YUY-GJD11模塊式柔性自動環(huán)形生產(chǎn)線實驗系統(tǒng)（工程型）

一、模塊式柔性自動環(huán)形生產(chǎn)線一體化實訓(xùn)設(shè)備概述
柔性自動生產(chǎn)線是將微電子學(xué)、計算機(jī)信息技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)械制造和系統(tǒng)工程有機(jī)地結(jié)合起來，是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動化系統(tǒng)，柔性制造技術(shù)更是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)適應(yīng)市場動態(tài)需求及產(chǎn)品不斷迅速更新的主要手段，是良好制造技術(shù)的基礎(chǔ)。
本實訓(xùn)系統(tǒng)是專門為職業(yè)院校、職業(yè)教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)研制的自動生產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)電類、自動化類、良好制造類行業(yè)、企業(yè)中工業(yè)自動化應(yīng)用的特點，對各類自動生產(chǎn)線的工作過程和相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行研究，對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行提煉和濃縮，并針對實訓(xùn)教學(xué)活動進(jìn)行專門設(shè)計，融機(jī)、光、電、氣、液于一體，包含了PLC、機(jī)器人、傳感器、氣動、液壓、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)驅(qū)動與控制、計算機(jī)、機(jī)械傳動等諸多技術(shù)領(lǐng)域，整個系統(tǒng)由MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)、WINCC監(jiān)控系統(tǒng)、MCGS監(jiān)控系統(tǒng)、主控PLC和下位PLC通過網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)構(gòu)成一個完整的多級計算機(jī)控制系統(tǒng)，通過訓(xùn)練，能強(qiáng)化了學(xué)生對復(fù)雜柔性自動生產(chǎn)線的設(shè)計、安裝、接線、編程、調(diào)試、故障診斷與維修等綜合職業(yè)能力，適合機(jī)電類、自動化類相關(guān)專業(yè)的教學(xué)和實訓(xùn)，同時也適合工程技術(shù)人員上崗培訓(xùn)。
本實訓(xùn)系統(tǒng)是一種典型的環(huán)形柔性自動生產(chǎn)線，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(jī)器人單元、分類存儲單元、成品檢測單元、自動倉儲單元、AGV小車單元、液壓沖壓單元、環(huán)形輸送線和總控平臺組成。通過輸送鏈連成環(huán)形生產(chǎn)線。上述機(jī)構(gòu)均安裝在工業(yè)型材桌面上，系統(tǒng)中的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣控制回路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)*獨立，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計，便于拆、裝。
控制系統(tǒng)主站采用西門子S7-300(CPU315-2DP)，從站采用西門子S7-200(CPU224)，各站之間使用PROFIBUS-DP總線進(jìn)行通訊，S7-200從站主要用于控制與驅(qū)動設(shè)備層，并對現(xiàn)場反饋的信號進(jìn)行采集，S7-300主站采集各從站數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)各站運行，并為上位機(jī)的監(jiān)控程序提供數(shù)據(jù)，同時系統(tǒng)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(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的集成。
該系統(tǒng)有單機(jī)、聯(lián)機(jī)二種工作方式。在單機(jī)模式下，各從站獨立運行，站間沒有數(shù)據(jù)傳送，學(xué)員可進(jìn)行外部接線操作，使用S7-200PPI電纜或PROFIBUS總線將編寫程序下載到PLC中，并監(jiān)控程序運行，在聯(lián)機(jī)模式下，系統(tǒng)各從站同時工作，工件依次進(jìn)行上料、顏色檢測、加工、視頻檢測、機(jī)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PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊，在主站的控制下實現(xiàn)相關(guān)的互鎖、數(shù)據(jù)傳送操作，系統(tǒng)中的上位機(jī)使用WinCC組態(tài)監(jiān)控軟件，對現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)狀況進(jìn)行動態(tài)實時監(jiān)控。
系統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口，支持RS232、RS485、PPI、MPI、PROFIBUS-DP、TCP/IP多種通信方式。系統(tǒng)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(jī)交換和MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟件等，為方便教學(xué)還配有PLC仿真、氣動仿真、多媒體教室電子管理等軟件。
A/B/C/D型單元配置表

二、模塊式柔性自動環(huán)形生產(chǎn)線一體化實訓(xùn)設(shè)備特點
1.系統(tǒng)將機(jī)械、氣動、電氣控制、電機(jī)傳動、傳感檢測、PLC以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)有機(jī)地進(jìn)行整合，結(jié)構(gòu)模塊化，便于組合，可以完成各類單項技能訓(xùn)練和綜合性項目訓(xùn)練。可以進(jìn)行機(jī)械部件安裝與調(diào)試、氣動系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、電氣控制電路的安裝和PLC編程、機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試、自動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試于一體，能較好地滿足實訓(xùn)教學(xué)、工程訓(xùn)練的需要。
2.系統(tǒng)中元器件均采用實際工業(yè)元件，質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定，故障率低，從而保證學(xué)校實訓(xùn)教學(xué)的順利進(jìn)行。
3.系統(tǒng)無論機(jī)械結(jié)構(gòu)還是控制，都采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)接口，具有很高的兼容和擴(kuò)展性，隨工業(yè)現(xiàn)場技術(shù)的快速發(fā)展，本系統(tǒng)可以緊跟現(xiàn)場技術(shù)升級擴(kuò)展，深入地滿足實訓(xùn)教學(xué)的需要。
4.本系統(tǒng)可以鍛煉學(xué)習(xí)者創(chuàng)新思維和動手能力，學(xué)習(xí)者可以利用本系統(tǒng)從機(jī)械組裝、電氣設(shè)計、接線、PLC編程與調(diào)試、現(xiàn)場總線組建與維修等方面進(jìn)行工程訓(xùn)練。
三、技術(shù)性能
1.輸入電源：三相四線～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)形線尺寸：4500mm×2200mm×1000mm
5.設(shè)備外型尺寸：7200mm×4200mm×1600mm
6.安全保護(hù)：具有漏電保護(hù)，安全符合國家標(biāo)準(zhǔn)
四、實訓(xùn)內(nèi)容
1.機(jī)械系統(tǒng)安裝與調(diào)試
各工作單元可讓學(xué)員了解機(jī)械傳動的基本應(yīng)用，并進(jìn)行安裝調(diào)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(shè)計及接線
環(huán)形生產(chǎn)線工作單元其電控部分全部按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣進(jìn)行設(shè)計，并且以附件方式提供全部設(shè)計圖紙和說明書。學(xué)員在該設(shè)備上可學(xué)習(xí)電路原理圖分析、PLC各I/O地址查對和設(shè)備電路連線方法。
3.傳感器的應(yīng)用
該系統(tǒng)使用的傳感器數(shù)量達(dá)100多個，有電感式、電容式、光電式、光纖式、霍爾式、電磁式、紅外、直線位移、圖像處理以及色標(biāo)傳感器等，每一種傳感都有著各自的特性。學(xué)員可了解工作中各類傳感器的工作特性來加強(qiáng)對這些傳感器的感性認(rèn)識，再結(jié)合項目中傳感器安裝與調(diào)整、測試應(yīng)用技能訓(xùn)練，可使學(xué)員快速掌握傳感器在自動生產(chǎn)線中的使用。
4.氣動應(yīng)用技術(shù)
該系統(tǒng)上使用了大量的氣動元件，包括多種電控氣動閥、多種氣動缸、氣動夾爪、真空吸盤、真空發(fā)生器、過濾減速閥等。不但可以單獨學(xué)習(xí)每一種分離元件，而且還可以在學(xué)習(xí)時了解各種氣動元件之間以及氣動元件與其它元件之間是如何配合起來進(jìn)行協(xié)調(diào)工作的。
5.液壓應(yīng)用技術(shù)
該系統(tǒng)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(xí)每一種分離元件，而且還可以在學(xué)習(xí)時了解各種液壓元件之間與其它元件之間是如何配合起來進(jìn)行協(xié)調(diào)工作的。
6.PLC程序編制和程序調(diào)試
環(huán)形生產(chǎn)線教學(xué)系統(tǒng)可以分成若干*獨立的工作單元，使十幾個學(xué)生可以同時進(jìn)行技能訓(xùn)練。在該設(shè)備上學(xué)員不但可以學(xué)習(xí)PLC的各種技術(shù)，而且可以學(xué)習(xí)綜合科技環(huán)境下PLC的多種應(yīng)用。
7.機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)
該系統(tǒng)上使用了三自由度、四自由度及六軸工業(yè)機(jī)器人，學(xué)員可學(xué)習(xí)機(jī)器人的各種控制技術(shù)，同時學(xué)習(xí)機(jī)械手的設(shè)計。
8.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信
任務(wù)1：組態(tài)監(jiān)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(tǒng)軟件的使用
任務(wù)3：觸摸屏工程的編寫
任務(wù)4：STEP7編程軟件使用
任務(wù)5：PROFIBUS-DP模塊的學(xué)習(xí)與使用
任務(wù)6：PROFIBUS通訊協(xié)議的學(xué)習(xí)與使用
任務(wù)7：PROFIBUS主站與從站之間的通訊
9.系統(tǒng)維護(hù)和故障檢測
設(shè)備日常維護(hù)的內(nèi)容和方法，以及系統(tǒng)常見故障分析、排除的方法。
五、系統(tǒng)組成、功能及技術(shù)參數(shù)
(一)供料檢測單元
由料斗、回轉(zhuǎn)臺、貨臺、螺旋導(dǎo)料機(jī)構(gòu)、平面推力軸承、直流減速電機(jī)、工件滑道、提升裝置、計數(shù)開關(guān)、光電開關(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(biāo)：

（二）操作手單元
由機(jī)械手、橫臂、回轉(zhuǎn)臺、機(jī)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(biāo)：

（三）加工單元
由旋轉(zhuǎn)工作臺、平面推力軸承、直流減速電機(jī)、刀具庫（3種刀具）、升降式加工系統(tǒng)、加工組件、檢測組件、轉(zhuǎn)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(biāo)：

（四）搬運單元
由機(jī)械手、移動滑臺、安裝工作臺、工業(yè)導(dǎo)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(biāo)：

（五）安裝單元
由料筒、換料機(jī)構(gòu)、推料機(jī)構(gòu)、工業(yè)導(dǎo)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(biāo)：

（六）圖像檢測單元
由光源，鏡頭，CCD照相機(jī)，圖像處理控制器，操作鍵盤，顯示器、移動工作臺、導(dǎo)桿氣缸、檢測傳感器、可編程控制器等組成，通過視覺傳感器完成對工件的檢測。
（七）提取單元
由機(jī)械手、直線移動機(jī)構(gòu)、無桿氣缸、工業(yè)導(dǎo)軌等組成，主要完成對工件的提取及搬運。
主要技術(shù)指標(biāo)：

（八）成品分裝輸送單元
由輸送帶、檢測機(jī)構(gòu)、推料氣缸、旋轉(zhuǎn)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(biāo)：

（九）三菱6自由度工業(yè)機(jī)器人單元
由鋁合金型材基座、6軸工業(yè)機(jī)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(biāo)：

（十）分類存儲單元
由步進(jìn)電機(jī)、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存儲。
主要技術(shù)指標(biāo)：

（十一）成品檢測單元
由檢測機(jī)構(gòu)、直線位移傳感器、光纖傳感器、滾珠絲桿、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器、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(biāo)：

（十二）自動倉儲單元
由YAMAHA兩軸機(jī)器人、導(dǎo)桿氣缸、氣夾組成。主要完成生產(chǎn)線成品存儲、物料搬運等功能。
主要技術(shù)指標(biāo)：

（十三）AGV小車單元
由AGV無線自動導(dǎo)引小車（尺寸：220mm×180mm)、AGV運行平臺（尺寸≥1600mm×1000mm）及中央調(diào)度系統(tǒng)組成。主要完成物流輸送。
（十四）液壓沖壓單元
由液壓直動缸、液壓閥、液壓泵、定位機(jī)構(gòu)、安全傳感保護(hù)、料筒、推料機(jī)構(gòu)、工業(yè)導(dǎo)軌、導(dǎo)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(biāo)：

（十五）環(huán)形輸送線
由拖鏈、傳動輪、輥輪、交流電機(jī)、齒輪換向機(jī)構(gòu)、變頻器、檢測、導(dǎo)料機(jī)構(gòu)及截料機(jī)構(gòu)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西門子CPU315-2DP、CP343-1以太網(wǎng)模塊、二位選擇開關(guān)、啟動和停止開關(guān)、急停開關(guān)、復(fù)位開關(guān)、10.4英寸工業(yè)彩色觸摸屏等組成，主要完成監(jiān)視各分站的工作狀態(tài)并協(xié)調(diào)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(tǒng)主站采用西門子S7-300(CPU315-2DP)，從站采用西門子S7-200(CPU224)，各站之間使用ProfiBus-DP總線進(jìn)行通訊，S7-200從站主要用于控制與驅(qū)動設(shè)備層，并對現(xiàn)場反饋的信號進(jìn)行采集，S7-300主站采集各從站數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)各站運行，并為上位機(jī)的監(jiān)控程序提供數(shù)據(jù)，同時系統(tǒng)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(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的集成。
系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)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(jī)交換和MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟件等，為方便教學(xué)還配有PLC仿真、氣動仿真、多媒體教室電子管理等軟件。
PLC模塊及變頻器選配表（用戶可根據(jù)需要進(jìn)行選配）
表一：德國西門子

表二：日本三菱