機電一體化柔性生產(chǎn)綜合實訓(xùn)系統(tǒng)
一、機電一體化柔性生產(chǎn)綜合實訓(xùn)系統(tǒng)概述 柔性自動生產(chǎn)線是將微電子學(xué)、計算機信息技術(shù)、控制技術(shù)、機械制造和系統(tǒng)工程有機地結(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)機構(gòu)研制的自動生產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng)，根據(jù)機電類、自動化類、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)進行研究，對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備進行提煉和濃縮，并針對實訓(xùn)教學(xué)活動進行專門設(shè)計，融機、光、電、氣、液于一體，包含了PLC、機器人、傳感器、液壓、氣動、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、電機驅(qū)動與控制、計算機、機械傳動等諸多技術(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)、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控制系統(tǒng)，通過訓(xùn)練，能強化學(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（規(guī)格：8m×5m），它由上料單元、多軸加工單元、搬運單元、落料單元、噴涂烘干單元、加蓋單元、穿銷單元、檢測單元、分揀輸送單元、物流倉儲單元、行車機械手單元、圖像處理單元、圖像檢測單元、液壓沖壓單元、條形碼識別單元、堆垛解垛倉儲單元組成。傳輸鏈有輥道、皮帶、鏈條滾輪三種模式，配有相應(yīng)的圓帶、滾筒、直角轉(zhuǎn)向等轉(zhuǎn)角，通過傳輸鏈和轉(zhuǎn)角連成環(huán)形生產(chǎn)線。上述機構(gòu)均安裝在工業(yè)型材桌面上，系統(tǒng)中的機械結(jié)構(gòu)、
電氣控制回路、執(zhí)行機構(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(CPU226)，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(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。
該系統(tǒng)有單機、聯(lián)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(shù)據(jù)傳送，學(xué)員可進行外部接線操作，使用S7-200專用PPI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)機模式下，系統(tǒng)各從站同時工作，工件依次進行上料、沖壓、加工、搬運、落料、噴涂烘干、視頻檢測、加蓋、穿銷、檢測、條形碼識別、分揀、入庫、托盤暫存及搬運等操作，各站間通過ProfiBus現(xiàn)場總線進行通訊，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)中的上位工控機使用WinCC組態(tài)監(jiān)控軟件，對現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)狀況進行動態(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STEP7、OPC、WinCC算法組態(tài)、人機交換和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。
本系統(tǒng)配有西門子、三菱等國際品牌的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，
二、機電一體化柔性生產(chǎn)綜合實訓(xùn)系統(tǒng)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：＜3.5kVA
4.外形尺寸：8000mm×5000mm×2400mm
5.安全保護：具有漏電保護，安全符合國家標(biāo)準(zhǔn)
三、機電一體化柔性生產(chǎn)綜合實訓(xùn)系統(tǒng)特點
1.系統(tǒng)將機械、氣動、液壓、電氣控制、電機傳動、傳感檢測、PLC以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)有機地進行整合，按照結(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?？梢赃M行機械部件安裝與調(diào)試、氣動系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、液壓系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、電氣控制電路的安裝和PLC編程、機電設(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.該實訓(xùn)考核裝置PLC模塊I/O端子、各常用模塊接線端子，均采用安全型插座，使用帶安全插頭的導(dǎo)線進行電路連接；各指令開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器和指示元件的電路通過端子排進行連接。插拔線連接電路與端子排連接電路相結(jié)合，既保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。
3.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)的順利進行。
4.系統(tǒng)無論機械結(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)升級擴展，深入地滿足實訓(xùn)教學(xué)的需要。
5.本系統(tǒng)可以鍛煉學(xué)習(xí)者創(chuàng)造性的思維和動手能力，學(xué)習(xí)者可以利用本系統(tǒng)從機械組裝、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行工程訓(xùn)練。
四、機電一體化柔性生產(chǎn)綜合實訓(xùn)系統(tǒng)系統(tǒng)組成
1.系統(tǒng)的硬件由22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
由方形井式工件架、頂料氣缸、擋料氣缸、皮帶傳輸裝置、光電傳感器、導(dǎo)料裝置、電控閥、直流減速電機、安裝支架等組成。主要完成將工件庫中待加工工件自動落到供料傳輸線上。
(三)液壓沖壓單元
由液壓直動缸、夾緊定位機構(gòu)、定時器及機械調(diào)整桿機構(gòu)、C型鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)、光幕等組成。主要完成對工件的模擬沖壓加工。
(四)多軸加工單元
由六軸模擬加工中心（步進電機、伺服電機、直線導(dǎo)軌、滾珠絲桿、三軸加工臺等）、夾緊氣缸、定位氣缸、光電傳感器、C型鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)、直流減速電機、控制繼電器模組、安裝支架等組成。主要完成模擬切削加工工件。
(五)五軸機器人單元
由步進電機及驅(qū)動器、直線導(dǎo)軌、五自由度搬運機械手、定位開關(guān)、行程開關(guān)、支架、機械零部件構(gòu)成。主要完成工件的搬運。
(六)三菱6自由度工業(yè)機器人
由鋁合金型材基座、6自由度工業(yè)機器人（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。
（七）圖像檢測單元
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尺寸是否合格，通過攝像頭獲取工件的圖像，由圖像處理器完成工件尺寸合格與否的判斷并檢測加工孔深，將不合格工件剔除。
（八）搬運單元
由氣爪、旋轉(zhuǎn)氣缸、伸降氣缸、傳送帶、光電傳感器、電控閥、配重塊、直流減速電機、定位裝置、滑道、安裝支架、移動機構(gòu)等組成。主要完成將加工完畢后工件抓取放到落料單元的落料轉(zhuǎn)盤上。
（九）落料單元
落料單元由四槽輪、鎖止弧、傳動齒輪、同步輪帶、推料轉(zhuǎn)盤、落料平臺、光電傳感器、電感傳感器、阻擋氣缸、直流減速電機、安裝支架等組成，主要完成將工件安放到滑撬托盤上。
（十）噴涂烘干單元
噴涂單元由噴涂室、加熱裝置、溫度傳感器、模擬噴頭、冷卻風(fēng)扇、交流調(diào)壓模塊、智能溫度顯示儀、觸摸屏、加熱指示器、光電傳感器、電感傳感器、阻擋氣缸、直流減速電機等組成，主要完成對工件先噴涂后加熱烘干固化及冷卻過程的模擬。
（十一）圖像處理單元
由光源，鏡頭，CCD照相機，圖像處理控制器，操作鍵盤，顯示器等組成，通過視覺傳感器完成對工件的圖像的攝入并與標(biāo)準(zhǔn)模板比較后輸出檢測結(jié)果，提供給后續(xù)單元使用。
（十二）加蓋單元
由滑道式工件架、蝸輪蝸桿減速機、搖臂、同步輪帶、直流減速電機、擋料氣缸、托料氣缸、伸縮氣缸、真空吸盤、光電傳感器、電容傳感器、電感傳感器、行程開關(guān)、磁性傳感器、電控閥、安裝支架等組成，主要完成對工件的加蓋裝配工作。
（十三）穿銷單元
由料斗、槽形下料機構(gòu)、不齒輪傳動機構(gòu)、直流減速電機、擋料氣缸、落料氣缸、頂銷氣缸、光電傳感器、光纖傳感器、電容傳感器、霍爾傳感器、電感傳感器、磁性傳感器、電控閥、安裝支架等組成，主要完成對加蓋裝配完畢后工件的穿銷緊固裝配工作。
（十四）檢測單元
由觸摸屏、直流減速電機、擋料氣缸、檢測氣缸、光電傳感器、光纖傳感器、對射傳感器、色標(biāo)傳感器、電感傳感器、磁性傳感器、電控閥、安裝支架等組成，主要完成對工件的外形、裝配要求，顏色的檢測，并傳送給后續(xù)單元使用。
（十五）條形碼識別單元
由直流減速電機、擋料氣缸、電感傳感器、收料電機，貼標(biāo)機構(gòu)及條形碼識別系統(tǒng)組成，主要完成對裝配完成后的工件進行貼標(biāo)及條形碼的識別讀取并輸入倉庫管理系統(tǒng)的工作。
（十六）分揀輸送單元
由直線無桿氣缸、導(dǎo)桿薄型氣缸、阻擋氣缸、擺動氣缸、氣夾、磁性傳感器、光電傳感器、電感傳感器、電磁閥、同步帶輪、直流減速電機、工件傳輸裝置、廢品回收裝置等組成，主要完成將檢測完畢后不合格工件分離的工作，同時合格工件與傳輸用滑撬托盤也進行分離，不合格工件傳送到廢料存儲箱，合格工件進入物流倉儲單元。
（十七）物流倉儲單元
由步進電機、交流伺服電機、直流減速電機、直線無桿氣缸、擺動氣缸、平行機械夾、阻擋氣缸、同步帶輪、磁性傳感器、光電傳感器、電容傳感器、電磁閥、同步帶皮帶傳輸線、立體庫架、直齒圓柱齒輪、滾珠絲桿、渦輪蝸桿減速箱等組成。主要完成對成品工件分類入庫、依次出庫的工作。
（十八）堆垛解垛倉儲單元
由直流減速電機、擋料氣缸、電感傳感器、光電傳感器，旋轉(zhuǎn)氣缸、滑座氣缸、升降貨臺、擺臺、同步傳送帶、電磁閥組成，主要完成對滑撬托盤的暫存或攝取的工作。
（十九）行車機械手單元
由平行氣夾、長程導(dǎo)桿氣缸、交流減速電機、直流減速電機、齒輪齒條機構(gòu)、主動式紅外傳感器、鏡面漫射傳感器、光電對射傳感器，霍爾傳感器、電感傳感器、定位裝置、緊急按鈕盒組成，主要完成將滑撬托盤從環(huán)形生產(chǎn)線的結(jié)束工位搬運到起始工位的工作。
（二十）滾筒轉(zhuǎn)角單元
由直流減速電機、直齒輪組、錐形齒輪組、鏈輪組輥道組合組成，主要完成生產(chǎn)線的90°轉(zhuǎn)向。
（二十一）直角轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角單元
由轉(zhuǎn)盤、旋轉(zhuǎn)氣缸同步帶同步輪直流減速電機組成，主要完成生產(chǎn)線的90°轉(zhuǎn)向。
（二十二）圓帶轉(zhuǎn)角單元
由轉(zhuǎn)盤、圓帶、同步輪、承重輪、張緊輪組成，主要完成生產(chǎn)線的90°轉(zhuǎn)向。
（二十三）鏈條輥道傳輸單元
由鏈條、鏈輪、輥輪、直流減速電機、玻璃防護罩組成，主要完成托盤和工件的傳輸工作。
（二十四）圓帶輥道傳輸單元
由圓帶、傳動輪、輥輪、直流減速電機組成，主要完成托盤和工件的傳輸。
（二十五）皮帶傳輸單元
由傳輸帶、同步帶，同步輪、直流減速電機組成，完成托盤和工件的傳輸，為環(huán)形線主要傳送單元。
BCRX-2型 機電一體化柔性生產(chǎn)綜合實訓(xùn)系統(tǒng)（帶機器人工程型）
