模塊式柔性自動(dòng)環(huán)形生產(chǎn)線(xiàn)一體化實(shí)訓設備

YUY-GJD11模塊式柔性自動(dòng)環(huán)形生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)驗系統（工程型）

一、模塊式柔性自動(dòng)環(huán)形生產(chǎn)線(xiàn)一體化實(shí)訓設備概述
柔性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)是將微電子學(xué)、計算機信息技術(shù)、控制技術(shù)、機械制造和系統工程有機地結合起來(lái)，是一種技術(shù)復雜、高度自動(dòng)化系統，柔性制造技術(shù)更是當前機械制造業(yè)適應市場(chǎng)動(dòng)態(tài)需求及產(chǎn)品不斷迅速更新的主要手段，是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎。
本實(shí)訓系統是專(zhuān)門(mén)為職業(yè)院校、職業(yè)教育培訓機構研制的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)訓系統，根據機電類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)、先進(jìn)制造類(lèi)行業(yè)、企業(yè)中工業(yè)自動(dòng)化應用的特點(diǎn)，對各類(lèi)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的工作過(guò)程和相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行研究，對工業(yè)現場(chǎng)設備進(jìn)行提煉和濃縮，并針對實(shí)訓教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設計，融機、光、電、氣、液于一體，包含了PLC、機器人、傳感器、氣動(dòng)、液壓、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )、電機驅動(dòng)與控制、計算機、機械傳動(dòng)等諸多技術(shù)領(lǐng)域，整個(gè)系統由MES生產(chǎn)管理系統、WINCC監控系統、MCGS監控系統、主控PLC和下位PLC通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)構成一個(gè)完整的多級計算機控制系統，通過(guò)訓練，能強化了學(xué)生對復雜柔性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的設計、安裝、接線(xiàn)、編程、調試、故障診斷與維修等綜合職業(yè)能力，適合機電類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)和實(shí)訓，同時(shí)也適合工程技術(shù)人員上崗培訓。
本實(shí)訓系統是一種典型的環(huán)形柔性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，它由供料檢測單元、操作手單元、加工單元、圖像檢測單元、安裝單元、搬運單元、提取單元、成品分裝輸送單元、三菱6自由度工業(yè)機器人單元、分類(lèi)存儲單元、成品檢測單元、自動(dòng)倉儲單元、AGV小車(chē)單元、液壓沖壓?jiǎn)卧?、環(huán)形輸送線(xiàn)和總控平臺組成。通過(guò)輸送鏈連成環(huán)形生產(chǎn)線(xiàn)。上述機構均安裝在工業(yè)型材桌面上，系統中的機械結構、電氣控制回路、執行機構*獨立，采用工業(yè)標準件設計，便于拆、裝。
控制系統主站采用西門(mén)子S7-300(CPU315-2DP)，從站采用西門(mén)子S7-200(CPU224)，各站之間使用PROFIBUS-DP總線(xiàn)進(jìn)行通訊，S7-200從站主要用于控制與驅動(dòng)設備層，并對現場(chǎng)反饋的信號進(jìn)行采集，S7-300主站采集各從站數據，協(xié)調各站運行，并為上位機的監控程序提供數據，同時(shí)系統還配有工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊和10.4英寸彩色工業(yè)觸摸屏，可以完成系統控制網(wǎng)絡(luò )的集成。
該系統有單機、聯(lián)機二種工作方式。在單機模式下，各從站獨立運行，站間沒(méi)有數據傳送，學(xué)員可進(jìn)行外部接線(xiàn)操作，使用S7-200PPI電纜或PROFIBUS總線(xiàn)將編寫(xiě)程序下載到PLC中，并監控程序運行，在聯(lián)機模式下，系統各從站同時(shí)工作，工件依次進(jìn)行上料、顏色檢測、加工、視頻檢測、機器人裝配、裝配檢測、倉儲、物流輸送、產(chǎn)品輸出等操作，各站間通過(guò)PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行通訊，在主站的控制下實(shí)現相關(guān)的互鎖、數據傳送操作，系統中的上位機使用WinCC組態(tài)監控軟件，對現場(chǎng)設備生產(chǎn)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監控。
系統工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)和標準的電氣接口，支持RS232、RS485、PPI、MPI、PROFIBUS-DP、TCP/IP多種通信方式。系統具備多種組態(tài)軟件、編程軟件、管理軟件功能，如MGCS、WINCC、OPC、STEP7、人機交換和MES生產(chǎn)管理系統軟件等，為方便教學(xué)還配有PLC仿真、氣動(dòng)仿真、多媒體教室電子管理等軟件。
A/B/C/D型單元配置表

二、模塊式柔性自動(dòng)環(huán)形生產(chǎn)線(xiàn)一體化實(shí)訓設備特點(diǎn)
1.系統將機械、氣動(dòng)、電氣控制、電機傳動(dòng)、傳感檢測、PLC以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò )控制技術(shù)有機地進(jìn)行整合，結構模塊化，便于組合，可以完成各類(lèi)單項技能訓練和綜合性項目訓練?？梢赃M(jìn)行機械部件安裝與調試、氣動(dòng)系統的安裝與調試、電氣控制電路的安裝和PLC編程、機電設備安裝與調試、自動(dòng)控制系統安裝與調試、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )控制系統安裝與調試于一體，能較好地滿(mǎn)足實(shí)訓教學(xué)、工程訓練的需要。
2.系統中元器件均采用實(shí)際工業(yè)元件，質(zhì)量可靠、性能穩定，故障率低，從而保證學(xué)校實(shí)訓教學(xué)的順利進(jìn)行。
3.系統無(wú)論機械結構還是控制，都采用統一標準接口，具有很高的兼容和擴展性，隨工業(yè)現場(chǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，本系統可以緊跟現場(chǎng)技術(shù)升級擴展，深入地滿(mǎn)足實(shí)訓教學(xué)的需要。
4.本系統可以鍛煉學(xué)習者創(chuàng )新思維和動(dòng)手能力，學(xué)習者可以利用本系統從機械組裝、電氣設計、接線(xiàn)、PLC編程與調試、現場(chǎng)總線(xiàn)組建與維修等方面進(jìn)行工程訓練。
三、技術(shù)性能
1.輸入電源：三相四線(xiàn)～380V±10% 50Hz
2.工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ ，相對濕度≤85%（25℃），海拔＜4000m
3.裝置容量：＜3kVA
4.環(huán)形線(xiàn)尺寸：4500mm×2200mm×1000mm
5.設備外型尺寸：7200mm×4200mm×1600mm
6.安全保護：具有漏電保護，安全符合國家標準
四、實(shí)訓內容
1.機械系統安裝與調試
各工作單元可讓學(xué)員了解機械傳動(dòng)的基本應用，并進(jìn)行安裝調試工作。這對提高在校學(xué)生技能有極大幫助。
2.電氣控制電路設計及接線(xiàn)
環(huán)形生產(chǎn)線(xiàn)工作單元其電控部分全部按照工業(yè)標準和習慣進(jìn)行設計，并且以附件方式提供全部設計圖紙和說(shuō)明書(shū)。學(xué)員在該設備上可學(xué)習電路原理圖分析、PLC各I/O地址查對和設備電路連線(xiàn)方法。
3.傳感器的應用
該系統使用的傳感器數量達100多個(gè)，有電感式、電容式、光電式、光纖式、霍爾式、電磁式、紅外、直線(xiàn)位移、圖像處理以及色標傳感器等，每一種傳感都有著(zhù)各自的特性。學(xué)員可了解工作中各類(lèi)傳感器的工作特性來(lái)加強對這些傳感器的感性認識，再結合項目中傳感器安裝與調整、測試應用技能訓練，可使學(xué)員快速掌握傳感器在自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中的使用。
4.氣動(dòng)應用技術(shù)
該系統上使用了大量的氣動(dòng)元件，包括多種電控氣動(dòng)閥、多種氣動(dòng)缸、氣動(dòng)夾爪、真空吸盤(pán)、真空發(fā)生器、過(guò)濾減速閥等。不但可以單獨學(xué)習每一種分離元件，而且還可以在學(xué)習時(shí)了解各種氣動(dòng)元件之間以及氣動(dòng)元件與其它元件之間是如何配合起來(lái)進(jìn)行協(xié)調工作的。
5.液壓應用技術(shù)
該系統上使用了液壓元件，包括液壓閥、液壓缸、液壓泵等。不但可以單獨學(xué)習每一種分離元件，而且還可以在學(xué)習時(shí)了解各種液壓元件之間與其它元件之間是如何配合起來(lái)進(jìn)行協(xié)調工作的。
6.PLC程序編制和程序調試
環(huán)形生產(chǎn)線(xiàn)教學(xué)系統可以分成若干*獨立的工作單元，使十幾個(gè)學(xué)生可以同時(shí)進(jìn)行技能訓練。在該設備上學(xué)員不但可以學(xué)習PLC的各種技術(shù)，而且可以學(xué)習綜合科技環(huán)境下PLC的多種應用。
7.機器人應用技術(shù)
該系統上使用了三自由度、四自由度及六軸工業(yè)機器人，學(xué)員可學(xué)習機器人的各種控制技術(shù)，同時(shí)學(xué)習機械手的設計。
8.工業(yè)網(wǎng)絡(luò )通信
任務(wù)1：組態(tài)監控軟件的運行使用及與PLC的通信
任務(wù)2：MES生產(chǎn)管理系統軟件的使用
任務(wù)3：觸摸屏工程的編寫(xiě)
任務(wù)4：STEP7編程軟件使用
任務(wù)5：PROFIBUS-DP模塊的學(xué)習與使用
任務(wù)6：PROFIBUS通訊協(xié)議的學(xué)習與使用
任務(wù)7：PROFIBUS主站與從站之間的通訊
9.系統維護和故障檢測
設備日常維護的內容和方法，以及系統常見(jiàn)故障分析、排除的方法。
五、系統組成、功能及技術(shù)參數
(一)供料檢測單元
由料斗、回轉臺、貨臺、螺旋導料機構、平面推力軸承、直流減速電機、工件滑道、提升裝置、計數開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等組成。主要完成將工件從回傳上料臺依次送到檢測工位，提升裝置將工件提升并檢測工件顏色。

主要技術(shù)指標：

（二）操作手單元
由機械手、橫臂、回轉臺、機械手爪、配重塊等組成，主要完成對工件的搬運。
主要技術(shù)指標：

（三）加工單元
由旋轉工作臺、平面推力軸承、直流減速電機、刀具庫（3種刀具）、升降式加工系統、加工組件、檢測組件、轉臺到位傳感器等組成。主要完成物料加工和深度的檢測。
主要技術(shù)指標：

（四）搬運單元
由機械手、移動(dòng)滑臺、安裝工作臺、工業(yè)導軌、齒輪齒條、配重塊等組成，主要完成對工件的搬運。
主要技術(shù)指標：

（五）安裝單元
由料筒、換料機構、推料機構、工業(yè)導軌、搖臂等組成，主要完成對兩種不同工件的上料及安裝。
主要技術(shù)指標：

（六）圖像檢測單元
由光源，鏡頭，CCD照相機，圖像處理控制器，操作鍵盤(pán)，顯示器、移動(dòng)工作臺、導桿氣缸、檢測傳感器、可編程控制器等組成，通過(guò)視覺(jué)傳感器完成對工件的檢測。
（七）提取單元
由機械手、直線(xiàn)移動(dòng)機構、無(wú)桿氣缸、工業(yè)導軌等組成，主要完成對工件的提取及搬運。
主要技術(shù)指標：

（八）成品分裝輸送單元
由輸送帶、檢測機構、推料氣缸、旋轉缸、工業(yè)皮帶輪等組成，主要完成對工件的輸送及分揀。
主要技術(shù)指標：

（九）三菱6自由度工業(yè)機器人單元
由鋁合金型材基座、6軸工業(yè)機器人裝配手（采用三菱RV-3SD）、示教單元所組成。主要完成對物料的搬運、組裝等。
主要技術(shù)指標：

（十）分類(lèi)存儲單元
由步進(jìn)電機、滾珠絲桿、立體庫、推料氣缸、電磁閥等組成。主要完成對成品工件分類(lèi)存儲。
主要技術(shù)指標：

（十一）成品檢測單元
由檢測機構、直線(xiàn)位移傳感器、光纖傳感器、滾珠絲桿、步進(jìn)電機及驅動(dòng)器、工業(yè)觸摸屏、物料臺等組成，主要完成對裝配后的成品進(jìn)行檢驗。
主要技術(shù)指標：

（十二）自動(dòng)倉儲單元
由YAMAHA兩軸機器人、導桿氣缸、氣夾組成。主要完成生產(chǎn)線(xiàn)成品存儲、物料搬運等功能。
主要技術(shù)指標：

（十三）AGV小車(chē)單元
由AGV無(wú)線(xiàn)自動(dòng)導引小車(chē)（尺寸：220mm×180mm)、AGV運行平臺（尺寸≥1600mm×1000mm）及中央調度系統組成。主要完成物流輸送。
（十四）液壓沖壓?jiǎn)卧?/span>
由液壓直動(dòng)缸、液壓閥、液壓泵、定位機構、安全傳感保護、料筒、推料機構、工業(yè)導軌、導桿氣缸等組成。主要完成對工件的模擬沖壓加工。
主要技術(shù)指標：

（十五）環(huán)形輸送線(xiàn)
由拖鏈、傳動(dòng)輪、輥輪、交流電機、齒輪換向機構、變頻器、檢測、導料機構及截料機構等組成，主要完成物料的輸送任務(wù)。
（十六）總控平臺
控制臺主要由S7-300西門(mén)子CPU315-2DP、CP343-1以太網(wǎng)模塊、二位選擇開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)和停止開(kāi)關(guān)、急停開(kāi)關(guān)、復位開(kāi)關(guān)、10.4英寸工業(yè)彩色觸摸屏等組成，主要完成監視各分站的工作狀態(tài)并協(xié)調各站運行，完成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )的集成。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò )通訊
控制系統主站采用西門(mén)子S7-300(CPU315-2DP)，從站采用西門(mén)子S7-200(CPU224)，各站之間使用ProfiBus-DP總線(xiàn)進(jìn)行通訊，S7-200從站主要用于控制與驅動(dòng)設備層，并對現場(chǎng)反饋的信號進(jìn)行采集，S7-300主站采集各從站數據，協(xié)調各站運行，并為上位機的監控程序提供數據，同時(shí)系統還配有工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊和10.4英寸彩色工業(yè)觸摸屏，可以完成系統控制網(wǎng)絡(luò )的集成。
系統軟件
系統具備多種組態(tài)軟件、編程軟件、管理軟件功能，如WINCC、OPC、STEP7、人機交換和MES生產(chǎn)管理系統軟件等，為方便教學(xué)還配有PLC仿真、氣動(dòng)仿真、多媒體教室電子管理等軟件。
PLC模塊及變頻器選配表（用戶(hù)可根據需要進(jìn)行選配）
表一：德國西門(mén)子

表二：日本三菱