光機(jī)電一體實(shí)訓(xùn)臺(tái)組成與工作原理及部件的動(dòng)作流程及程序設(shè)計(jì)思路
光機(jī)電一體實(shí)訓(xùn)臺(tái)是在培養(yǎng)從事機(jī)電一體化設(shè)備的使用、維護(hù)、維修、設(shè)備的管理與設(shè)計(jì)等工作的高素質(zhì)、高技能、應(yīng)用型高級(jí)職業(yè)技術(shù)人才。是根據(jù)職業(yè)教育培訓(xùn)教材編寫《機(jī)電一體化專業(yè)》相關(guān)的技能培訓(xùn)要求而研制的，結(jié)合當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)及器件技術(shù)的發(fā)展，充分考慮實(shí)用性、先進(jìn)性。根據(jù)任務(wù)引領(lǐng)式行為導(dǎo)向教學(xué)法,以重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)操能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力,創(chuàng)新能力。光機(jī)電一體實(shí)訓(xùn)裝置由鋁合金導(dǎo)軌式實(shí)訓(xùn)臺(tái)、典型的機(jī)電一體化設(shè)備的機(jī)械部件、PLC模塊、變頻器模塊、步進(jìn)電機(jī)（或伺服電機(jī)）模塊、按鈕模塊、電源模塊、模擬生產(chǎn)設(shè)備實(shí)訓(xùn)模塊、接線端子排和各種傳感器、計(jì)算機(jī)等組成。同時(shí)還要求具有可拓展功能，可以組成更加大型的生產(chǎn)模擬系統(tǒng)，以配合各個(gè)學(xué)校不同層次，不同專業(yè)的教學(xué)及培訓(xùn)要求。
一、光機(jī)電一體實(shí)訓(xùn)臺(tái)的組成及工作原理
實(shí)訓(xùn)裝置臺(tái)架為鋁合金導(dǎo)軌式，實(shí)訓(xùn)考核裝置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，均與接線端子連接，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(guò)端子排進(jìn)行連接。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。
1.鋁合金導(dǎo)軌式實(shí)訓(xùn)臺(tái)：可以安裝送料機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、傳輸分揀機(jī)構(gòu)。實(shí)訓(xùn)模塊及PLC主機(jī)等可以放置在拉出式的底座上。
2.觸摸屏：MCGS7062 7寸真彩色觸摸屏。
3.PLC模塊及變頻器模塊：三菱PLC 40點(diǎn)以上IO；變頻器不小于0.4kw；
4.電源模塊：三相電源總開關(guān)（帶漏電和短路保護(hù)）1個(gè)，單相電源插座2個(gè)；按鈕模塊：24 V/6 A、5 V/2 A各一組；急停按鈕1只，轉(zhuǎn)換開關(guān)1只1，按鈕黃、綠各1只；
5.雙井式上料機(jī)構(gòu)：井式工件庫(kù)2件，物料推出機(jī)構(gòu)2件，光電傳感器2只，磁性開關(guān)2只，單缸氣缸2只，單控電磁閥2只，警示燈1只，主要完成將工件庫(kù)中的工件依次推出。
6.氣動(dòng)機(jī)械手裝置：四自由度氣動(dòng)機(jī)械手，氣缸及附屬傳感器選用SMC；整個(gè)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)能完成四個(gè)自由度動(dòng)作，手臂伸縮、手臂運(yùn)動(dòng)、手爪上下、手爪松緊。
7.物料分揀裝置：傳送帶通過(guò)三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在傳送帶中間裝有兩個(gè)出料槽，對(duì)應(yīng)位置有電感傳感器、紅外傳感器等，同時(shí)正對(duì)料槽位置裝有推料氣缸，共計(jì)兩個(gè)氣缸。傳送帶采用可拆卸的鋁合金支架。
二、光機(jī)電一體實(shí)訓(xùn)臺(tái)各部件的動(dòng)作流程及程序設(shè)計(jì)思路
設(shè)備部件名稱和位置。
設(shè)備部件名稱和位置
1.動(dòng)作流程
上料機(jī)構(gòu)推料氣缸將零件（金屬零件、黑色尼龍零件和白色尼龍零件隨機(jī)提供）推到存放料臺(tái)；機(jī)械手將零件從存放料臺(tái)搬運(yùn)至物料傳送機(jī)構(gòu)并經(jīng)傳送帶入料口到輸送線上，只有當(dāng)傳送帶上的零件被送入料槽后，機(jī)械手才可以從入料口放入下一個(gè)零件。上料機(jī)構(gòu)料筒內(nèi)沒(méi)有零件時(shí)，黃色信號(hào)燈長(zhǎng)亮，設(shè)備暫停，放入零件后自動(dòng)啟動(dòng)。
在輸送線上的零件由相應(yīng)位置的推料或?qū)Я涎b置，經(jīng)出料槽分送到零件組裝機(jī)構(gòu)進(jìn)行組裝，相應(yīng)位置的推料或?qū)Я涎b置將零件送入料槽后回原位。
2.零件分送要求
在位置A對(duì)應(yīng)的出料槽分送到組裝機(jī)構(gòu)的零件必須滿足是由第一個(gè)是金屬零件，第二個(gè)白色尼龍零件，第三個(gè)是金屬零件排列成的套件。在位置B對(duì)應(yīng)的出料槽分送到組裝機(jī)構(gòu)的零件必須滿足是由1個(gè)白色尼龍零件和2個(gè)黑色尼龍零件組合成的套件。同時(shí)滿足位置A對(duì)應(yīng)的出料槽和位置B對(duì)應(yīng)的出料槽要求的零件，應(yīng)優(yōu)先經(jīng)位置A對(duì)應(yīng)的出料槽分送到組裝機(jī)構(gòu)。
不滿足組合和排列關(guān)系的零件應(yīng)導(dǎo)入位置C對(duì)應(yīng)的出料槽。皮帶輸送線由位置A向位置C方向送零件時(shí)，三相交流異步電動(dòng)機(jī)以35Hz的頻率帶動(dòng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行；皮帶輸送機(jī)由位置C向位置A方向送零件時(shí)，三相交流異步電動(dòng)機(jī)以25Hz的頻率帶動(dòng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行。零件到達(dá)推出位置或被導(dǎo)入相應(yīng)的料槽后，皮帶輸送機(jī)停止運(yùn)行。依據(jù)動(dòng)作流程分配的PLC對(duì)應(yīng)I/O口見(jiàn)表1。
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序號(hào) |
內(nèi)容 |
輸入 |
內(nèi)容 |
輸出 |
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1 |
急停開關(guān) |
X000 |
機(jī)械手步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)（PUL） |
Y000 |
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2 |
運(yùn)行測(cè)試按鈕SB4 |
X001 |
機(jī)械手步進(jìn)電機(jī)方向（DIR） |
Y001 |
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3 |
送料氣缸推出到位 |
X002 |
機(jī)械手步進(jìn)電機(jī)使能（ENA） |
Y002 |
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4 |
送料氣缸縮回到位 |
X003 |
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Y003 |
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5 |
機(jī)械手步進(jìn)電機(jī)原點(diǎn) |
X004 |
綠色信號(hào)燈1Hz |
Y004 |
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6 |
機(jī)械手步進(jìn)電機(jī)位置檢測(cè) |
X005 |
綠色信號(hào)燈2Hz |
Y005 |
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7 |
臂伸縮氣缸伸出到位 |
X006 |
黃色信號(hào)燈常亮 |
Y006 |
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8 |
臂伸縮氣缸縮回到位 |
X007 |
送料氣缸推出 |
Y007 |
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9 |
前臂升降氣缸下降到位 |
X010 |
臂伸縮氣缸伸出 |
Y010 |
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10 |
前臂升降氣缸縮回到位 |
X011 |
前臂升降氣缸下降 |
Y011 |
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11 |
氣動(dòng)機(jī)械手爪夾緊到位 |
X012 |
氣動(dòng)手爪夾緊 |
Y012 |
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12 |
推料氣缸推出到位 |
X013 |
氣動(dòng)手爪放松 |
Y013 |
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13 |
推料氣缸縮回到位 |
X014 |
電機(jī)正傳（A料槽向C料槽） |
Y014 |
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14 |
旋轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)到位 |
X015 |
電機(jī)反傳（C料槽向A料槽） |
Y015 |
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15 |
旋轉(zhuǎn)氣缸返回到位 |
X016 |
異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率35Hz |
Y016 |
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16 |
料筒有料檢測(cè) |
X017 |
異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率35Hz |
Y017 |
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17 |
存放臺(tái)有料 |
X020 |
推料氣缸推出 |
Y020 |
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18 |
輸送皮帶入料口有料 |
X021 |
旋轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn) |
Y021 |
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19 |
金屬檢測(cè)傳感器 |
X022 |
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20 |
白色尼龍檢測(cè)傳感器 |
X023 |
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21 |
分料槽進(jìn)料檢測(cè)傳感器 |
X024 |
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22 |
零件組裝工序啟動(dòng)按鈕SB1 |
X025 |
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23 |
啟動(dòng)組裝工序按鈕SB5 |
X026 |
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24 |
停止按鈕SB6 |
X027 |
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表1 控制電路I/O分配表
3.程序設(shè)計(jì)思路
根據(jù)PLC編程規(guī)則對(duì)本動(dòng)作流程采取簡(jiǎn)單的順序設(shè)計(jì)，分析動(dòng)作要求轉(zhuǎn)化內(nèi)容為：上料機(jī)構(gòu)井式存料臺(tái)內(nèi)檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)有料，且存放臺(tái)無(wú)料的情況下，送料氣缸推出；送料氣缸推出到
位檢測(cè)開關(guān)有信號(hào)停頓1s，送料氣缸縮回。存放臺(tái)物料到位后，機(jī)械手在原點(diǎn)信號(hào)到位，前臂升降氣缸縮回信號(hào)到位，臂伸縮氣缸縮回到位信號(hào)到位，機(jī)械手爪松開到位信號(hào)到位，臂伸縮氣缸伸出，前臂升降氣缸下降，待到位信號(hào)顯示正常，機(jī)械手進(jìn)行抓取，抓取到位信號(hào)到位。前臂升降氣缸縮回，臂伸縮氣缸縮回；前臂、伸縮氣缸縮回到位信號(hào)到位。步進(jìn)電機(jī)向右旋轉(zhuǎn)（步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度依靠步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的脈沖數(shù)進(jìn)行控制），步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)到位信號(hào)到位，前臂、伸縮氣缸伸出、下降；檢測(cè)輸送皮帶入料口無(wú)料，機(jī)械手爪松開，前臂、伸縮氣缸縮回到位后，步進(jìn)電機(jī)回歸原點(diǎn)，等待下次循環(huán)。
出料槽完成分選，首先要自動(dòng)識(shí)別黑色尼龍、白色尼龍、金屬鋁塊3種物料，金屬鋁塊可用提供的金屬傳感器進(jìn)行檢測(cè)，白色尼龍依靠光纖傳感器進(jìn)行檢測(cè)，黑色尼龍只有靠排除法進(jìn)行確認(rèn)，即從皮帶入料槽檢測(cè)有料輸送帶開始運(yùn)行到出料槽B的時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)不是金屬物料又不是白色物料即為黑色尼龍。這樣就可以依據(jù)內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、通過(guò)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，具體思路同上，考慮防止撞機(jī)等安全因素，完成上述要求的程序設(shè)計(jì)，從整體程序內(nèi)摘錄部分程序。
部分程序
三、光機(jī)電一體實(shí)訓(xùn)臺(tái)結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)實(shí)際動(dòng)作要求，起初編寫的程序存在較多漏洞，經(jīng)過(guò)多次在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，所設(shè)計(jì)程序完全可實(shí)現(xiàn)任務(wù)書的要求并達(dá)到最終實(shí)驗(yàn)要求。在編程調(diào)試程序時(shí)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)中涉及到氣缸控制，在線調(diào)試方法的靈活運(yùn)用，步進(jìn)電機(jī)、光電傳感器、光纖傳感器、光纖放大器、三相異步電機(jī)、三菱變頻調(diào)速器、三菱PLC主機(jī)的應(yīng)用，代表了自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)模式，可推廣至各個(gè)領(lǐng)域，特別是自動(dòng)化生產(chǎn)線，在量產(chǎn)的今天不但可節(jié)省用工成本，而且可提高設(shè)備利用率，創(chuàng)造更高利潤(rùn)。
品牌理念 
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