TC-GJD01型光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)考核裝置

一、系統(tǒng)概述：

   TC-GJD01型光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)考核裝置由安裝在鋁合金導(dǎo)軌式實(shí)訓(xùn)臺(tái)上的輸送站、送料站、加工站、裝配站和分揀站等5個(gè)工作站組成，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)；采用RS485串行通訊方式實(shí)現(xiàn)分布式的控制或PLC主站及遠(yuǎn)程I/O實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)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)線的加工過程。根據(jù)機(jī)械平臺(tái)的工藝過程，TC-GJD01型采用RS485串行通訊方式實(shí)現(xiàn)分布式的控制系統(tǒng)。（也可以選為西門子或其它品牌的PLC進(jìn)行控制）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，以輸送站PLC（FX2N-32MT）為主站，其余各站為從站構(gòu)成N：N通訊網(wǎng)絡(luò)。

二、技術(shù)參數(shù)：

1．交流電源：單相三線制，AC 220V±10%  50 Hz；

2．溫度：-10℃~40℃；環(huán)境濕度：≤90%（25℃）；

3．實(shí)訓(xùn)桌外形尺寸：長×寬×高=1800mm×880mm×780mm；

4．整機(jī)消耗：≤1.5kVA；

5．氣源工作壓力：最小0.4Mbar，最大1Mbar；

6．安全保護(hù)措施：具有接地保護(hù)、漏電保護(hù)功能，安全性符合相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)；采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護(hù)套的高強(qiáng)度安全型實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。

三、裝置結(jié)構(gòu)：

該光機(jī)電一體化考核裝置臺(tái)面執(zhí)行部件由安裝在鋁合金導(dǎo)軌式實(shí)訓(xùn)臺(tái)上的輸送站、供料站、加工站、裝配站和分揀站及接線端子盒、控制模塊等單元組成。

1、供料站：

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

本站工作過程如下：工件垂直疊放在料倉中，推料缸處于料倉的底層并且其活塞桿可從料倉的底部通過。當(dāng)活塞桿在退回位置時(shí)，它與最下層工件處于同一水平位置，而夾緊氣缸則與次下層工件處于同一水平位置。在需要將工件推出到物料臺(tái)上時(shí)，首先使夾緊氣缸的活塞桿推出，壓住次下層工件；然后使推料氣缸活塞桿推出，從而把最下層工件推到物料臺(tái)上。在推料氣缸返回并從料倉底部抽出后，再使夾緊氣缸返回，松開次下層工件。這樣，料倉中的工件在重力的作用下，就自動(dòng)向下移動(dòng)一個(gè)工件，為下一次推出工件做好準(zhǔn)備。

2、加工站：

加工站主要由物料臺(tái)、夾緊機(jī)械手、物料臺(tái)伸出/縮回氣缸、加工（沖銑）機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)的傳感器、電磁閥等構(gòu)成。

本站的功能是完成一個(gè)對工件的沖壓加工過程，流程如下：

輸送站機(jī)械手把工件運(yùn)送到物料臺(tái)上→物料檢測傳感器檢測到工件→機(jī)械手指夾緊工件→物料臺(tái)回到加工區(qū)域沖銑氣缸的下方→沖銑氣缸向下伸出→電機(jī)開始沖銑工件→完成沖銑動(dòng)作后向上縮回→沖銑氣缸縮回到位→物料臺(tái)重新伸出→到位后機(jī)械手指松開→搬運(yùn)站機(jī)械手伸出并夾緊工件，將其運(yùn)送往裝配站。

3、裝配站：

裝配站主要有：簡易料倉、供料機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)物料臺(tái)、機(jī)械手、半成品工件的定位機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)系統(tǒng)及其電磁閥組、用于電器連接的端子排組件、用于其他機(jī)構(gòu)安裝的鋁型材支架及底板、傳感器安裝支架等其它附件。

該單元的基本工作過程是：料倉中的物料在重力作用下自動(dòng)下落，通過兩直線氣缸的共同作用，分別對底層相鄰兩物料夾緊與松開，完成對連續(xù)下落的物料的分配，被分配的物料按指定的路徑落入位置轉(zhuǎn)換裝置，擺臺(tái)完成180度位置變換后，由前后移動(dòng)氣缸，上下移動(dòng)氣缸，氣動(dòng)手指所組成的機(jī)械手夾持并位移，再插入已定位的半成品工件中。

4、分揀站：

分揀站主要有傳送帶、直流減速電機(jī)、推料氣缸、物料槽、電磁閥和定位光電傳感器及區(qū)分黑藍(lán)工件的傳感器構(gòu)成。

本站的功能是完成從裝配站送來裝配好的工件進(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到時(shí)，電機(jī)開始工作，工件開始送入分揀區(qū)，如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為藍(lán)色，則由檢測藍(lán)色物料的傳感器動(dòng)作，作為2號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將藍(lán)色料推到2號(hào)槽里，如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為黑色，由檢測黑色的傳感器作為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。

5、搬運(yùn)站：

搬運(yùn)站主要有步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、線性導(dǎo)軌、三自由度搬運(yùn)機(jī)械手、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)工作站輸送工件，系統(tǒng)分為三自由度抓取機(jī)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(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)檢測傳感器檢測到有工件時(shí)，機(jī)械手整體先復(fù)位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(huì)機(jī)械手整體提升到位后，步進(jìn)電機(jī)開始工作運(yùn)行到加工站（按設(shè)定好的脈沖量到達(dá)加工站）。到達(dá)加工站后，手爪伸出到位后機(jī)械手整體下降，下降到位后工件已放入加工站物料臺(tái)上，然后手爪松開，松開到位后機(jī)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(gè)自動(dòng)生產(chǎn)線的加工過程。

6．端子盒：

主要功能：為學(xué)員提供安全完備的實(shí)驗(yàn)操作接口，實(shí)驗(yàn)裝置中使用到的各類電氣元件的端口和接線均引至端子盒，以開放式的結(jié)構(gòu)供實(shí)訓(xùn)人員接線調(diào)試。

基本機(jī)構(gòu)：金屬接線盒、安全插圈等組成，接入接線盒端的導(dǎo)線均給出對應(yīng)元件的標(biāo)簽說明，方便學(xué)員接線與查線。

7．控制模塊：

控制部件以模塊的形式放置在采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和抽屜式模塊放置架上，各模塊由防水盒加工制成，包括機(jī)電一體化中典型的控制元件（PLC、驅(qū)動(dòng)器）。

1）PLC模塊：PLC鑲嵌在防水盒內(nèi)，防水盒表面固定有安全插座。PLC的各端子均連接于安全插座之上；

2）電源模塊：外部輸入AC220V交流電源，內(nèi)置DC 24V開關(guān)電源，面板安裝有保險(xiǎn)絲?？煞謩e輸出AC220V、DC 24V電源供裝置中其他電氣元件的電源輸入；

3）步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器模塊：輸送站的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器安裝于防水盒表面，更方便學(xué)員隨時(shí)調(diào)節(jié)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)參數(shù)及細(xì)分?jǐn)?shù)。所有接線端都以安全插座的形式固定于防水盒面板之上；

4）按鈕指示燈模塊：包含有4路帶自鎖的紅色按鈕、4路綠色指示燈以及模式選擇開關(guān)；

5）回路控制模塊：包含有DC24V安全保險(xiǎn)絲、上電按鈕、急停按鈕，同時(shí)還配有上電、急?？刂苹芈防^電器并配備繼電器線圈指示燈（DC24V）。

四、特點(diǎn)和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目：

TC-GJD01設(shè)備是一套半開放式的設(shè)備，用戶在一定程度上可根據(jù)自己的需要選擇設(shè)備組成單元的數(shù)量、類型，最多可由5個(gè)單元組成，最少時(shí)一個(gè)單元即可自成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)。由多個(gè)單元組成的系統(tǒng)，PLC網(wǎng)絡(luò)的控制方案可以體現(xiàn)出自動(dòng)生產(chǎn)線的控制特點(diǎn)。

設(shè)備中的各工作單元均安放在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上，便于各個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)及氣動(dòng)部件的拆卸和安裝，控制線路的布線、氣動(dòng)電磁閥及氣管安裝。其中，輸送單元采用了最為靈活的拆裝式模塊結(jié)構(gòu)：組成該單元的按鈕/指示燈模塊、電源模塊、PLC模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊等均放置在抽屜式模塊放置架上；模塊之間、模塊與實(shí)訓(xùn)臺(tái)上接線端子排之間的連接方式采用安全導(dǎo)線連接，最大限度地滿足綜合性實(shí)訓(xùn)的要求。

總的來說，TC-GJD01綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識(shí)，如氣動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)（機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械連接等）、傳感器應(yīng)用技術(shù)、PLC控制和組網(wǎng)和步進(jìn)電機(jī)位置控制等。利用該系統(tǒng)，可以模擬一個(gè)與實(shí)際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程，使學(xué)習(xí)者得到一個(gè)非常接近于實(shí)際的教學(xué)設(shè)備環(huán)境，從而縮短了理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用之間的距離。

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)：

1）氣動(dòng)方向控制回路的安裝；

2）氣動(dòng)速度控制回路的安裝；

3）擺動(dòng)控制回路的安裝；

4）氣動(dòng)順序控制回路的安裝；

5）氣動(dòng)機(jī)械手裝置的安裝；

6）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：選用該裝置配置的PLC模塊、變頻器模塊和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器等。

可完成下列PLC應(yīng)用技術(shù)工作任務(wù)：

1）電動(dòng)機(jī)控制電路的連接與控制程序編寫；

2）電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制電路的連接與控制程序編寫；

3）步進(jìn)電機(jī)控制電路的連接與控制程序編寫；

4）氣動(dòng)方向控制程序編寫；

5）氣動(dòng)順序動(dòng)作控制程序編寫；

6）氣動(dòng)機(jī)械手控制程序編寫；

7）皮帶輸送機(jī)控制程序編寫；

8）機(jī)電設(shè)備控制程序編寫；

9）自動(dòng)生產(chǎn)線控制程序編寫。

3．PLC通訊網(wǎng)絡(luò)的安裝、程序編制及調(diào)試。

4．機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試項(xiàng)目：選用該裝置配置的機(jī)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(jī)電設(shè)備安裝和機(jī)電一體化技術(shù)的工作任務(wù)：

1）傳動(dòng)裝置同軸度的調(diào)整；

2）皮帶輸送機(jī)的安裝與調(diào)整；

3）搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)備安裝與調(diào)試；

4）物件分揀設(shè)備的安裝與調(diào)試；

5）送料設(shè)備的安裝與調(diào)試；

6）自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備安裝與調(diào)試。

5．本裝備用于考核或技能競賽，可考察的職業(yè)能力：

1）機(jī)械構(gòu)件的裝配與調(diào)整能力；

2）機(jī)電設(shè)備的安裝與調(diào)試能力；

3）電路安裝能力；氣動(dòng)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試能力；

4）機(jī)電一體化設(shè)備的控制程序的編寫能力；

5）自動(dòng)控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試能力；

6）PLC網(wǎng)絡(luò)的安裝、編程與調(diào)試能力。

該實(shí)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(jìn)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(jìn)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。