2015自动化生产线安装与调试国赛样卷

自动化生产线安装与调试工作任务书

一、竞赛设备说明

YL-335B 自动生产线由供料、装配、加工、分拣及输送5个工作单元组成。其中，供料与输送、装配、加工、分拣单元各用一台PLC 承担其控制任务，4台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。

系统全线运行时，其主令工作信号主要由连接到系统主站（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。整个系统的主要工作状态除了在人机界面上显示外，尚须由连接到主站的警示灯显示启动、运行、停止、报警等状态，警示灯安装在工作台面上，效果图见附页图07。

二、工作过程概述

本自动生产线构成一个成品自动分拣生产线，其工作过程概述如下：

1.将来自供料单元的已经嵌入白色、黑色和金属芯件的白色或金属成品工件送往分拣单元，按一定的套件关系进行成品分拣。成品工件及其构成的两种套件如图1所示。

图1 成品工件

2.料仓提供的工件中还混杂着尚未进行芯件装配的非成品工件。对这些工件应首先送往装配单元进行芯件装配，然后送往分拣单元按套件关系进行成品分拣。

3.从分拣单元工位一或工位二输出的两种套件由配有一定领料份额的客户领取，当领取的两种套件数达到客户指定数量时，系统停止工作。

三、需要完成的工作任务

(一)自动生产线设备部件安装、气路连接及调整

根据供料状况和工作目标要求，YL-335B 自动生产线各工作单元在工作台面上布局如附页图01所示。请你首先完成生产线各工作单元的部分装配工作，然后把这些工作单元安装在YL-335B 的工作桌面上，图中，长度单位为毫米，要求安装误差不大于1毫米。安装时请注意，输送单元直线运动机构的参考点位置在原点传感器中心线处，这

一位置也称为系统原点。

各工作单元装置侧部分的装配要求如下：

⑴根据附页02 和03 图（供料、分拣单元的装配效果图），完成供料和分拣两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。然后根据两单元工作的工艺要求完成它们的气路连接，并调整气路，确保各气缸运行顺畅和平稳。

⑵ 输送单元直线导轨底板已经安装在工作台面上，请根据附页04 图（输送单元的装配效果图）继续完成装置侧部分的机械部件安装和调整的工作，再根据该单元工作的工艺要求完成其气路连接，气路连接完成后请进一步调整气路，确保各气缸运行顺畅和平稳。

其中抓取机械手各气缸初始位置为：提升气缸处于下降状态，手臂伸缩气缸处于缩回状态，手臂摆动气缸处于右摆至82.5位置，气爪处于松开状态。

⑶ 装配单元和加工单元的装置侧部分机械部件安装、气路连接工作已完成，请将这两个工作单元安装到工作台面上，然后进一步加以校核并调整气路，确保各气缸运行顺畅和平稳。

(二)电路设计和电路连接

1、加工单元和装配单元的电气接线已经完成。请根据实际接线查核确定各工作单元PLC 的I/O分配，作为程序编制的依据。

2、设计分拣单元的电气控制电路，变频器的控制要求主要采用通讯实现。其中，PLC 采用FX3U-32MR 时，通过FX3U-485ADP 通信扩展模块实现RS485通讯；采用西门子S7-224XP PLC 时，应采用USS 协议实现RS485通讯，PLC 上的模拟量I/O端子无须连接。电路连接完成后应根据运行要求设定变频器有关参数，并将参数记录在附页06答卷上指定位置。

3、供料和输送单元合用一台PLC 作为控制器。其中，采用西门子S7-200 系列时，PLC CPU 模块为S7-226CN DC/DC/DC；采用三菱FX 系列时，PLC CPU 模块为FX3U-48MT。

请在附页图05的电路图框（A3 图纸）上设计供料-输送单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图连接电路。电路连接完成后应根据运行要求设定伺服驱动器有关参数，并将参数记录在附页06答卷上指定位置。

4、设计注意事项：

①所设计的电路应满足工作任务要求。

②电气制图图形符号和文字符号的使用应满足机标JB/T 2739-2008和JB/T 。

2740-2008的要求。

③设备安装、气路连接、电路接线应符合附页“自动化生产线安装与调试赛项安装技术规范”的要求。

(三)部分设备的故障检查及排除

本生产线的加工站和装配站是已经完成安装和单站模式编程的工作站，但可能存在硬件或软件故障，请您检查并排除这些故障，使之能按工作要求正常运行。注意：

1、如果在竞赛开始2小时后仍未能排除硬件故障，允许放弃此项工作，由技术支持人员排除故障，但您将失去这项工作的得分。

2、当您完成软件故障排除工作后，必须在附页06答卷中指定位置填写故障现象和处理措施，作为软件故障排除评分的依据。如果您无法排除该软件故障，可清除故障程序，自行按工作要求编制控制程序，但将失去这项工作的得分。

(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。请根据您所选用的PLC 类型，选择合适的网络通信方式并完成网络连接。

(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（供料-输送站）PLC的相应接口。在TPC7062KK 人机界面上组态画面，要求用户窗口包括首页界面、调试界面、运行参数设定和系统运行4个主窗口。

调试界面、运行参数设定和系统运行界面的组态要求将在后面阐述单站运行和全线运行的工作任务时一并说明，此处仅说明首页界面的组态要求。首页界面是启动界面，供参考的画面如图2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2 首页界面

⑴界面上的SA（工作模式选择开关）切换操作框内，设置有显示主站按钮/指示灯模块上的选择开关SA 位置的2盏指示灯。当SA 在调试模式位置时，“调试模式”指示灯亮，具有操作员组权限的用户可触摸“进入调试”按钮进入调试界面。

⑵SA在运行模式位置时，“运行模式”指示灯亮，如果系统网络正常（网络正常指示灯亮），且主站在初始状态（主站就绪指示灯亮），经过客户组权限检查后，才能触摸“运行参数设置”按钮进入运行参数设置界面，在该界面设定参数后切换到系统运行界面。

(六) 编制及调试PLC 程序

系统的工作模式分为单站运行模式和全线运行模式。

1、单站运行模式

本系统的单站运行模式，除作为各工作站的功能测试外，也作为全线运行时系统网络失效时的后备措施。进行单站运行时，各站的方式转换开关SA 应设置到单站位置。

⑴从站单站运行的工作要求

①各从站单站运行时，应配置一个按钮控制设备的启动/停止，另一按钮用以模拟主站的工作指令（允许装配、允许加工、分拣可启动等），启动各站自身工艺过程，即装配站的工件装配、加工站的压紧加工、分拣站的工件传送，检测以及分拣的功能。

②装配站单站运行启动后，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。

③分拣站单站运行时，变频器运行的频率和减速（下降）时间有2档设定，由QS 切换开关实现：当QS 抬起状态时要求为20Hz，减速时间0.4秒；按下状态时为36Hz，减速时间0.8秒。设备运行时可以在任何时刻切换，但应在下一工作周期开始时才生效。

④分拣站单站运行时的分拣原则

a.单站功能测试运行：待分拣工件是嵌入金属、白色或黑色芯件的白色工件。从1#出料槽应推出嵌入金属芯件的工件；从2#出料槽应推出嵌入白色芯件的工件；从3#出料槽应推出嵌入黑色芯件的工件。

b.网络故障单站运行：网络故障时单站运行与联机运行分拣原则相同。

⑤各从站按钮/指示灯模块的指示灯状态显示要求如下：

a.设备上电和气源接通后，若设备准备好,则“正常工作”指示灯HL1常亮。否则，该指示灯以1Hz 频率闪烁。

b. 单站运行启动后，“设备运行”指示灯HL2常亮。

c. 装配站在运行中发生“芯件不足”报警时，指示灯HL3以1Hz 的频率闪烁，HL1和HL2灯常亮；在运行中发生“芯件没有”报警时，指示灯HL3以亮1秒，灭0.5秒的方式闪烁，HL2熄灭，HL1常亮。工作站在完成本周期任务后停止。除非向料仓补充足够的工件，工作站不能再启动。

⑵主站（供料-输送站）单站调试

单站调试的主令信号主要来源于人机界面的调试界面。供参考的调试界面如图3所示，包括复位操作、机械手移动操作和气动执行元件单步动作等3个区域。您可以参照该界面完成调试界面的组态和编写PLC

控制程序，实现如下功能：

图3 调试界面

①供料-输送站的上电复位功能

系统每次上电时，都要进行供料-输送站的复位操作。上电前应使抓取机械手置于直线导轨中间位置，上电后按下“复位操作”框内的复位按钮，设备将执行复位程序，复位程序应包括工作站各气缸复位和直线运动机构复位两部分：

a.各气缸复位

首先检查工作站各气缸是否在初始位置，使不在初始位置的气缸返回初始位置。 b.直线运动机构复位

各气缸在初始位置的情况下，驱动抓取机械手装置移动到原点位置，移动速度可自行设定。直线运动机构复位过程中，测试界面中对应的“原点确认”指示灯闪烁，复位完成后保持常亮。

c.在整个复位过程中，“初始状态”指示灯闪烁，直到工作站各气缸均在初始位置，抓取机械手装置移动到原点位置，该指示灯变为常亮。

d.如果复位过程尚未完成而触摸界面上其余区域的开关器件，则动作不予响应并且弹出相应的提示框。

②实现供料单元供出工件以及抓取机械手装置在各从站抓取、放下和传送工件的功能。该功能通过交替执行气动执行元件单步动作和机械手移动到目标站点的操作来实现。

a.气动执行元件单步动作

通过界面上“气动执行元件单步动作”框内开关构件，提供本站各气缸的单步动作指令，完成供料单元供出工件、抓取机械手装置在各从站抓取和放下工件的功能。

注意，该框内的开关构件应选用有明显档位区别，便于观察其状态的开关构件。此外，只有触摸“单步执行”开关使其在接通位置，才能操作各气缸的单步开关进行测试。

b.机械手移动操作

●在机械手移动操作框内应设置4个目标站点（装配、加工、分拣以及废品盒）的选择标签，触摸任一标签，相应的目标站点被选择，标签的文字和边框均呈红色。如果该测试尚未开始，再次触摸该标签，该项选择将复位。

●如果某目标站点被选择是唯一的，触摸定位启动按钮，PLC程序将控制伺服系统运行，执行驱动机械手装置定位到目标站点工作台的操作（机械手装置的移动速度应不小于300mm/s），此时该选择标签旁的指示灯将被点亮，表示该项定位在进行中;同时界面上应显示抓取机械手装置的当前位置坐标值。定位完成后，标签旁的指示灯熄灭，该目标站点的选择标签也自动复位。

●调试界面上应设置“多1 报警”指示灯。如果触摸了2 个或2 个以上的目标站点选择标签，将发生多1 报警，“多1 报警”指示灯将快速闪烁。此时应复位定位尚未开始的选择标签，使报警消除。

c.进行正常单站测试时,当测试完毕，供料-输送站满足初始状态时，可点击按钮返回首页界面。

d.全线运行时出现网络故障时，为使系统能继续运行，人机界面应能自动返回首页，在SA 选择开关拨到调试模式后，切换到调试界面。您应交替执行气动执行元件单步动作和机械手移动到目标站点的操作，并与各从站单站运行协同操作，使系统继续按工艺要求运行。

e.调试界面上应设置网络故障指示灯以显示网络正常与否（网络故障时，网络故障指示灯闪烁），并设置“返回运行界面”按钮。若调试界面当前工作在全线运行、网络故障的应急处理状态，则当网络恢复正常，应急操作完毕，主站返回初始状态且SA 开关重新拨到运行模式后，可触摸“返回运行”按钮，切换到运行界面。

2、正常情况下系统全线运行模式

系统全线运行模式时人机界面须首先切换到运行参数设定界面，在该界面完成变频器参数设置和领料帐户登陆和领料数量设定后，可切换到运行界面。

⑴ 运行参数设定界面的组态要求

运行参数设定界面主要包括领料帐户登陆提示区域与变频器参数设置区域。供参考的界面如图4

所示。

图4 运行参数设定界面

①领料帐户登陆提示区域

a.本工作任务考虑有三个领料帐户的情况。帐号分别为B01、B02，B03，初始密码均为“6666”。注意：密码为初始值时，帐号为未激活状态，其可用的领料份额为0；这时帐户须以初始密码登陆，成功后修改密码，使帐号在激活状态，从而得到每种套件各5套的领料份额。

b.帐户登陆的步骤

进入参数设定界面后，首先在帐户登陆提示区显示：“请凭帐号、密码登录！”，在帐号和密码输入框中分别输入帐号和密码，触摸登录按钮。如输入有错，界面上应弹出 的提示框，触摸该提示框使其消失，用户可重新输入。如输入正确则登录成功，这时对帐号未激活帐户，上方的提示区将显示：“登录成功，请修改初始密码，以便激活您的帐号！”

c.帐户密码的修改

为了修改当前帐户密码，您需要在运行参数设定界面上设置“修改密码”按钮。可触摸此按钮，界面上弹出修改密码子窗口，如图5（a）所示，帐户可在此子窗口上修改密码。如果当前密码输入不正确，则弹出对话框如图5(b)所示“当前密码输入错误，请重新修改！”，点击确认，则退出密码修改操作，再次触摸修改密码按钮，可重新进行

修改密码操作。

图5(a) 修改密码子窗口图5(b) 输入错误时的对话框

帐户正确地输入当前密码以及输入新密码后点确认，则密码修改成功。这时对于帐号未激活的帐户，提示区将显示：“您的帐号已激活，现在您有每种套件各5套的领料份额！可分批进行！”。

④已经成功登录，且帐号已激活的帐户，可在领料份数输入框中分别输入本次运行希望领取的每种套件领料套数（均为1—5套）。然后触摸“进入运行”按钮，切换到运行界面。注意，您设定的领料套数不得大于当前可用的领料份额，否则界面上将弹出提示框，要求您重新设定。

（2）变频器参数设置区域

通过触摸屏完成分拣站变频器运行的减速时间设定和运行频率设定等。

4、系统运行界面的组态要求

系统运行界面主要完成以下功能，可结合后续编程要求添加功能。

⑴在人机界面可显示当前各套件的推料情况。

⑵在人机界面上可重新设定变频器运行频率。

⑶能适时显示分拣站当前运行频率，精确到0.1HZ。

⑷能适时显示分拣站加速、减速时间，精确到0.1S。

⑸提供全线运行模式下系统启动信号。

(6)提供能切换到首页界面的按钮，只有系统停止中，切换按钮才有效。

(7)指示网络中各从站的通信状况（正常、故障）。

(8)指示各工作单元的运行、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 装配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），有关的报警指示灯以闪烁方式报警。

⑴ 系统的启动

全线运行模式下，系统启动的条件有网络通讯是否正常、各工作站是否准备就绪。 ① 网络通讯正常时“通讯状态”指示灯亮，故障时闪烁。

② 准备就绪的条件是：

●各工作站的方式转换开关均置于全线模式。

●分拣单元在初始状态，即各个气缸均处于初始位置，传送带电机在停止状态。 ●供料单元料仓内有足够的工件。

●加工单元在初始状态，各个气缸均处于初始位置。

●装配单元料仓内有足够的芯件。

●输送单元处于初始状态（在系统原点处，且各气缸处于初始位置，机械手右旋

。 82.5状态）

仅当以上二个条件均满足，才可触摸人机界面上的启动按钮启动系统。系统启动后，人机界面上“运行状态”指示灯常亮，表示系统在全线方式下运行。

⑵ 正常运行过程

系统正常运行情况下，运行的主令信号均来源于系统主站。同时，各从站应将本站运行中有关的状态信息发回主站。各从站接收到系统发来的启动信号时，即进入运行状态。当启动信号被复位时，工作站退出运行状态。

① 供料-输送站的工艺工作流程

a.系统启动后，供料单元执行把工件推到出料台上的操作。若供料料仓内没有工件或工件不足，则向系统发出报警或预警信号，同时供料单元能对金属外壳工件进行检测。

b. 工件被推出到供料单元出料台后，抓取机械手装置抓取出料台上工件。

c.供料出料台上的工件是成品工件或为非成品工件由操作人员判断，操作人员应在抓取机械手抓取工件缩回到位前，人工按SB1 按钮予以确认，这时运行界面的非成品工件指示灯点亮。程序根据工件是否成品工件，进行不同的操作。

d.若工件是成品工件，则机械手装置应执行抓取工件操作。抓取动作完成后，机械手左摆，当分拣站传送带在停止待料状态时，手臂伸出，执行在传送带进料口上方把工件放下的操作，手臂缩回到位后，右摆到右限位置，返回到初始状态。

e.若工件是非成品工件，则机械手装置应执行抓取工件操作。抓取动作完成后左摆，伺服电机驱动机械手装置以不小于300mm/s 的速度移动到装配单元的装配台正前方，把工件放到装配台上，操作完成后发出请求装配信号。 。

f.接收到装配完成信号后，机械手装置应执行抓取已装配工件的操作。抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置移动到加工单元的加工台正前方，把工件放到加工台上。机械手装置的运动速度要求与e.相同，操作完成后发出请求加工信号。

g.接收到加工完成信号后，机械手装置应执行抓取已加工工件。抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置移动到分拣单元的进料口正前方，把工件放到进料口上。放下动作完成后，机械手右摆到右限位置，对准供料站料台，准备下一次工作。

h.若接收到分拣站发来的“废品退回”信号时，左摆机械手，对准分拣站进料口正前方，抓取分拣站所退回的工件，移动至废品回收盒处，手臂伸出将工件扔到工件回收盒中；完成后手臂缩回，返回到原点，对准供料站料台。

i.如果系统尚未接收到停止运行指令，则供料单元再次推出工件，开始下一轮的传送过程。

j.运行过程中运行界面上应实时显示输送站抓取机械手当前位置和伺服电机当前给定的转速（抓取机械手当前位置为装置相对系统原点的坐标，单位为mm,显示精度为0.01mm;伺服电机当前给定的转速的单位为r/min，用正负号指示旋转的方向,此显示值应与伺服驱动器前面板7 段LED 所显示的“位置指令速度”相一致）。

② 加工站工作流程

当接收到系统允许加工信号，加工单元加工台的工件被检出后，执行加工过程。当加工好的工件重新送回待料位置时，向系统发出加工完成信号。

③装配站工作流程

当接收到系统允许装配信号，装配单元装配台的工件被检出后，执行装配过程。装配机械手返回初始位置后，向系统发出装配完成信号。

④分拣站的工作流程

分拣站进入运行状态后，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(变频器的输出频率在运行界面设定，运行界面的默认频率由运行参数设置界面设定),驱动传动电动机把工件带入分拣区进行分拣。运行界面上应实时显示变频器的实际输出频率（精确到0.1Hz）。

成品工件的分拣原则如下：

a.控制程序应根据帐户设定的两种领料套数，完成两种套件输出到工位一或工位二的任务。 b.控制程序应确保，输出任务完成后，工位一和工位二上都没有剩余的工件。

c. 工位一或工位二装入套件的类型没有限制，即，工位一可装入属于套件1的工件，也可装入属于套件2的工件；工位二亦然。

d.如果传送带送来的的工件均满足工位一与工位二的推入条件，则如果两工位已推入的工件数相同，优先推入工位一，否则优先推入工件多的工位。

e. 如果传送带送来的成品工件均不满足工位一和工位二的推入条件，应将其传送到工位三推入。（注：工位三是回收工位，槽内工件人工回收到供料单元的料仓）

f.当分拣气缸活塞杆推出工件并返回后，向系统发出本次分拣完成信号。每当一套套件分拣完成，应向系统发送套件的种类，在运行界面上统计各种套件领料完成状况。

g. 在工件装配过程可能出现的黑色芯黑色工件认为是废品工件。废品工件在检测区被检出后，分拣站应向主站发出“废品退回”信号，并将废品工件回送至进料口，由主站抓取机械手抓取送往废品回收盒。

⑶系统的正常停止

①如果工位一和工位二已完成的领料份数达到本次登陆帐户所设定的领料设定值，本次领料任务完成。界面上“运行状态”指示灯闪烁，当机械手装置返回原点后，供料单元不再执行推料操作，延时2s，系统停止，“运行状态”指示灯熄灭。

②若系统是在领料任务完成后停止，应在停止后3秒，自动返回首页。

③如果返回首页后，该帐户再次登录并进入运行界面，则前次运行界面上的帐户有关数据保存，并接着前次记录继续运行，直到可用的领料份额全部完成。

3、全线运行模式下异常运行的处理

⑴运行过程中发生网络故障的应急处理

若系统在全线运行中发生网络故障，则警示灯中红色灯常亮，绿色和黄色灯熄灭，各工作站将停止工作，人机界面应在2秒后自动切换到首页。

为了使系统继续工作，应将供料-输送站的SA 选择开关切换到调试模式，由具有技师权限的用户触摸“进入调试”按钮进入调试界面。各从站的操作人员则根据警示灯的提示将其相应的选择开关SA 转到单站方式。这时，系统将以手动方式完成其工作任务。

本任务只考虑网络故障持续时间不超过一个系统工作周期的情况。网络状态恢复正常后，手动工作方式应持续到本次工作周期完成，主站返回初始状态为止。

⑵运行过程中发生供料故障的处理

如果发生来自供料或装配单元的“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：

① 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。

② 如果发生“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。

③ 若“工件没有”的报警信号来自供料单元，且供料单元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。

④ 若“工件没有”的报警信号来自装配单元，且装配单元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。

四、注意事项

⑴ 选手应在360分钟内完成工作任务。

⑵ 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。

⑶选手提交最终的PLC 程序，存放在 “D:\2015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及一张电路框图，竞赛结束时一并收回）。

⑷ 比赛中如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。

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。

附页：

附页01 YL-335B设备总装平面图

附页02 供料单元的装配效果图

附页03 分拣单元的装配效果图

附页04 输送单元的装配效果图

附页05 电路图框（A3 图纸）

附页06 答卷纸

附页07 警示灯效果图

附页08 自动化生产线安装与调试技术规范要求