智能制造單元理實一體化設(shè)備，自動環(huán)形生產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng)
2024-10-22 08:11
1、組成
模塊式柔性自動環(huán)形生產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng)須有五個分系統(tǒng)構(gòu)成即：數(shù)字化設(shè)計分系統(tǒng)、模擬加工制造分系統(tǒng)、檢測裝配分系統(tǒng)、生產(chǎn)物分流系統(tǒng)和信息管理分系統(tǒng)。它應(yīng)包含供料檢測單元，操作手單元，加工單元，搬運單元，安裝單元，圖像檢測單元，提取單元，分類存儲單元，環(huán)形輸送單元，總控平臺等多個單元模塊。系統(tǒng)具有可進行小批量多品種柔性加工、無人值守加工生產(chǎn)能力等，采用數(shù)字化信息系統(tǒng)管理模式，每一臺設(shè)備均采用網(wǎng)絡(luò)型式對外聯(lián)接，由服務(wù)器統(tǒng)一管理生產(chǎn)過程中的各種數(shù)字聯(lián)接任務(wù),具有現(xiàn)代化柔性制造加工系統(tǒng)的特征。
2、功能
既能完成認知型和綜合型實驗實訓(xùn)，又能完成開發(fā)設(shè)計型實驗實訓(xùn)，還能實現(xiàn)學(xué)生現(xiàn)場動手操作和網(wǎng)絡(luò)計算機同步觀測與分析相結(jié)合；對樣件具有全程演示及生產(chǎn)能力；系統(tǒng)應(yīng)具有全自動控制功能，能充分展示現(xiàn)代工業(yè)中進行數(shù)字化管理生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)；系統(tǒng)應(yīng)具有單機獨立控制、獨立運行功能；系統(tǒng)應(yīng)具有啟�？刂啤討B(tài)作業(yè)計劃調(diào)度、庫存資源動態(tài)顯示、系統(tǒng)故障診斷與處理、工件位置動態(tài)顯示等等功能。
該系統(tǒng)除能服務(wù)于工程訓(xùn)練實踐教學(xué)環(huán)節(jié)外，還應(yīng)能覆蓋相關(guān)課程，并能進行相關(guān)的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，具體如下：
（1）可服務(wù)的相關(guān)課程
機械制造基礎(chǔ)、機械工程測試技術(shù)、機電傳動控制、液壓與氣壓傳動、機器人技術(shù)與應(yīng)用、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)控技術(shù)、機電系統(tǒng)仿真、CAD/CAM、PLC原理及應(yīng)用、數(shù)字化制造技術(shù)、機電設(shè)備故障診斷、先進制造技術(shù)、多軸數(shù)控加工技術(shù)、虛擬與仿真技術(shù)等，和其它相關(guān)課程。
（2）教學(xué)演示類項目
柔性化加工系統(tǒng)演示、遠程控制演示、機電控管一體化技術(shù)演示、自動傳輸系統(tǒng)演示、工件自動裝配演示、產(chǎn)品自動倉儲系統(tǒng)演示等等。
（4）專業(yè)綜合訓(xùn)練類、設(shè)計類等項目
機械制造技術(shù)項目綜合訓(xùn)練、機床檢測綜合實驗、數(shù)字化技術(shù)項目綜合訓(xùn)練、多軸數(shù)控技術(shù)項目綜合訓(xùn)練、機電控制綜合實驗、機電一體化系統(tǒng)綜合設(shè)計、機電一體化系統(tǒng)綜合設(shè)計、工件傳輸線應(yīng)用設(shè)計、工件裝配項目應(yīng)用設(shè)計、立體倉庫應(yīng)用設(shè)計、氣壓系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計、系統(tǒng)供電方案應(yīng)用設(shè)計、計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用及開發(fā)、總控系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)、傳感器應(yīng)用與選擇、PLC應(yīng)用編程設(shè)計、PLC網(wǎng)格通訊應(yīng)用、伺服驅(qū)動應(yīng)用、人機界面編程設(shè)計、遠程組態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等等。
二、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：＜4.5kVA
4. 外形尺寸：7000mm×5500mm×850mm
5. 安全保護：具有漏電保護，安全符合國家標準
三、實訓(xùn)內(nèi)容
1. PLC的設(shè)計與應(yīng)用
(1) 數(shù)據(jù)傳輸功能實訓(xùn)
(2) 定時、計數(shù)、移位功能實訓(xùn)
(3) 比較功能實訓(xùn)
(4) 步進功能的應(yīng)用實訓(xùn)
(5) 跳轉(zhuǎn)功能的應(yīng)用實訓(xùn)
(6) 子程序調(diào)用功能的應(yīng)用實訓(xùn)
(7) 中斷控制功能的應(yīng)用實訓(xùn)
(8) 變頻調(diào)速的PWM控制功能的應(yīng)用實訓(xùn)
(9) 伺服電機速度位置控制功能的應(yīng)用實訓(xùn)
(10) 檢測系統(tǒng)的程序設(shè)計
(11) 變頻調(diào)速環(huán)行自動傳輸系統(tǒng)的程序設(shè)計
(12) 自動儲存系統(tǒng)的程序設(shè)計
2. 傳感器技術(shù)及應(yīng)用
(1) 光電傳感器的特性研究及應(yīng)用
(2) 電感傳感器的特性研究及應(yīng)用
(3) 電磁傳感器的特性研究及應(yīng)用
(4) 位置傳感器的特性研究及應(yīng)用
3. 氣動控制技術(shù)
(1) 電控氣動閥的工作原理及應(yīng)用
(2) 真空發(fā)生器的工作原理及應(yīng)用
(3) 氣動二聯(lián)體的工作原理及應(yīng)用
(4) 各種氣缸的工作原理及應(yīng)用
4. 運動控制系統(tǒng)
(1) 伺服電機定位的控制技術(shù)
(2) 直流電機的控制技術(shù)
(3) 交流電機的變頻調(diào)速技術(shù)
(4) 步進電機的定位控制技術(shù)
5. 組態(tài)監(jiān)控及人機界面技術(shù)
(1) 組態(tài)監(jiān)控軟件的基本應(yīng)用
(2) 組態(tài)監(jiān)控軟件通信應(yīng)用實訓(xùn)
6. 機械結(jié)構(gòu)訓(xùn)練技術(shù)
(1) 同步帶傳動機構(gòu)的設(shè)計及特性研究
(2) 直齒輪傳動機構(gòu)的設(shè)計及特性研究
(3) 錐齒輪傳動機構(gòu)的設(shè)計及特性研究
(4) 直線導(dǎo)軌的設(shè)計及特性研究
(5) 滾珠絲桿的特性研究及應(yīng)用
7. 故障檢測技術(shù)技能培訓(xùn)
(1) 程序故障設(shè)置的排除訓(xùn)練
(2) 參數(shù)故障設(shè)置的排除訓(xùn)練
(3) 電氣接線故障設(shè)置的排除訓(xùn)練
(4) 機械故障設(shè)置的排除訓(xùn)練
8. 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和PROFIBUS總線技術(shù)
(1) 網(wǎng)絡(luò)通訊基礎(chǔ)的原理與應(yīng)用
(2) PROFIBUS-DP模塊的研究與應(yīng)用
(3) PROFIBUS通訊協(xié)議的研究與應(yīng)用
(4) PROFIBUS主站與從站之間的通訊研究
四、系統(tǒng)組成
1. 系統(tǒng)的硬件由九個基本單元站組成
（一）總控平臺
總控平臺主要由三相電網(wǎng)電壓指示、電源控制部分、控制主機、狀態(tài)指示燈、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。
（二）上料單元
上料單元主要由料斗、回轉(zhuǎn)臺、螺旋導(dǎo)料機構(gòu)、直流減速電機、工件滑道、計數(shù)電容開關(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。
主要技術(shù)指標：
| 名稱 | 型號規(guī)格 | 數(shù)量 | 備注 |
| 工作臺 | 860mm×470mm | 1 | 工業(yè)型材 |
| 供電電源/工作電壓 | AC220V 50Hz /DC24V 4.5A | 1 | |
| 工作氣壓 | 0.5MPa | ||
| PLC模塊 | CPU224CN(AC/DC/RLY) +EM277 DP通信模塊 | 1 | 西門子 |
| 單桿氣缸 | 行程：75mm | 1 | |
| 直流減速電機 | 10W/24V 5r/m | 1 | |
| 檢測傳感器 | 光電漫反射 檢測距離50～300mm、磁感式 | 4 |
(二) 操作手單元
由機械手、橫臂、回轉(zhuǎn)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：
| 名稱 | 型號規(guī)格 | 數(shù)量 | 備注 |
| 工作臺 | 860mm×470mm | 1 | 工業(yè)型材 |
| 供電電源/工作電壓 | AC220V 50Hz /DC24V 4.5A | 1 | |
| 工作氣壓 | 0.5MPa | ||
| PLC模塊 | CPU224CN(AC/DC/RLY) +EM277 DP通信模塊 | 1 | 西門子 |
| 旋轉(zhuǎn)氣缸 | 0°～180° | 1 | |
| 雙聯(lián)氣缸 | 行程：100mm | 1 | |
| 平行氣夾 | 缸徑：16mm | 1 | |
| 單桿氣缸 | 行程：45mm | 1 | |
| 檢測傳感器 | 磁感式 | 7 |
（三） 加工單元
由旋轉(zhuǎn)工作臺、平面推力軸承、直流減速電機、刀具庫、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：
| 名稱 | 型號規(guī)格 | 數(shù)量 | 備注 |
| 工作臺面 | 860mm×470mm | 1 | 工業(yè)型材 |
| 供電電源/工作電壓 | AC220V 50Hz/DC24V 4.5A | 1 | |
| 工作氣壓 | 0.5MPa | ||
| PLC模塊 | CPU224CN(DC/DC/DC)+EM223+EM277 DP通信模塊 | 1 | 西門子 |
| 直流減速電機 | 10W/24V 5r/m | 1 | |
| 步進電機 | 三相6A 步距角1.2° | 1 | |
| 步進電機驅(qū)動器 | 10000脈沖/圈 | 1 | |
| 雙導(dǎo)桿氣缸 | 行程：75mm | 1 | |
| 單桿氣缸 | 行程：45mm | 2 | |
| 檢測傳感器 | 光電、電感、磁感式 | 10 |
（四）搬運單元
由機械手、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：
| 名稱 | 型號規(guī)格 | 數(shù)量 | 備注 |
| 工作臺 | 860mm×470mm | 1 | 工業(yè)型材 |
| 供電電源/工作電壓 | AC220V 50Hz/DC24V 4.5A | 1 | |
| 工作氣壓 | 0.5MPa | ||
| PLC模塊 | CPU224CN(AC/DC/RLY) +EM277 DP通信模塊 | 1 | 西門子 |
| 薄型氣缸 | 行程：50mm、90mm | 2 | |
| 單桿氣缸 | 行程：30mm | 1 | |
| 平行氣夾 | 缸徑：16mm | 1 | |
| 檢測傳感器 | 磁感式 | 7 |
（五） 安裝單元
由料筒、換料機構(gòu)、推料機構(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：
| 名稱 | 型號規(guī)格 | 數(shù)量 | 備注 |
| 工作臺 | 860mm×470mm | 1 | 工業(yè)型材 |
| 供電電源/工作電壓 | AC220V 50Hz/DC24V 4.5A | 1 | |
| 工作氣壓 | 0.5MPa | ||
| PLC模塊 | CPU224CN(AC/DC/RLY) +EM277 DP通信模塊 | 1 | 西門子 |
| 單桿氣缸 | 行程：60mm | 2 | |
| 旋轉(zhuǎn)氣缸 | 180° | 1 | |
| 真空吸盤及發(fā)生器 | 1 | ||
| 檢測傳感器 | 磁感式 | 6 |
（六）圖像形狀檢測單元
圖像處理單元主要由光源、鏡頭、CCD照相機、圖像處理控制器、顯示器、位移傳感器等組成。主要檢測加工完成后工件外觀形狀品質(zhì)是否合格，通過攝像頭獲取工件的圖像，由圖像處理器完成工件合格與否的判斷并檢測加工孔深，將不合格工件剔除。（七）新時達6自由度工業(yè)機器人單元
由新時達6自由度工業(yè)機器人、直線移動機構(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：
| 名稱 | 型號規(guī)格 | 數(shù)量 | 備注 |
| 工作臺 | 860mm×470mm | 1 | 工業(yè)型材 |
| 供電電源/工作電壓 | AC220V 50Hz/DC24V 4.5A | 1 | |
| 工作氣壓 | 0.5MPa | ||
| PLC模塊 | CPU224CN(AC/DC/RLY) +EM277 DP通信模塊 | 1 | 西門子 |
| 6自由度工業(yè)機器人 | SD500 | 1 | 新時達 |
| 薄型氣缸 | 行程：45mm | 1 | |
| 單桿氣缸 | 行程：30mm | 1 | |
| 平行氣夾 | 缸徑：16mm | 1 | |
| 檢測傳感器 | 磁感式 | 7 |
新時達6自由度工業(yè)機器人指標
| 項目規(guī)格 | 規(guī)格 | |
| 自由度 | 6 | |
| 額定/最大手腕負載 | 3 kg/5kg | |
| 最大工作半徑 | 500mm | |
| 本體重量 | 28kg | |
| 位置精度 | ±0.02mm | |
| 關(guān)節(jié)速度 | J1 | 370°/s |
| J2 | 370°/s | |
| J3 | 430°/s | |
| J4 | 300°/s | |
| J5 | 460°/s | |
| J6 | 600°/s | |
| 關(guān)節(jié)角度 | J1 | ±170° |
| J2 | ±110° | |
| J3 | +40°～-220° | |
| J4 | ±185° | |
| J5 | ±125° | |
| J6 | ±360° | |
（八）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(shù)指標：
| 名稱 | 型號規(guī)格 | 數(shù)量 | 備注 |
| 工作臺面 | 860mm×470mm | 1 | 工業(yè)型材 |
| 供電電源/工作電壓 | AC220V 50Hz/DC24V 4.5A | 1 | |
| 工作氣壓 | 0.5MPa | ||
| PLC模塊 | CPU224CN(DC/DC/DC)+EM277 DP通信模塊 | 1 | 西門子 |
| 步進電機驅(qū)動器 | 64細分 | 2 | |
| 步進電機 | 1.5A 角距：1.8度 | 2 | |
| 單桿氣缸 | 行程：45mm | 1 | |
| 滾珠絲桿 | 行程≥320mm | 2 |
（九）環(huán)行自動輸送線
環(huán)行自動輸送線主要由鋁合金型材基體、環(huán)行傳輸線、自動導(dǎo)向機構(gòu)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、自動定位機構(gòu)等組成�？赏瓿蓪ぜ诓煌俣认碌妮斔�，不同工位的自動定位，從而大大提高了自動環(huán)形傳輸線的工作效率。控制系統(tǒng)主站采用西門子S7-300(CPU315-2DP)，從站采用西門子S7-200SMART(CPU224)，各站之間使用ProfiBus-DP總線進行通訊，S7-200 SMART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。
（十）實驗室遠程管理系統(tǒng)軟件
該系統(tǒng)集成遠程實驗臺電源管理系統(tǒng)，通過手機或其他移動終端系統(tǒng)監(jiān)控查詢學(xué)生實驗臺的電源開關(guān)狀態(tài)；單獨開啟關(guān)閉學(xué)生實驗臺電源；全部開啟或全部關(guān)閉實驗臺電源功能；定時開啟關(guān)閉電源功能。
該系統(tǒng)還可通過 PC 控制終端進行實訓(xùn)考核，也可通過手持移動控制終端進行實訓(xùn)考核，可自由設(shè)定任意一處與電控模塊引腳有關(guān)的各種常見故障，故障類型包括：線路斷 路、對地短路、接觸不良，偶發(fā)等故障現(xiàn)象。每套驅(qū)動模塊可以設(shè)置 8 路大電流 5A 的 開路故障、16 路小電流 2A 的信號通路的開路、不良、偶發(fā)、短路等故障，共 24 路故 障設(shè)置�？筛鶕�(jù)需求擴展設(shè)置 64 路大電流 5A 的開路故障、128 路小電流 2A 的信號通 路的開路、不良、偶發(fā)、短路等故障，共192 路故障設(shè)置。可根據(jù)用戶使用要求調(diào)整故障設(shè)置點的數(shù)量和故障設(shè)置類型。
可通過 PC 控制終端進行實訓(xùn)考核，也可通過手持移動控制終端進行實訓(xùn)考核，教師與學(xué)員界面分開，教師通過密碼進入教師界面出題，學(xué)員在普通界面答題。(注：教師與 學(xué)員設(shè)故與排故界面原理圖與設(shè)備面板原理圖完全一致)可自由設(shè)定任意一處與汽車電控模塊引腳有關(guān)的各種常見故障，故障類型包括：線路斷 路、對地短路、接觸不良，偶發(fā)等故障現(xiàn)象。
所有配備驅(qū)動模塊的實訓(xùn)設(shè)備，均可通過內(nèi)置的專用新型無線數(shù)據(jù)傳輸模塊無線組網(wǎng)，實現(xiàn)遠程集中管理。
用戶可選擇通過無線或 RS-232 串口通訊與其它實訓(xùn)設(shè)備配套的無線故障設(shè)置控制系統(tǒng) 組成一個網(wǎng)絡(luò)，通過主控計算機控制每一臺實訓(xùn)設(shè)備的故障設(shè)置、故障排除、參數(shù)設(shè)定、 遠程起動、信息反饋、考核評分等功能。
1.PLC模塊及變頻器配置表
表一：PLC模塊
| 序號 | 名稱 | 規(guī)格 | 數(shù)量 | 單位 | 備注 |
|
1
|
S7-300 PLC | PS307電源 | 1 | 臺 | |
|
2
|
CPU315-2DP CPU | 1 | 臺 | ||
|
3
|
SM323 16DI/16DO | 1 | 臺 | ||
|
4
|
CP343-1 工業(yè)以太網(wǎng)模塊 | 1 | 臺 | ||
|
5
|
S7-200 SMART PLC | CPU224CN(DC/DC/DC) | 2 | 臺 | |
|
6
|
CPU224CN(AC/DC/RLY) | 5 | 臺 | ||
|
7
|
EM277 DP通信模塊 | 7 | 臺 | ||
|
8
|
EM223 | 1 | 臺 | ||
|
9
|
DP接頭 | 14 | 個 | ||
|
10
|
變頻器 | MM420,AC380V供電，功率≥0.75kW | 1 | 臺 | |
|
11
|
軟件 | STEP7 Micro WIN SP4 V4.0 | 1 | 套 | |
|
12
|
STEP7 V5.5 | 1 | 套 | ||
|
13
|
WinCC V6.0 | 1 | 套 |
| 序號 | 名稱 | 規(guī)格 | 數(shù)量 | 單位 | 備注 |
|
1
|
環(huán)行自動輸送線 | 1 | 套 | ||
|
2
|
6自由度工業(yè)機器人單元 | SD500 | 1 | 套 | |
|
3
|
視覺傳感器 | ZFX-C10 | 1 | 套 | |
|
4
|
工件 | 白色工件 | 24 | 只 | |
|
5
|
藍色工件 | 24 | 只 | ||
|
6
|
金屬工件 | 8 | 只 | ||
|
7
|
包裝盒 | 10 | 只 | ||
|
8
|
電源線 | 單相三芯電源線 | 15 | 根 | |
|
9
|
PU氣管 | Ф6、橙色 | 50 | 米 | |
|
10
|
PLC編程電纜 |
USB/PPI USM/MPI |
1 | 套 | |
|
11
|
PLC編程軟件 |
STEP7 MicroWIN SP4 V4.0 STEP7 V5.5 WinCC V6.0 |
1 | 套 | DEMO版 |
|
12
|
配套工具 | 工具箱：十字長柄螺絲刀，大、中、小號一字螺絲刀，中、小號十字螺絲刀，鐘表螺絲刀、剝線鉗，尖嘴鉗，剪刀，電烙鐵，鑷子，活動扳手，內(nèi)六角扳手（9把） | 1 | 套 | |
|
13
|
配套光盤 | 使用手冊、程序等 | 1 | 套 | |
|
14
|
計算機 | 主流品牌機 | 1 | 臺 | 學(xué)校自備 |
|
15
|
空氣壓縮機 | 靜音空氣壓縮機 | 1 | 臺 | 靜音 |
|
16
|
氣動接頭 | 氣動快插式三通接頭EPE6 | 12 | 只 |