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

一、模塊式柔性自動環(huán)形生產線一體化實訓設備概述
柔性自動生產線是將微電子學、計算機信息技術、控制技術、機械制造和系統(tǒng)工程有機地結合起來，是一種技術復雜、高度自動化系統(tǒng)，柔性制造技術更是當前機械制造業(yè)適應市場動態(tài)需求及產品不斷迅速更新的主要手段，是良好制造技術的基礎。
本實訓系統(tǒng)是專門為職業(yè)院校、職業(yè)教育培訓機構研制的自動生產線實訓系統(tǒng)，根據機電類、自動化類、良好制造類行業(yè)、企業(yè)中工業(yè)自動化應用的特點，對各類自動生產線的工作過程和相關的技術進行研究，對工業(yè)現場設備進行提煉和濃縮，并針對實訓教學活動進行專門設計，融機、光、電、氣、液于一體，包含了PLC、機器人、傳感器、氣動、液壓、工業(yè)控制網絡、電機驅動與控制、計算機、機械傳動等諸多技術領域，整個系統(tǒng)由MES生產管理系統(tǒng)、WINCC監(jiān)控系統(tǒng)、MCGS監(jiān)控系統(tǒng)、主控PLC和下位PLC通過網絡通訊技術構成一個完整的多級計算機控制系統(tǒng)，通過訓練，能強化了學生對復雜柔性自動生產線的設計、安裝、接線、編程、調試、故障診斷與維修等綜合職業(yè)能力，適合機電類、自動化類相關專業(yè)的教學和實訓，同時也適合工程技術人員上崗培訓。
本實訓系統(tǒng)是一種典型的環(huán)形柔性自動生產線，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)形生產線。上述機構均安裝在工業(yè)型材桌面上，系統(tǒng)中的機械結構、電氣控制回路、執(zhí)行機構*獨立，采用工業(yè)標準件設計，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總線進行通訊，S7-200從站主要用于控制與驅動設備層，并對現場反饋的信號進行采集，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(jiān)控程序提供數據，同時系統(tǒng)還配有工業(yè)以太網通信模塊和10.4英寸彩色工業(yè)觸摸屏，可以完成系統(tǒng)控制網絡的集成。
該系統(tǒng)有單機、聯機二種工作方式。在單機模式下，各從站獨立運行，站間沒有數據傳送，學員可進行外部接線操作，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，在聯機模式下，系統(tǒng)各從站同時工作，工件依次進行上料、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、產品輸出等操作，各站間通過PROFIBUS-DP現場總線進行通訊，在主站的控制下實現相關的互鎖、數據傳送操作，系統(tǒng)中的上位機使用WinCC組態(tài)監(jiān)控軟件，對現場設備生產狀況進行動態(tài)實時監(jiān)控。
系統(tǒng)工業(yè)現場總線和標準的電氣接口，支持RS232、RS485、PPI、MPI、PROFIBUS-DP、TCP/IP多種通信方式。系統(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、人機交換和MES生產管理系統(tǒng)軟件等，為方便教學還配有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)形生產線一體化實訓設備特點
1.系統(tǒng)將機械、氣動、電氣控制、電機傳動、傳感檢測、PLC以及工業(yè)網絡控制技術有機地進行整合，結構模塊化，便于組合，可以完成各類單項技能訓練和綜合性項目訓練?？梢赃M行機械部件安裝與調試、氣動系統(tǒng)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、自動控制系統(tǒng)安裝與調試、工業(yè)網絡控制系統(tǒng)安裝與調試于一體，能較好地滿足實訓教學、工程訓練的需要。
2.系統(tǒng)中元器件均采用實際工業(yè)元件，質量可靠、性能穩(wěn)定，故障率低，從而保證學校實訓教學的順利進行。
3.系統(tǒng)無論機械結構還是控制，都采用統(tǒng)一標準接口，具有很高的兼容和擴展性，隨工業(yè)現場技術的快速發(fā)展，本系統(tǒng)可以緊跟現場技術升級擴展，深入地滿足實訓教學的需要。
4.本系統(tǒng)可以鍛煉學習者創(chuàng)新思維和動手能力，學習者可以利用本系統(tǒng)從機械組裝、電氣設計、接線、PLC編程與調試、現場總線組建與維修等方面進行工程訓練。
三、技術性能
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、實訓內容
1.機械系統(tǒng)安裝與調試
各工作單元可讓學員了解機械傳動的基本應用，并進行安裝調試工作。這對提高在校學生技能有極大幫助。
2.電氣控制電路設計及接線
環(huán)形生產線工作單元其電控部分全部按照工業(yè)標準和習慣進行設計，并且以附件方式提供全部設計圖紙和說明書。學員在該設備上可學習電路原理圖分析、PLC各I/O地址查對和設備電路連線方法。
3.傳感器的應用
該系統(tǒng)使用的傳感器數量達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、圖像處理以及色標傳感器等，每一種傳感都有著各自的特性。學員可了解工作中各類傳感器的工作特性來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，可使學員快速掌握傳感器在自動生產線中的使用。
4.氣動應用技術
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。不但可以單獨學習每一種分離元件，而且還可以在學習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行協(xié)調工作的。
5.液壓應用技術
該系統(tǒng)上使用了液壓元件，包括液壓閥、液壓缸、液壓泵等。不但可以單獨學習每一種分離元件，而且還可以在學習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行協(xié)調工作的。
6.PLC程序編制和程序調試
環(huán)形生產線教學系統(tǒng)可以分成若干*獨立的工作單元，使十幾個學生可以同時進行技能訓練。在該設備上學員不但可以學習PLC的各種技術，而且可以學習綜合科技環(huán)境下PLC的多種應用。
7.機器人應用技術
該系統(tǒng)上使用了三自由度、四自由度及六軸工業(yè)機器人，學員可學習機器人的各種控制技術，同時學習機械手的設計。
8.工業(yè)網絡通信
任務1：組態(tài)監(jiān)控軟件的運行使用及與PLC的通信
任務2：MES生產管理系統(tǒng)軟件的使用
任務3：觸摸屏工程的編寫
任務4：STEP7編程軟件使用
任務5：PROFIBUS-DP模塊的學習與使用
任務6：PROFIBUS通訊協(xié)議的學習與使用
任務7：PROFIBUS主站與從站之間的通訊
9.系統(tǒng)維護和故障檢測
設備日常維護的內容和方法，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、計數開關、光電開關等組成。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(tǒng)、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。
主要技術指標：

（四）搬運單元
由機械手、移動滑臺、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，顯示器、移動工作臺、導桿氣缸、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
由機械手、直線移動機構、無桿氣缸、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。
主要技術指標：

（十）分類存儲單元
由步進電機、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存儲。
主要技術指標：

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

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

（十三）AGV小車單元
由AGV無線自動導引小車（尺寸：220mm×180mm)、AGV運行平臺（尺寸≥1600mm×1000mm）及中央調度系統(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。
主要技術指標：

（十五）環(huán)形輸送線
由拖鏈、傳動輪、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。
（十六）總控平臺
控制臺主要由S7-300西門子CPU315-2DP、CP343-1以太網模塊、二位選擇開關、啟動和停止開關、急停開關、復位開關、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)調各站運行，完成工業(yè)控制網絡的集成。
工業(yè)網絡通訊
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總線進行通訊，S7-200從站主要用于控制與驅動設備層，并對現場反饋的信號進行采集，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(jiān)控程序提供數據，同時系統(tǒng)還配有工業(yè)以太網通信模塊和10.4英寸彩色工業(yè)觸摸屏，可以完成系統(tǒng)控制網絡的集成。
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、人機交換和MES生產管理系統(tǒng)軟件等，為方便教學還配有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（用戶可根據需要進行選配）
表一：德國西門子

表二：日本三菱