自动化生产线安装及调试样题

自动化生产线安装及调试样题
竞赛题
自动线装置与调试
任
务
书
工位号 :
一、竞赛设备及工艺过程描述
YL-335B 自动生产线由供料、输送、装置、加工和分拣等5 个工作单元组成，
其中，供料与输送、装置、加工以及分拣单元均分别组成工作站，均设置一台
PLC肩负其控制任务，各PLC之间经过 RS485串行通讯的方式实现互连，组成分
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的触摸屏人机界面供给，主站与
各从站之间经过网络交换信息，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，尚须由安装在装置单元的
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以下：
⑴ 将供料单元料仓内金属或白色塑料的待装置工件送往装置单元的装置台
进行装置。

⑵ 装置工作以下：把装置单元料仓内的白色或黑色的小园柱部件嵌入到装置台
的待装置工件中，达成装置后的成品（嵌入白色部件的金属工件简称白芯金属工件，嵌入黑色部件的金属工件简称黑芯金属工件；嵌入白色部件的白色塑料工件简
称白芯塑料工件，嵌入黑色部件的白色塑料工件简称黑芯塑料工件；）送往加工站。

⑶ 在加工单元达成对工件的一次压紧加工，尔后送往分拣单元。

已装置和加
工的成品工件如图 1 所示。

图 1已达成加工和装置工作的工件
⑷经过分拣机构，从 1 号槽和 2 号槽分别输出满足必然套件关系的工件，不满足套件关系的工件从 3 号槽输出作为散件。

⑸从 1 号滑槽或 2 号滑槽输出的总套件数达到指定数量时，一批生产任务达成，系统停止工作。

二、需要达成的工作任务
( 一) 自动生产线设备部件安装
达成 YL-335B 自动生产线的供料、装置、加工、分拣单元和输送单元的部分
装置工作，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置要求以下：
⑴ 供料、装置和加工单元装置侧部分的机械部件安装、气路连接工作已达成，
选手须进一步按工作任务要求达成该单元在工作桌面上的定位，并进行必要的装置
检查和调整工作。

⑵ 达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。

图 6 YL-335B 自动生产线设备俯视图
1
3
( 二) 气路连接及调整
1、依照图 7 和图 8 所示的输送和分拣单元气动系统图达成该二个工作单元的气
路连接，并调整气路，保证各气缸运转顺畅和平稳。

2、供料、装置和加工单元的气路连接已经达成，但仍须进一步伐整气路，
保证各气缸运转顺畅和平稳。

( 三) 电路设计和电路连接
1、装置、加工工作站的电气接线已经达成，请依照本质接线确定PLC的 I/O
分配，作为程序编制的依照。

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 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以下：
⑴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21B1顶想到位21Y顶料电磁阀
31B2顶料复位32Y推料电磁阀
42B1推想到位
52B2推料复位
6BG1出料台物料检测
7BG2物料不足检测
8BG3物料有无检测
9#～17#端子没有连接4#～ 14#端子没有连接
⑵ 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，达成装置侧的接
线。

图 9 伺服驱动器 X4 连接器部分引脚信号功能
⑶请自行设计供料 - 输送站 PLC的 I/O 分配，达成该站的电气接线。

⑷依照工作任务的要求，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，并依照所设计的电路图
连接电路。

电路图应包括PLC的 I/O 端子分配和变频器主电路及控制电路。

电路连接达成后应依照运转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供给的电
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 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：
① 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。

② PLC 侧所有端子接线必定采用压接方式。

( 四) 各站 PLC网络连接
本系统的PLC网络指定供料- 输送站作为系统主站。

对不相同厂家PLC的系统，所指定的网络通讯方式以下：
⑴采用西门子 S7-200 系列时，指定为PPI 方式。

⑵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、安装测试界面和运转界面三个窗口。

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，不能够进入测试画面，负责人权限能够进入任何界面。

2、欢迎界面是启动界面，触摸屏上电后运转，欢迎界面屏幕上方的标题文
字向右循环搬动，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”、“运转模式”按钮能分别切换到安装测试界面和运转界面。

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。

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达成后各工作单元的精确地址，
应依照以下功能要求自行设计：
⑴ 本机界面上应供给能切换到欢迎界面和运转界面的按钮，以及能除去各
工作单元的安装地址的数据和“测试达成”信号的清零按钮。

⑵本界面上应设置复位按钮以及初始状态指示灯。

当 PLC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地址，尔后使装置返回到直线运动机构的参照点地址，此地址称为机构
参照点，位于原点开关的中心线处。

复位达成后，初始状态指示灯被点亮。

⑶ 仅当复位达成，装置返回初始状态后才能进行装置、加工、分拣等工作
单元安装地址的精确测试。

本界面上应设置合适的选择和操作开关，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。

若是复位过程还没有达成，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的提示框。

操作开关用于在低速搜寻测试单元的地址时，控制机械手臂伸出/ 缩回、左转/ 右转以进行精确
搜寻定位点。

⑶ 界面中应设置装置、加工、分拣等工作单元安装地址数据的显示构件、
显示以脉冲数表示的的绝对坐标数据（以机构参照点为坐标原点）；其他尚应设置显示抓取机械手当前地址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）
⑷接收到 PLC发送的测试达成信号后，本界面的测试达成指示灯被点亮，
同时弹出提示框，提示“各单元安装地址数据测试达成！”。

触摸提示框内“确
定”按钮，提示框消失。

⑸若是系统本次运转其实不是设备安装后的首次运转，则 PLC的掉电保持储藏器中已保留了装置、加工、分拣等单元的安装数据和“测试达成”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。

即使测试达成，点动搬动
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地址的绝对坐标，可是安装数据不能够再储藏刷新。

除非使用清零按钮除去安装数据和“测试达成”信号，
才能够再次进行安装数据的测试储藏。

4、运转界面窗口组态应按以下功能自行设计：
⑴ 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达成的
套件总数。

⑵在人机界面上设定分拣单元变频器的运转频率（15Hz～30Hz）。

实时显示
电机转速（单位 : 转速 / 分钟）。

⑶ 供给系统启动信号。

⑷ 供给能切换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。

⑸ 指示网络中各从站的通讯情况（正常、故障）。

⑹ 指示各工作单元的运转、故障状态。

其中故障状态包括：
① 供料单元的供料不足状态和缺料状态。

② 装置单元的供料不足状态和缺料状态。

③ 输送单元抓取机械手装置越程故障（左或右极限开关动作），以及工作单元运转中的紧急停止状态。

发生上述故障时，有关的报警指示灯以闪烁方式报警。

⑺ 当计划生产任务达成，系统将停止全线运转，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转模式。

设备每次上电前应人工除去各工作单元工作台上节余的工件。

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 - 输送站各气动装置可否处于初始
地址和进行抓取机械手装置的复位操作，测试装置、加工、分拣等工作单元的安装数据。

①初始地址检查和复位操作的主令信号来自HMI 界面，其功能是履执行抓取机械手的摇动气缸平和着手指置于初始地址的操作，尔后使装置返回到机构参照
点地址。

触摸安装测试界面上的复位按钮后，开始复位操作，返回机构参照点
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，复位达成后 HL1保持常亮，直到进入安装数据测试操作或进入运转模式。

②安装数据测试操作用于设备安装达成后的首次运转，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置单元、加工单元、分拣单元。

当待测试单元指定为装置单元时，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。

操作者应依照人机界面指定的待测试单元，经过按钮/ 指示灯模块的按钮
SB1、SB2和开关SA选择必然的速度点动驱动抓取机械手装置沿直线导轨运动，精确搜寻待测试单元的地址。

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，应赞同切换 SA1，改变当前运转速度。

（注：在低速搜寻测试单元的地址时，可经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 / 右转以便进行精确搜寻）
每当搜寻一个待测试单元地址的操作达成时，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储藏器，同时发送到人机界面显示
该单元的安装数据。

③当各工作单元的安装数据测试达成，可再次同时按下SB1、SB22 秒时间
加以确认，抓取机械手装置应以合适的速度返回参照点停止，尔后置位“测试达
成信号”并传达到人机界面。

2、系统正常的运转模式步骤以下：
⑴人机界面切换到运转界面窗口后，供料 - 输送站 PLC程序应第一检查各工
作站可否处于初始状态。

初始状态是指：
① 各工作单元气动执行元件均处于初始地址。

② 供料单元料仓内有足够的待加工工件。

③ 装置单元料仓内有足够的小园柱芯件。

④ 各工作单元和主站通讯正常。

⑤“测试达成”信号置1。

⑥ 抓取机械手装置已返回参照点停止。

若上述条件中任一条件不满足，则安装在装置站上的绿色警示灯以的频率闪
烁。

红色和黄色灯均熄灭。

这时系统不能够启动。

若是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，则赞同启动系统。

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、装置、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转。

⑵ 计划生产套件总数的设定只幸亏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转状态后，在该批工作达成前，更正套件数量无效。

⑶ 若系统本次启动是上电后第一次进行全线运转，则系统应检查装置或加
工单元的工作台上有无工件，如有则作废品办理，办理过程以下：
①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。

②抓取动作达成后，机械手臂逆时针旋转 90°，伺服电机驱动机械手装置搬
动以 400mm/s的速度运送工件，在传达带进料口上方把工件放下。

③机械手装置达成放下工件的操作并缩回到位后，尔后以 400mm/s的速度返回参机构考点地址，在返回的过程中手臂应顺时针旋转90°。

④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转，把废品工件送往 3 号滑槽处推出。

若装置或加工单元的工作台上没有工件，则进入正常启动过程，供料单元开始供料过程。

⑷ 供料单元的工作流程为：若是其出料台上没有工件，即进行把工件推到
出料台上的操作，直到计划生产任务达成。

⑸ 装置单元的工作流程：
① 启动后，若是辗转台上的左料盘内没有芯件，就执行下料操作；若是左
料盘内有芯件，而右料盘内没有芯件，执行辗转台辗转操作。

② 若是辗转台上的右料盘内有芯件且装置台上有待装置工件，开始执行装
配过程。

执行装置机械手抓取芯件，放入待装置工件中的操作。

装入动作达成后，
向系统发出装置达成信号。

③ 达成装置任务后，装置机械手应返回初始地址，等待下一次装置。

④ 若计划生产任务已经达成，本站收到来自系统的停止运转指令时，则芯
料供料机构应马上停止供料；还没有进行装置时停止装置，但正在进行装置工作的
情况下，装置单元在达成本次装置后停止工作，而装置达成信号应予保留。

⑤ 若是装置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。

⑹ 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，送往加工地域冲压，达成冲压动作后返回待料地址的工件加工工序。

冲压动作达成且加工台返回待料地址后，向系统发出加工达成信号。

当收到来自系统的停止运转指令时，如有待加工工件送到加工台上，不再进行加工工作；但在接收到停止运转指令时，正在进行加工工作的情况下，加工单元
在达成本次加工后停止工作，而加工达成信号应予保留。

⑺ 输送单元的工作流程
① 当装置单元装置台、加工单元加工台、分拣单元传达带没有工件，则各
单元须向主站发出来料央求，主站依照详尽情况马上响应或滞后响应。

② 当装置单元有来料央求，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，则要达成当前工件的搬运工作，若悠闲等待中应马上去机
构参照点执行抓取供料站工件的操作。

动作达成后，伺服电机驱动机械手装置以不小于 400mm/s的速度搬动到装置站装置台的正前面，把工件放到装置站的装置
台上。

③ 当加工单元有来料央求，且接收到装置达成信号后，输送站抓取机械手
装置正在搬运中，则要达成当前工件的搬运工作，若悠闲等待中应马上去装置单
元装置台正前面抓取已装置的工件，尔后从装置站向加工站运送工件，到达加工站的加工台正前面，把工件放到加工台上。

机械手装置的运动速度要求与①相同。

④ 当分拣分拣单元有来料央求，且接收到加工达成信号后，输送站抓取机
械手装置正在搬运中，则要达成当前工件的搬运工作，若悠闲等待中应马上去加
工单元加工台正前面执行抓取已压紧工件的操作。

抓取动作达成后，机械手臂逆时针旋转90°，尔后伺服电机驱动机械手装置搬动以400mm/s的速度到分拣站进料口。

执行在传达带进料口上方把工件放下的操作。

机械手装置达成放下工件的操
作并缩回到位后，尔后以 300mm/s的速度返回到装置站装置台正前面地址，
等待下次来料央求。

在返回的过程中手臂应顺时针旋转90°。

说明：装置单元、加工单元、分拣单元的来料央求优先满足条件者先办理。

⑻ 分拣站的工作流程：
分拣站接收到系统发来的启动信号时，即进入运转状态。

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转频率的速度，把工件带入分拣区进行分拣，工件分拣原则以下：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，不考虑排列序次 ) 到达 1 号滑槽中间时，传达带停止，推料
气缸1 动作把工件推出；满足第二种套件关系的工件( 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、白芯塑料工件在后序次排列) 到达2 号滑槽中间时，传达带停止，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，传达带停止，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，向系统发出分拣达成信号。

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。

⑼ 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
务达成，系统发出停止运转指令。

停止运转指令发出后的办理要求以下：
①若输送站抓取机械手装置正在夹持工件向装置站或加工站运动，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，尔后以300mm/s的速
度返回机构参照点。

② 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，尔后以
350mm/s的速度返回机构参照点，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。

上述操作达成后，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。

⑽ 停止后的再启动
为再次启动系统，应第一触摸欢迎界面的“运转模式”按钮切换到运转窗口
界面（操作者最少拥有操作员权限的用户）。

尔后再触摸启动按钮，系统又重新
进入运转状态。

再次投入运转后，系统应依照上一次运转结束时，供料单元的出料台，装置、
加工站的装置台或加工台上，分拣站的进料口处可否有工件存在，确定系统的工
作流程。

3、运转模式下的异常工作状态
⑴ 工件供给状态的信号警示
若是发生来自供料站或装置站的“工件不足够” 的预告警信号或“工件没有”的报警信号，则系统动作以下：
①若是发生“工件不足够”的预告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。

系统连续工作。

②若是发生“工件没有”的报警信号，警示灯中红色灯以亮 1 秒，灭秒的方式
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
统连续运转，直至达成该工作周期还没有达成的工作。

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，系统不能够再启动。

若“工件没有”的报警信号来自装置站，且装置站辗转台上已落下芯件，系
统连续运转，直至达成该工作周期还没有达成的工作。

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，系统不能够再启动
⑵ 输送站急停
系统运转中若按下输送站急停按钮，则输送站马上停车。

在急停复位后，应
从急停前的断点开始连续运转。

三、注意事项
⑴ 当选手不能够联灵巧作时，赞同选手经过单站工作方式来显现各单元的功能。

⑵选手应在附页电路框图中达成分拣单元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。

⑶选手提交最后的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表记，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注明
“答卷”，二套试题一并回收）。

⑷ 竞赛中如出现以下情况时另行扣分：
① 调试过程中由于撞击造成抓取机械手不能够正常工作扣15 分。

② 选手认定器件有故障可提出更换，经裁判测定器件圆满时每次扣 3 分，
器件确实损坏每更换一次补时5 分钟。

⑸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。