YUY-GJD11模塊式柔性自動(dòng)環(huán)形生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（工程型）

一、模塊式柔性自動(dòng)環(huán)形生產(chǎn)線一體化實(shí)訓(xùn)設(shè)備概述
柔性自動(dòng)生產(chǎn)線是將微電子學(xué)、計(jì)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)電類、自動(dòng)化類、良好制造類行業(yè)、企業(yè)中工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的特點(diǎn)，對各類自動(dòng)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(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，融機(jī)、光、電、氣、液于一體，包含了PLC、機(jī)器人、傳感器、氣動(dòng)、液壓、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制、計(jì)算機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)等諸多技術(shù)領(lǐng)域，整個(gè)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(gè)完整的多級計(jì)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(dòng)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、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(dòng)化類相關(guān)專業(yè)的教學(xué)和實(shí)訓(xùn)，同時(shí)也適合工程技術(shù)人員上崗培訓(xùn)。
本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是一種典型的環(huán)形柔性自動(dòng)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(yùn)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(chǔ)單元、成品檢測單元、自動(dòng)倉儲(chǔ)單元、AGV小車單元、液壓沖壓單元、環(huán)形輸送線和總控平臺(tái)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(dú)立，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)，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(dòng)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(yùn)行，并為上位機(jī)的監(jiān)控程序提供數(shù)據(jù)，同時(shí)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(dú)立運(yùn)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(yùn)行，在聯(lián)機(jī)模式下，系統(tǒng)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(jī)器人裝配、裝配檢測、倉儲(chǔ)、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(shí)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(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)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(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)線一體化實(shí)訓(xùn)設(shè)備特點(diǎn)
1.系統(tǒng)將機(jī)械、氣動(dòng)、電氣控制、電機(jī)傳動(dòng)、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(xiàng)技能訓(xùn)練和綜合性項(xiàng)目訓(xùn)練?？梢赃M(jìn)行機(jī)械部件安裝與調(diào)試、氣動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)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(jì)、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(shí)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(dòng)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(jì)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(jì)，并且以附件方式提供全部設(shè)計(jì)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(gè)，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(xiàng)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(dòng)生產(chǎn)線中的使用。
4.氣動(dòng)應(yīng)用技術(shù)
該系統(tǒng)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、真空發(fā)生器、過濾減速閥等。不但可以單獨(dú)學(xué)習(xí)每一種分離元件，而且還可以在學(xué)習(xí)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(dú)學(xué)習(xí)每一種分離元件，而且還可以在學(xué)習(xí)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(dú)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(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(shí)學(xué)習(xí)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。
8.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信
任務(wù)1：組態(tài)監(jiān)控軟件的運(yùn)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(tái)、貨臺(tái)、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(jì)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(tái)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(tái)、機(jī)械手爪、配重塊等組成，主要完成對工件的搬運(yùn)。
主要技術(shù)指標(biāo)：

（三）加工單元
由旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、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(tái)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(yùn)單元
由機(jī)械手、移動(dòng)滑臺(tái)、安裝工作臺(tái)、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(yùn)。
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(dòng)工作臺(tái)、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(dòng)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(yùn)。
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(yùn)、組裝等。
主要技術(shù)指標(biāo)：

（十）分類存儲(chǔ)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(chǔ)。
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(dòng)器、工業(yè)觸摸屏、物料臺(tái)等組成，主要完成對裝配后的成品進(jìn)行檢驗(yàn)。
主要技術(shù)指標(biāo)：

（十二）自動(dòng)倉儲(chǔ)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(chǔ)、物料搬運(yùn)等功能。
主要技術(shù)指標(biāo)：

（十三）AGV小車單元
由AGV無線自動(dòng)導(dǎo)引小車（尺寸：220mm×180mm)、AGV運(yùn)行平臺(tái)（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(dòng)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(dòng)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(tái)
控制臺(tái)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(dòng)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(yùn)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(dòng)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(yùn)行，并為上位機(jī)的監(jiān)控程序提供數(shù)據(jù)，同時(shí)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(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（用戶可根據(jù)需要進(jìn)行選配）
表一：德國西門子

表二：日本三菱