智能制造單元理實一體化設備，自動環形生產線實訓系統
2024-10-22 08:11
DB-GJD33 模塊式柔性自動環形生產線實訓系統
1、組成
模塊式柔性自動環形生產線實訓系統須有五個分系統構成即：數字化設計分系統、模擬加工制造分系統、檢測裝配分系統、生產物分流系統和信息管理分系統。它應包含供料檢測單元，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，環形輸送單元，總控平臺等多個單元模塊。系統具有可進行小批量多品種柔性加工、無人值守加工生產能力等，采用數字化信息系統管理模式，每一臺設備均采用網絡型式對外聯接，由服務器統一管理生產過程中的各種數字聯接任務,具有現代化柔性制造加工系統的特征。
2、功能
既能完成認知型和綜合型實驗實訓，又能完成開發設計型實驗實訓，還能實現學生現場動手操作和網絡計算機同步觀測與分析相結合；對樣件具有全程演示及生產能力；系統應具有全自動控制功能，能充分展示現代工業中進行數字化管理生產的各個環節；系統應具有單機獨立控制、獨立運行功能；系統應具有啟停控制、動態作業計劃調度、庫存資源動態顯示、系統故障診斷與處理、工件位置動態顯示等等功能。
該系統除能服務于工程訓練實踐教學環節外，還應能覆蓋相關課程，并能進行相關的實踐性教學環節，具體如下：
（1）可服務的相關課程
機械制造基礎、機械工程測試技術、機電傳動控制、液壓與氣壓傳動、機器人技術與應用、機電一體化系統設計、數控技術、機電系統仿真、CAD/CAM、PLC原理及應用、數字化制造技術、機電設備故障診斷、先進制造技術、多軸數控加工技術、虛擬與仿真技術等，和其它相關課程。
（2）教學演示類項目
柔性化加工系統演示、遠程控制演示、機電控管一體化技術演示、自動傳輸系統演示、工件自動裝配演示、產品自動倉儲系統演示等等。
（4）專業綜合訓練類、設計類等項目
機械制造技術項目綜合訓練、機床檢測綜合實驗、數字化技術項目綜合訓練、多軸數控技術項目綜合訓練、機電控制綜合實驗、機電一體化系統綜合設計、機電一體化系統綜合設計、工件傳輸線應用設計、工件裝配項目應用設計、立體倉庫應用設計、氣壓系統應用設計、系統供電方案應用設計、計算機輔助工藝規程設計、數據庫應用及開發、總控系統的應用與開發、傳感器應用與選擇、PLC應用編程設計、PLC網格通訊應用、伺服驅動應用、人機界面編程設計、遠程組態系統設計、生產實習、畢業實習、畢業設計等等。
二、技術性能
1. 輸入電源：三相四線～380V±10% 50Hz
2. 工作環境：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、實訓內容
1. PLC的設計與應用
(1) 數據傳輸功能實訓
(2) 定時、計數、移位功能實訓
(3) 比較功能實訓
(4) 步進功能的應用實訓
(5) 跳轉功能的應用實訓
(6) 子程序調用功能的應用實訓
(7) 中斷控制功能的應用實訓
(8) 變頻調速的PWM控制功能的應用實訓
(9) 伺服電機速度位置控制功能的應用實訓
(10) 檢測系統的程序設計
(11) 變頻調速環行自動傳輸系統的程序設計
(12) 自動儲存系統的程序設計
2. 傳感器技術及應用
(1) 光電傳感器的特性研究及應用
(2) 電感傳感器的特性研究及應用
(3) 電磁傳感器的特性研究及應用
(4) 位置傳感器的特性研究及應用
3. 氣動控制技術
(1) 電控氣動閥的工作原理及應用
(2) 真空發生器的工作原理及應用
(3) 氣動二聯體的工作原理及應用
(4) 各種氣缸的工作原理及應用
4. 運動控制系統
(1) 伺服電機定位的控制技術
(2) 直流電機的控制技術
(3) 交流電機的變頻調速技術
(4) 步進電機的定位控制技術
5. 組態監控及人機界面技術
(1) 組態監控軟件的基本應用
(2) 組態監控軟件通信應用實訓
6. 機械結構訓練技術
(1) 同步帶傳動機構的設計及特性研究
(2) 直齒輪傳動機構的設計及特性研究
(3) 錐齒輪傳動機構的設計及特性研究
(4) 直線導軌的設計及特性研究
(5) 滾珠絲桿的特性研究及應用
7. 故障檢測技術技能培訓
(1) 程序故障設置的排除訓練
(2) 參數故障設置的排除訓練
(3) 電氣接線故障設置的排除訓練
(4) 機械故障設置的排除訓練
8. 網絡通訊技術和PROFIBUS總線技術
(1) 網絡通訊基礎的原理與應用
(2) PROFIBUS-DP模塊的研究與應用
(3) PROFIBUS通訊協議的研究與應用
(4) PROFIBUS主站與從站之間的通訊研究
四、系統組成
1. 系統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電壓指示、電源控制部分、控制主機、狀態指示燈、二位選擇開關、啟動和停止開關、急停開關、復位開關、10.4英寸工業彩色觸摸屏等組成，主要完成監視各分站的工作狀態并協調各站運行，完成工業控制網絡的集成。
（二）上料單元
上料單元主要由料斗、回轉臺、螺旋導料機構、直流減速電機、工件滑道、計數電容開關、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。
主要技術指標：
| 名稱 | 型號規格 | 數量 | 備注 |
| 工作臺 | 860mm×470mm | 1 | 工業型材 |
| 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：
| 名稱 | 型號規格 | 數量 | 備注 |
| 工作臺 | 860mm×470mm | 1 | 工業型材 |
| 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 |
| 旋轉氣缸 | 0°～180° | 1 | |
| 雙聯氣缸 | 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、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：
| 名稱 | 型號規格 | 數量 | 備注 |
| 工作臺面 | 860mm×470mm | 1 | 工業型材 |
| 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 | |
| 步進電機驅動器 | 10000脈沖/圈 | 1 | |
| 雙導桿氣缸 | 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：
| 名稱 | 型號規格 | 數量 | 備注 |
| 工作臺 | 860mm×470mm | 1 | 工業型材 |
| 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、推料機構、工業導軌、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：
| 名稱 | 型號規格 | 數量 | 備注 |
| 工作臺 | 860mm×470mm | 1 | 工業型材 |
| 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 | |
| 旋轉氣缸 | 180° | 1 | |
| 真空吸盤及發生器 | 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自由度工業機器人單元
由新時達6自由度工業機器人、直線移動機構、無桿氣缸、工業導軌等組成，主要完成對工件的提取及搬運。
主要技術指標：
| 名稱 | 型號規格 | 數量 | 備注 |
| 工作臺 | 860mm×470mm | 1 | 工業型材 |
| 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自由度工業機器人指標
| 項目規格 | 規格 | |
| 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 | |
| 關節速度 | J1 | 370°/s |
| J2 | 370°/s | |
| J3 | 430°/s | |
| J4 | 300°/s | |
| J5 | 460°/s | |
| J6 | 600°/s | |
| 關節角度 | 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。主要技術指標：
| 名稱 | 型號規格 | 數量 | 備注 |
| 工作臺面 | 860mm×470mm | 1 | 工業型材 |
| 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）環行自動輸送線
環行自動輸送線主要由鋁合金型材基體、環行傳輸線、自動導向機構、變頻調速系統、自動定位機構等組成。可完成對工件在不同速度下的輸送，不同工位的自動定位，從而大大提高了自動環形傳輸線的工作效率。控制系統主站采用西門子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，協調各站運行，并為上位機的監控程序提供數據，同時系統還配有工業以太網通信模塊和10.4英寸彩色工業觸摸屏，可以完成系統控制網絡的集成。
（十）實驗室遠程管理系統軟件
該系統集成遠程實驗臺電源管理系統，通過手機或其他移動終端系統監控查詢學生實驗臺的電源開關狀態；單獨開啟關閉學生實驗臺電源；全部開啟或全部關閉實驗臺電源功能；定時開啟關閉電源功能。
該系統還可通過 PC 控制終端進行實訓考核，也可通過手持移動控制終端進行實訓考核，可自由設定任意一處與電控模塊引腳有關的各種常見故障，故障類型包括：線路斷 路、對地短路、接觸不良，偶發等故障現象。每套驅動模塊可以設置 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、短路等故障，共 24 路故 障設置。可根據需求擴展設置 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、短路等故障，共192 路故障設置。可根據用戶使用要求調整故障設置點的數量和故障設置類型。
可通過 PC 控制終端進行實訓考核，也可通過手持移動控制終端進行實訓考核，教師與學員界面分開，教師通過密碼進入教師界面出題，學員在普通界面答題。(注：教師與 學員設故與排故界面原理圖與設備面板原理圖完全一致)可自由設定任意一處與汽車電控模塊引腳有關的各種常見故障，故障類型包括：線路斷 路、對地短路、接觸不良，偶發等故障現象。
所有配備驅動模塊的實訓設備，均可通過內置的專用新型無線數據傳輸模塊無線組網，實現遠程集中管理。
用戶可選擇通過無線或 RS-232 串口通訊與其它實訓設備配套的無線故障設置控制系統 組成一個網絡，通過主控計算機控制每一臺實訓設備的故障設置、故障排除、參數設定、 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 | 規格 | 數量 | 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 工業以太網模塊 | 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 | 規格 | 數量 | 單位 | 備注 |
|
1
|
環行自動輸送線 | 1 | 套 | ||
|
2
|
6自由度工業機器人單元 | 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 |