职业院校技能大赛机电一体化设备组装与调试赛项-样题.doc
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2022年江西省职业院校技能大赛
中职组
机电一体化设备组装与调试赛项
（样题）
任
务
书
2022年12月南昌
某联轴器自动分选包装生产线安装
工作目标：
按任务书的要求完成某联轴器自动分选包装生产线的机械设备安装、电路及气路安装与调试，并完成设备电路、气路及传感器灵敏度的测试及调试，根据某联轴器自动分选包装生产线运行的功能要求，完成PLC程序的编写，制作人机交互界面，并完成生产线的联调。
编写工业机器人的运行程序，按要求控制I/O信号就能实现联调功能。
工作时间：
7小时
注意事项：
1.竞赛全程佩戴安全帽；
2.设备上电前，必须请示现场裁判；
3.竞赛结束前，做好本工位的清洁卫生及相关工具整理；
4.技术手册以压缩包格式存储在计算机D盘的根目录下。
一、单元组装
1.部件位置调整（输送机、阀岛、工业机器人等组件）；
2.输送单元1组装；
3.输送单元2组装；
4.电路组装；
5.气动系统安装；
6.智能配送系统布局及安装；
7.根据某联轴器自动分选包装生产线运行的功能要求，完成PLC程序的编写，制作人机交互界面，并完成生产线的联调。
工业机器人已经连接，编写好运行程序，然后按I/O地址进行控制。
二、某联轴器自动分选包装生产线安装
（一）某联轴器自动分选包装生产线布局及安装
图1某联轴器自动分选包装生产线示意图
某联轴器自动分选包装生产线如图1所示（选手操作时站在端子排一侧），PLC、电源、以及相关电机驱动器已经安装在设备台面下的控制板上。
配送系统由两台PLC进行控制，PLC安装在设备平台下，中间位置的抽屉式控制板上，其布局如图2所示，靠近工业机器人侧的PLC作为主站，靠近直角坐标机械手的PLC作为从站。
主站PLC负责立体仓库、输送单元2的电机、输送单元1整体以及与工业机器人的交互控制；从站PLC完成输送单元2的推料、中转平台和直角坐标机械手的交互控制。
图2控制台布局图
工业机器人和直角坐标机械手已经安放在工作台上，请根据《某联轴器自动分选包装生产线布局图》（图号01）所示的各单元位置关系（没有标注定位尺寸的请自行确定），完成某联轴器自动分选包装生产线的搭建。
按图1所示位置安装行线槽、端子排和电磁阀组。
直角坐标机械手相关的传感器已经安装好。
注意事项：
1.工业机器人、上料平台B、立体仓库、夹具快换站位置已经固定，自行编写运行程序，选手不得调节他们的相对位置，若自行调节造成搬运不到位，抓不准工件等情况，选手自行承担后果。
2.供料平台B的高度已经固定，能够和机器人协调工作，选手安装输送带1后，需要和平台B调整相对位置和高度，能够将工件平稳可靠的推到时送机上，但是不能调节平台B的位置和高度。
3.机器人已经接好，无需选手安装。
（二）电路连接
1．电源与接地
整条生产线的电源已经引入到控制台上，如图2所示，请正确连接系统中PLC、触摸屏、各种电磁阀、传感器等设备的电源接线；图1中所示的各单元或组件有用电设备的均需连接接地线。
注意：
1）三菱系统的PLC输入电源为AC220V，L接火线和N接零线；I/O扩展模块输入电源为DC24V。
2）选择西门子系统的PLC输入电源为DC24V；交换机电源为DC24V。
2．PLC及工业机器人I/O连接
根据表1～4所示PLC的I/O地址连接相关电路，连接的电路应符合工艺规范要求。
工业机器人数字输出端需通过中间继电器后再接到PLC的输入端。
表1～4中，明确了线号管标识的，请根据表中的标识打印线号管，没有明确的，请自行确定相应标识。
3.工业机器人的控制方式介绍
选手自行编写工业机器人相关的控制程序，对相应的PLC发出指令，机器人会按预定的程序搬运工件或者拾取夹具。
例如，主站X30信号为ON，表示机器人处于等待状态，这时候Y30输出为ON，则机器人自动运行到夹具快换站拾取万能夹具，之后回到原点等待。
机器人运行时，X31信号为ON，夹具拾取完成，回到原点后X30信号为ON，其他动作雷同，详细说明附后。
表1主站PLC输入地址分配表
输入端子
功能说明
线号管标识
备注
X0
编码器A相
Encoder-A
X1
编码器B相
Encoder-B
X2
A端检测光电开关
X3
F端检测光电开关
X4
推料C伸出检测
X5
推料D伸出检测
X6
推料E伸出检测
X7
启动按钮
Start-1
X10
停止按钮
Stop-1
X11
选择开关
SW-1
X12
急停按钮
E–Stop-1
X13
超声波信号（高度检测）
4-20mA
X30
机器人DO1
Rob-DO1
机器人处于等待状态
X31
机器人DO2
Rob-DO2
机器人处于运动状态
X32
机器人DO3
Rob-DO3
机器人取手爪完成
X33
机器人DO4
Rob-DO4
机器人放手爪完成
X40
机器人DO5
Rob-DO5
机器人放料完成
X41
机器人DO6
Rob-DO6
X42
机器人DO7
Rob-DO7
X43
机器人DO8
Rob-DO8
表2主站PLC输出地址分配表
输出端子
功能说明
线号管标识
备注
Y0
传送带2脉冲
PUL
Y3
传送带2方向
DIR
Y4
变频器正转
UF-FWD
Y5
变频器反转
UF-REV
Y6
变频器高速
UF-H
Y7
变频器低速
UF-L
Y11
驱动推料C
Y12
驱动推料D
Y13
驱动推料E
Y25
HL1黄灯（指示灯）
HL–Y-1
Y26
HL2绿灯（指示灯）
HL–G-1
Y27
HL3红灯（指示灯）
HL–R-1
Y30
机器人DI1
Rob-DI1
机器人进行取手爪
Y31
机器人DI2
Rob-DI2
机器人进行放手爪
Y32
机器人DI3
Rob-DI3
机器人取放1位置物料
Y33
机器人DI4
Rob-DI4
机器人取放2位置物料
Y40
机器人DI5
Rob-DI5
机器人取放3位置物料
Y41
机器人DI6
Rob-DI6
机器人取放4位置物料
Y42
机器人DI7
Rob-DI7
机器人取放5位置物料
Y43
机器人DI8
Rob-DI8
机器人取放6位置物料
注：
（1）FANUC机器人:
FANUC机器人采用的是内部控制的方式控制机器人快换手抓的更换及夹紧，当机器人内部信号RO[1]=ON时，机器人吸取夹具；当机器人内部信号RO[1]=OFF时，机器人放置夹具。
当机器人内部信号RO[3]=ON时，机器人手抓夹紧；当机器人内部信号RO[3]=OFF时，机器人手抓松开。
（2）机器人处于等待状态：
机器人位于原点等待PLC控制信号，机器人程序在主程序内循环运行，此时“机器人处于等待状态（X30/Rob-DO1）”状态为ON，其余4个信号均为OFF。
（3）机器人处于运动状态：
机器人收到PLC控制信号，机器人程序根据PLC信号进入不同功能子程序进行对应动作。
此时“机器人处于等待状态（X30/Rob-DO1）”状态为OFF，“机器人处于运动状态（X31/Rob-DO2）”状态为ON。
（4）机器人取/放夹具完成：
机器人根据PLC指令进入取/放夹具程序，完成相应动作回到原点后对应信号的状态变为ON。
（5）机器人放料完成：
机器人根据PLC指令从对应位置抓取工件，并放置到B位置，放置完成后“机器人放料完成（X40/Rob-DO5）”状态变为ON。
（6）机器人进行取夹具：
当（Y30/Rob-DI1）接通时，机器人进入取夹具子程序，执行取夹具动作，完成后回原点等待。
（7）机器人进行放夹具：
当（Y31/Rob-DI2）接通时，机器人进入放夹具子程序，执行放夹具动作，完成后回原点待机。
（8）机器人取放N位置物料
当机器人接收到该信号时，将前往对应位置抓取物料，抓取完成后将物料放置到立柱平台B位置，完成后回原点等待。
表3从站PLC输入地址分配表
输入端子
功能说明
线号管标识
备注
X0
X1
X2
X轴左限位
X3
X轴原点
X4
X轴右限位
X5
Y轴左限位
X6
Y轴原点
X7
Y轴右限位
X10
Z轴下降限位
X11
Z轴上升限位
X12
G端检测光电开关
X13
M端检测光电开关
X14
推料K伸出检测
X15
推料H伸出检测
X16
推料J伸出检测
X24
起动按钮
Start-2
X25
停止按钮
Stop-2
X26
选择开关
SW-2
表4从站PLC输出地址分配表
输出端子
功能说明
线号管标识
备注
Y0
X轴脉冲信号
Y1
Y轴脉冲信号
Y2
Z轴脉冲信号
Y3
X轴方向信号
Y4
Y轴方向信号
Y5
Z轴方向信号
Y6
机械手快换松
Y7
机械手快换紧
Y10
机械手手爪松
Y11
机械手手爪紧
Y12
警示灯黄
ALM-Y
Y13
警示灯绿
ALM-G
Y14
警示灯红
ALM-R
Y15
卡料气缸
Y16
驱动推料K
Y17
驱动推料H
Y20
驱动推料J
Y21
Y22
Y23
Y25
HL1黄灯（指示灯）
HL-Y-2
Y26
HL2绿灯（指示灯）
HL-G-2
Y27
HL3红灯（指示灯）
HL-R-2
3.网络及其他
请完成PLC网络连接；主、从站PLC与对应触摸屏的连接；
（三）气路连接及调节
按《设备气动系统图》（图号02）连接气动系统的气路，调节输入气压和各节流阀，使气缸运行平稳。
气路的布局、走向、绑扎应符合工艺规范。
（四）参数设置
直角坐标机械手相关的伺服驱动器参数已经设置完毕，相关参数如下表：
序号
参数
设置值
功能和含义
参数编号
参数名称
X轴
Y轴
1
Pr0.01
控制模式
0
0
0：
位置控制模式
2
Pr0.02
实时自动调整设定
1
1
1：
基本模式，不进行偏载重和摩擦补偿，也不使用增益切换。
3
Pr0.03
实时自动调整机械刚性设定
12
20
设定值增大，则速度响应性变快，伺服刚性也提高，但容易产生振动。
请在确认动作的同时，将设定值由低向高进行调整。
4
Pr0.04
惯量比
250
250
设定负载惯量与电机的转子惯量的比，
Pr0.04=（负载惯量/转子惯量）×100%
5
Pr0.06
指令脉冲旋转方向设定
1
1
正方向运行时，方向信号为“H”；
负方向运行时，方向信号为“L”。
6
Pr0.07
指令脉冲旋转输入模式设定
3
3
脉冲列+符号
7
Pr0.08
电机每旋转一圈的指令脉冲数
7500
7500
设定电机每旋转一圈的指令脉冲数
8
Pr5.04
驱动禁止输入设定
2
2
POT/NOT输入任意一方将会发生Err38【驱动禁止输入保护】
9
Pr5.28
LED初始状态
1
1
1：
电机速度
注：
X轴和Y轴的导程为75mm，Z轴的导程为3mm。
变频器参数请自行设置（输送单元1），传送带高速运行时，变频器输出频率为35Hz，低速运行为25Hz。
光纤传感器的设置请参考手册。
三、某联轴器自动分选包装生产线概述
某联轴器自动分选包装生产线可根据订单的要求将某联轴器按外径Φ、高度L进行分选包装成套件。
可供分选包装的某联轴器有三种正品规格，其外径Φ×高度L分别为：
20mm×30mm、25mm×35mm和30mm×42mm，对应的产品代码分别为2030、2535和3042。
图1某联轴器自动分选包装生产线布局示意图
生产线主要由立体仓库、工业机器人（含机器人夹具快换站）、输送单元1（含高度检测组件）、直角坐标机械手、中转平台、输送单元2和警示灯组成，各单元及模块的总体布局如图1所示。
整条生产线由两套PLC、触摸屏系统进行控制，控制模式分为调试模式和自动生产模式。
在调试模式下，主站PLC负责工业机器人和输送单元1的交互控制；从站PLC完成输送单元2和直角坐标机械手的交互控制。
主、从站触摸屏和按钮指示灯模块实现相应单元的监控。
在自动生产模式下，主、从站PLC控制的单元、模块与调试模式相同。
选手编写PLC及触摸屏程序，使生产线能按功能要求正常运行。
四、生产线运行的功能要求
（一）生产线上电后的初始状态
某联轴器自动分选包装生产线上电后，各单元复位为初始状态。
即输送单元2不运转，卡料斜槽松开，各推料气缸缩回；工业机器人各轴回到原点位置；输送单元1不运转，各推料气缸缩回；直角坐标机械手各轴回到原点位置；黄色和绿色警示灯闪烁（1Hz）；两台触摸屏均显示如图2所示的登录界面。
注：
调试时，工业机器人和直角坐标机械手的手腕部应处于无手抓状态。
（在调试过程中，出现手抓跌落的情况属安全文明操作不规范）
图2系统登录界面
系统密码为“2022JX”，如果登录密码正确，则系统进入下一界面；若不正确，则弹出对话框，显示“密码错误！
”，3秒后对话框消失，登录密码编辑框清空。
登录成功后进入的界面与主站PLC旁边的选择开关的状态有关（左位为调试模式，右位为自动生产模式）。
当选择开关在左位时，则主、从站触摸屏均进入“调试界面”；选择开关在右位时，主、从站触摸屏均进入“生产与总控”界面。
改变选择开关的状态，主、从站触摸屏同时切换。
（二）调试模式
1.主站调试
主站调试界面如图3所示，触摸屏中左边选择调试单元，默认选项为“工业机器人”。
图3主站调试界面
主站调试界面如图3所示，主从站通信成功，触摸屏中“主站准备就绪”“从站准备就绪”指示灯默认为绿色，如果通信不成功，指示灯为黄色。
按下【调试单元选择】按钮，指示灯中显示“主站调试”，选择“工业机器人调试”按钮转变为绿色，该状态表示可对工业机器人进行调试。
选择“输送单元1调试”按钮转变为绿色，该状态表示可对输送单元1进行调试。
选择调试对象后，信息显示区才能出现调试对象，否则信息显示区为空白区域。
（1）工业机器人调试
工业机器人调试的主要目的是测试工业机器人从立体仓库抓取工件的准确性。
图4立体仓库库位分布图
立体仓库的库位分布如图4所示，1到6号库位为立体仓库的最底层，1号和2号库位共用一个托盘，以此类推，1～18号库位总计摆放9个托盘。
调试开始前，所有库位都要摆放托盘。
设备起动前，请选手按裁判要求随机将工件和托盘放入1-18号库位。
调试单元选择“工业机器人”，工业机器人调试按钮变为绿色。
按下主站PLC边上的启动按钮，机器人能够自动运行到工具快换站抓取万能手抓，之后回到原点，到达原点后，马上去立体仓库1号位置，将工件搬运到供料平台B，放下工件后，返回原点，工件停留在平台B。
之后工业机器人将万能夹具放回工具快换站，回原点等待，工业机器人调试完毕。
工业机器人运行过程中，信息显示区相应的指示灯为绿色并保持。
（2）输送单元1调试
当机器人将工件放到平台B后，从触摸屏选择输送单元1调试按钮，准备调试输送单元1，输送单元1调试按钮变为绿色。
按下主站PLC边上的启动按钮，平台B上的气缸将工件平稳推到输送机的皮带位置C处，气缸收回到位后，输送机启动，带动工件由左至右向位置A运行（反转），到达位置A后停留2秒，带动工件由右至左向位置F运行（正转），将工件经过超声波传感器检测后送到位置D，由位置D气缸推入斜槽，完成调试。
输送机1运行过程中，信息显示区相应的指示灯为绿色并保持。
2.从站调试
按下【调试单元选择】按钮，指示灯中显示“从站调试”，选择“直角坐标机器人调试”按钮转变为绿色，该状态表示可对直角坐标机器人进行调试。
选择“输送单元2调试”按钮转变为绿色，该状态表示可对输送单元2进行调试。
选择调试对象后，信息显示区才能出现调试对象，否则信息显示区为空白区域。
图5从站调试界面
从站触摸屏调试界面如图5所示，通过切换按钮，可实现调试对象（直角坐标机器人、输送单元2）的选择，选中的测试对象显示为绿色（默认测试对象为直角坐标），通过切换按钮选择其他测试对象，切换前的调试对象需要安全合理复位。
测试前请自行设置好设备正常运行所需的参数和原点位置。
（1）直角坐标机械手调试
直角坐标机械手调试的主要目的是确定机械手搬运工件的准确性。
调试过程中需要完成3个轴的夹具抓取调试和2次工件搬运调试。
（I）3个轴的夹具抓取调试：
当直角坐标机械手在原点位置，
按下主站PLC旁边的启动按钮，机械手运行到工具快换架的右位，抓取2030工件对应的夹具，拾取夹具后，回到原点等待。
选手在裁判的指令下，在中转平台位置1放入1个2030号工件。
（II）2次搬运调试：
当直角坐标机械手拾取夹具回到原点位置后，马上去中转平台位置1，将平台上的工件搬运至输送机构2的位置G，放下工件后回到原点，当机器人回到原点后，再次出发，将刚才搬运的工件放回中转平台位置2，之后将2030号夹具放回初始位置，完成调试。
在整个调试过程中，信息显示区相应的指示灯为绿色并保持。
（三）自动生产模式
本生产线能够对三种已经生产好的工件进行条件筛选，将符合要求的工件进行分拣包装，将不需要或者要进行下一环节分拣的产品进行搬运包装。
具体流程如下：
1、生产流程
图6主、从站智能配送界面
登录成功后进入的界面与主站PLC旁边的选择开关的状态有关（左位为调试模式，右位为自动生产模式）。
当选择开关在左位时，则主、从站触摸屏均进入“调试界面”；选择开关在右位时，主、从站触摸屏均进入“XX智能配送系统”界面。
改变选择开关的状态，主、从站触摸屏同时切换。
当进入系统智能配送界面后，如图6所示，当前生产进度信息显示的是输送带1上边位置E对应的斜槽所生产的工件，产品来源表示在立体仓库的位置信息，设备状态实时显示当前有动作的机构信息，绿色为正在工作，黄色为等待状态。
启动前设备应处于原点复位状态，若设备不再原点，请自行合理复位。
按下触摸屏上启动按钮，工业机器人启动，运行到夹具快换站拾取万能夹具，夹具位置已经由程序指定，拾取夹具后，机器人回到原点，再从原点出发到立体仓库按1、2、11、12、13、14号位置顺序将工件搬运至平台B。
如果平台B上面还有工件，则机器人放完工件后回到原点等待，等平台B工件被推出后，继续搬运。
机器人将六个工件全部搬运至平台B后，将万能夹具放回快换站，回原点等待。
当位置B有工件，人工确认后，手动按下主站PLC边上的启动按钮，平台B上的推料气缸动作，将工件平稳推到输送机1上边，退料气缸缩回，缩回到位后，输送机1启动。
输送机由左向右带动工件运行到位置A（反转），暂停两秒，之后电机正传，带动工件由右向左往位置F方向运行，在运行到位置C的超声波传感器时，暂停1秒进行检测，此时如果检测出是3042型的工件，则由输送机运送到位置E推入位置E对应的斜槽，其后必须跟随推入的为2535型工件。
每两个工件为一套，每完成一套工件分配后，可重新分配。
如果第一个检测的工件为2030型工件，则由输送机运送到位置F，由直角坐标机械手搬运至中转平台，中转平台工件的存放顺序为由小到大顺序存放。
如果第一个检测的工件型号是2535型，则认为是当前不需要的工件，由输送机运送到位置D，推入位置D对应斜槽，以备将来使用。
在分拣过程中，凡遇到不符合当前需要的工件，均由输送机运送到D槽回收。
当输送机1将工业机器人搬来的六个工件全部分拣完成后，各部件回到初始位置等待。
直角坐标机器人需要搬运工件时，直角坐标机器人先到夹具快换站拾取合适的夹具，再进行工件的搬运。
当六个工件全部分拣完后，中转平台上的工件需要进行包装。
中转平台上的工件搬出顺序为由大到小的顺序。
直角坐标机器人将中转平台上的工件搬运到输送机2的右端G位置，输送机2正传运行，将工件送到2030型工件对应的斜槽，全部工件分拣完成后，系统回到初始位置，进入等待状态。
运行过程中，随时按下触摸屏上的停止键，设备即刻停止，再次按下触摸屏上的启动键，继续运行。
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