QA-RX01型工業(yè)4.0模擬實(shí)訓(xùn)考核系統(tǒng)一、實(shí)訓(xùn)考核裝置的結(jié)構(gòu)和工作過程

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、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)械搬運(yùn)、智能倉儲(chǔ)入庫等工作站，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(tái)以及的傳感器、電磁閥構(gòu)成，如圖1所示。

本站工作過程如下：系統(tǒng)啟動(dòng)后，推料氣缸推出，把料槽中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)械伸出并抓取該工件，并將其運(yùn)送往加工站。

⑵加工站

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

本站的功能是完成一個(gè)對(duì)工件的沖壓加工過程，流程如下：

搬運(yùn)站機(jī)械把工件運(yùn)送到物料臺(tái)上→機(jī)械指夾緊工件→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)械指松開→搬運(yùn)站機(jī)械伸出并夾緊工件，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(dāng)搬運(yùn)站的機(jī)械把工件運(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→爪提升→臂伸出→爪下降→爪松開的動(dòng)作順序，把小園柱工件順利裝入大工件中，搬運(yùn)站機(jī)械伸出并抓取該工件，并將其運(yùn)送往物料分解站。

⑷分揀站

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的裝配好的工件進(jìn)行分揀。當(dāng)搬運(yùn)站送來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、電磁閥和原點(diǎn)定位開關(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)械單元和直線位移位置控制單元兩部分，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)械整體先提升到位后爪伸出到位后爪夾緊，爪夾緊到位爪開始縮會(huì)機(jī)械整體下將到位后，步進(jìn)電機(jī)開始工作按設(shè)定好的脈沖量到加工站。加工站到位后機(jī)械整體提升，提升到位后爪伸出伸出到位后機(jī)械整體下降，下降到位后工件已放入加工站物料臺(tái)上，然后爪松開，松開到位后機(jī)械回縮，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)線加工過程。

（6）6自由度工業(yè)機(jī)械搬運(yùn)

由6自由度工業(yè)機(jī)械本體（RV-2F-1D-S11）、工業(yè)機(jī)械驅(qū)動(dòng)器(CR751-D)、抓輸入輸出電纜、I/O通訊模塊、控制電纜、示教器、夾緊機(jī)械的傳感器、電磁閥構(gòu)成。六軸機(jī)器人對(duì)經(jīng)過檢測(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(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)、庫體（全鋁結(jié)構(gòu)）、垛（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、指及按鈕角板等部分組成；

電氣部件由西門子PLC（CPU226DC/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(jī)上可進(jìn)行各種功能設(shè)定及選擇，并能實(shí)時(shí)監(jiān)控倉庫的狀態(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(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(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：