一组套件，按白芯金属工件在前、白芯塑料工件在后顺序排列) 到达 2 号滑槽中间时，传送带停止，推料气缸 2 动作把工件推出。不满足上述套件关系的工件到达 3号滑槽中间时，传送带停止，推料气缸 3 动作把工件推出。当分拣气缸活塞杆推出工件并返回后，向系统发出分拣完成信号。说明：假设每当一套套件在分拣单元被分拣推出到相应的出料槽后，即被后序的打包工艺设备取出，打包工艺设备不属于本生产线控制。 系统的正常停止从分拣站 1 号滑槽和 2 号滑槽输出的总套件数达到指定数量时，一批生产任务完成，系统发出停止运行指令。停止运行指令发
28、出后的处理要求如下：若输 送站抓取机械手装置正在夹持工件向装配站或加工站运动，则达到目标站后，抓取机械手装置应执行在目标站放下工件的操作，然后以300mm/s 的速度返回机构参考点。 若输送站抓取机械手装置正在夹持工件向分拣站运动，则达到分拣站后，抓取机械手装置应执行在分拣站进料口放下工件的操作，手臂缩回后，然后以 350mm/s 的速度返回机构参考点，在返回过程中顺时针旋转90。此 时，在分拣站进 料口放下的工件直接送往 3 号槽。上述操作完成后，警示灯中黄色灯熄灭，绿色灯仍保持常亮，系统处于停止状态。触摸屏的界面自动返回安装测试界面。 停止后的再启动 为再次启动系统，应首先触摸欢迎界面的“
29、运行模式” 按钮切换到运行窗口界面（操作者至少具有操作员权限的用户）。然后再触摸启动按钮，系统又重新进入运行状态。再次投入运行后，系统应根据前次运行结束时，供料单元的出料台，装2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目19配、加工站的装配台或加工台上，分拣站的进料口处是否有工件存在，确定系统的工作流程。3、运行模式下的异常工作状态 工件供给状态的信号警示如果发生来自供料站或装配站的“工件不足够” 的预报警信号或“工件没有” 的报警信号，则系统动作如下：如果 发生“ 工件不足够”的预报警信号警示灯中红色灯以 1Hz 的频率闪烁，绿 色和黄色灯保持常亮。系统继续工作。如果 发生“
30、工件没有”的报警信号，警示灯中红色灯以亮 1 秒，灭 0.5秒的方式闪烁；黄色灯熄灭，绿色灯保持常亮。若“工件没有 ”的报警信号来自供料站，且供料站物料台上已推出工件，系统继续运行，直至完成该工作周期尚未完成的工作。当该工作周期工作结束，系统 将停止工作，除非“工件没有”的报警信号消失，系统不能再启动。若“工件没有 ”的报警信号来自装配站，且装配站回转台上已落下芯件，系统继续运行，直至完成该工作周期尚未完成的工作。当该工作周期工作结束，系统 将停止工作，除非“工件没有”的报警信号消失，系统不能再启动 输送站急停系统运行中若按下输送站急停按钮，则输送站立即停车。在急停复位后，应从急停前的断点开始
31、 继续运行。三、注意事项 当选手不能联机动作时，允许选手通过单 站工作方式来展示各单元的功能。 选 手应 在附页电路框图中完成分拣单元 PLC 的 I/O 端子分配、变频器主电路和控制电路设计图以及变频器参数设置表。2012 年江苏省高职院校技能大赛自动线装配与调试竞赛项目20 选手提交最终的 PLC 程序，存放在 “D:2012 自动线XX ”文件夹下(XX: 工位号) 。选手的试卷用工位号标识，不得写上姓名或与身份有关的信息（竞赛时每组发放二套试题，选手将所有答案集中写在其中一套上并在试卷的封面标明“答卷 ”，二套 试题一并收回）。 比赛中如出现下列情况时另行扣分： 调试过程中由于撞击造成抓取机械手不能正常工作扣 15 分。 选手认定器件有故障可提出更 换，经裁判测定器件完好时每次扣3 分，器件确实损坏每更换一次补时 5 分钟。 由于错误接线等原因引起 PLC、伺服电机及驱动器、变频器和直流电源损坏，取消 竞赛资格。
