QA-RX01型工業4.0模擬實訓考核系統一、實訓考核裝置的結構和工作過程

在鋁合金導軌式實訓臺上安裝大工件出料裝置、伺服搬運機械、模擬沖床加工、小工件給料裝配、自動傳送分揀、6自由度工業機械搬運、智能倉儲入庫等工作站，構成一個典型的機電一體化設備的機械平臺；電氣控制采用RS485串行通訊方式實現分布式的控制，從而組成自動加工、裝配生產線，真實呈現自動生產線的柔性加工過程。

各工作站的結構和功能如下：

⑴ 供料站

供料站主要由料倉及料槽、推料氣缸和物料臺以及的傳感器、電磁閥構成，如圖1所示。

本站工作過程如下：系統啟動后，推料氣缸推出，把料槽中層的工件推到物料臺上工件抓取位。工件到位傳感器檢測到工件到位后，推出氣缸氣缸縮回。搬運站機械伸出并抓取該工件，并將其運送往加工站。

⑵加工站

加工站主要由物料臺、夾緊機械、物料臺伸出/縮回氣缸、加工（沖壓）氣缸以及的傳感器、電磁閥構成。

本站的功能是完成一個對工件的沖壓加工過程，流程如下：

搬運站機械把工件運送到物料臺上→機械指夾緊工件→物料臺回到加工區域沖壓氣缸的下方→沖壓氣缸向下伸出沖壓工件→完成沖壓動作后向上縮回→沖壓氣缸縮回到位→物料臺重新伸出→到位后機械指松開→搬運站機械伸出并夾緊工件，將其運送往裝配站。

⑶裝配站

裝配站主要有供料單元、吸盤式裝配單元、放料臺以及的傳感器、電磁閥構成。

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。

當搬運站的機械把工件運送到裝配站物料臺上時，推料氣缸伸出，使料槽中層的小圓柱工件落到旋轉供料臺上，然后吸盤式裝配機構伸出吸盤→抓取小圓柱→爪提升→臂伸出→爪下降→爪松開的動作順序，把小園柱工件順利裝入大工件中，搬運站機械伸出并抓取該工件，并將其運送往物料分解站。

⑷分揀站

分揀站主要有傳送帶、變頻器、三相電機、推料氣缸、電磁閥和定位光電傳感器及區分黑白兩種顏色的光纖傳感器構成。

本站的功能是完成從裝配站送來的裝配好的工件進行分揀。當搬運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，即啟動變頻器，工件開始送入分揀區，如果進入分揀區工件為金屬，由檢測金屬的電感式傳感器作為1號槽推料氣缸啟動信號，將黑色料推到1號槽里；如果進入分揀區工件為白色，則由檢測白色物料的光纖傳感器動作，作為2號槽推料氣缸啟動信號，將白色料推到2號槽里，如果進入分揀區工件為黑色，由檢測黑色的光纖傳感器作為3號槽推料氣缸啟動信號，將黑色料推到3號槽里。。自動生產線的加工結束。

⑸伺服輸送機構

伺服輸送機構主要有伺服電機、伺服電機驅動器、同步帶式線性導軌、四自由度搬運機械、電磁閥和原點定位開關構成。

本站的功能是完成向各個工作單元輸送工件，系統分為四自由度抓取機械單元和直線位移位置控制單元兩部分，系統上電后，先執行回原點操作，當到達原點位置后，若系統啟動，供料站物料臺檢測傳感器檢測到有工件時，機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機械整體下將到位后，步進電機開始工作按設定好的脈沖量到加工站。加工站到位后機械整體提升，提升到位后爪伸出伸出到位后機械整體下降，下降到位后工件已放入加工站物料臺上，然后爪松開，松開到位后機械回縮，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自動生產線加工過程。

（6）6自由度工業機械搬運

由6自由度工業機械本體（RV-2F-1D-S11）、工業機械驅動器(CR751-D)、抓輸入輸出電纜、I/O通訊模塊、控制電纜、示教器、夾緊機械的傳感器、電磁閥構成。六軸機器人對經過檢測分揀單元檢測合格的工件進行搬運，搬運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，主要由機械部件、電氣控制部件及上位機組態三部分組成。具備三維運動控制功能（X、Z軸完成倉位定位、Y軸完成物料放入與取出）；

機械部件為可拆裝式模塊化結構，由底板(由工業組合型鋁型材組成)、庫體（全鋁結構）、垛（全鋁結構）、蝸輪傳動部件、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）、步進電機、步進電機驅動器、單相漏電保護器、熔斷器、開關電源、繼電器、電感式接近開關、微型光電開關、行程開關、按鈕、工程拖鏈及集成電纜接線系統等部分組成；

觸摸屏組態監控使用MCGSTPC7062型觸摸屏，在上位機上可進行各種功能設定及選擇，并能實時監控倉庫的狀態并可對其進行控制。

二、系統控制方案

根據機械平臺的上述工藝過程， 采用RS485串行通訊方式實現分布式的控制系統。

采用RS-485總線的PLC互連網絡。

采用了觸摸屏人機界面，而每種通訊網絡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互連網絡的控制方案

本控制方案的目標，是使學生通過實訓，掌握RS-485通訊技術和采用廣播方式實現PLC之間交換信息的PLC互連技術。作為PLC通訊網絡的基本技術，并鑒于采用RS-485總線的PLC互連網絡廣泛用于小型集散控制系統上，熟練掌握這一技能，是高職學生必不可少的。

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。

1）西門子S7-200系列

本方案采用PPI（點對點接口）協議實現通訊，以觸摸屏（TPC7062）和搬運站PLC（S7-226）為智能倉庫站控制系統.

2）三菱FX2N系列：

本方案采用FX2N 的N：N通訊網絡。各工作站均插上FX2N-485-BD通訊板，以搬運站PLC（FX2N-48MT）為主站，其余各站為從站構成N：N通訊網絡。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# 從站連接到網絡上。同時安裝有伺服控制器用的定位模塊，各站PLC的型號見配置清單。

三、本裝備的特點：

1、有機融合了機械技術（包括氣動技術）、傳感器技術、交流電動機變頻調速和步進電機驅動控制、伺服電機控制技術、工業機器人控制技術、觸摸屏技術、PLC控制及通信網絡等技術，體現了現代制造業生產過程的特征。

2、整體結構采用開放式和拆裝式，能方便地更換模塊，按具有生產性功能和整合學習功能的原則確定模塊內容，使教學或競賽時可方便的選擇需要的模塊。

3、用于教學，可按工作過程導向，工學結合的模式規劃教學活動，完成以下工作任務：

1）氣動系統的安裝與調試項目：

選用該裝備配置的單出桿氣缸、單出雙桿氣缸、旋轉氣缸等氣動執行元件和單控電磁換向閥、雙控電磁換向閥和磁性開關等氣動控制元件，可完成下列氣動技術的工作任務：

氣動方向控制回路的安裝；氣動速度控制回路的安裝；擺動控制回路的安裝；氣動順序控制回路的安裝；氣動機械裝置的安裝；氣動系統安裝與調試；

2）電氣控制電路的安裝和PLC程序編寫項目：