YUY-GJD11模塊式柔性自動環形生產線實驗系統
（工程型）
一、 產品概述
柔性自動生產線是將微電子學、計算機信息技術、控制技術、機械制造和系統工程有機地結合起來，是一種技術復雜、高度自動化系統，柔性制造技術更是當前機械制造業適應市場動態需求及產品不斷迅速更新的主要手段，是先進制造技術的基礎。
本實訓系統是專門為職業院校、職業教育培訓機構研制的自動生產線實訓系統，根據機電類、自動化類、先進制造類行業、企業中工業自動化應用的特點，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，整個系統由MES生產管理系統、WINCC監控系統、MCGS監控系統、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，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能力，適合機電類、自動化類相關專業的教學和實訓，同時也適合工程技術人員上崗培訓。
本實訓系統是一種典型的環形柔性自動生產線，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、環形輸送線和總控平臺組成。通過輸送鏈連成環形生產線。上述機構均安裝在工業型材桌面上，系統中的機械結構、電氣控制回路、執行機構完全獨立，采用工業標準件設計，便于拆、裝。
控制系統主站采用西門子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。
該系統有單機、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S7-200專用PPI電纜或PROFIBUS總線將編寫程序下載到PLC中，并監控程序運行，在聯機模式下，系統各從站同時工作，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，系統中的上位機使用WinCC組態監控軟件，對現場設備生產狀況進行動態實時監控。
系統工業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。系統具備多種組態軟件、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
|
序號 |
名稱 |
A型 |
B型 |
C型 |
D型 |
|
1 |
供料檢測單元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
2 |
操作手單元 |
2 |
1 |
2 |
2 |
|
3 |
加工單元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
4 |
搬運單元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
5 |
安裝單元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
6 |
圖像檢測單元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
7 |
提取單元 |
1 |
2 |
2 |
2 |
|
8 |
成品分裝輸送單元 |
|
1 |
1 |
1 |
|
9 |
6自由度工業機器人單元 |
|
1 |
1 |
1 |
|
10 |
分類存儲單元 |
1 |
|
|
|
|
11 |
成品檢測單元 |
|
|
1 |
1 |
|
12 |
自動倉儲單元 |
|
1 |
1 |
1 |
|
13 |
AGV小車單元 |
|
|
1 |
1 |
|
14 |
液壓沖壓單元 |
|
|
|
1 |
|
15 |
環形輸送單元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
16 |
總控平臺 |
1 |
1 |
1 |
1 |
二、產品特點
1.系統將機械、氣動、電氣控制、電機傳動、傳感檢測、PLC以及工業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。可以進行機械部件安裝與調試、氣動系統的安裝與調試、電氣控制電路的安裝和PLC編程、機電設備安裝與調試、自動控制系統安裝與調試、工業網絡控制系統安裝與調試于一體，能較好地滿足實訓教學、工程訓練的需要。
2.系統中元器件均采用實際工業元件，質量可靠、性能穩定，故障率低，從而保證學校實訓教學的順利進行。
3.系統無論機械結構還是控制，都采用統一標準接口，具有很高的兼容和擴展性，隨工業現場技術的快速發展，本系統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.本系統可以鍛煉學習者創新思維和動手能力，學習者可以利用本系統從機械組裝、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.工作環境：溫度-10℃～+40℃ ，相對濕度≤85%（25℃），海拔＜4000m
3.裝置容量：＜3kVA
4.環形線尺寸：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
環形生產線工作單元其電控部分全部按照工業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調工作的。
5.液壓應用技術
該系統上使用了液壓元件，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調工作的。
6.PLC程序編制和程序調試
環形生產線教學系統可以分成若干完全獨立的工作單元，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境下PLC的多種應用。
7.機器人應用技術
該系統上使用了三自由度、四自由度及六軸工業機器人，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.工業網絡通信
任務1：組態監控軟件的運行使用及與PLC的通信
任務2：MES生產管理系統軟件的使用
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通訊協議的學習與使用
任務7：PROFIBUS主站與從站之間的通訊
9.系統維護和故障檢測
設備日常維護的內容和方法，以及系統常見故障分析、排除的方法。
五、系統組成、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：
|
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 |
德國西門子 |
|
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 |
德國西門子 |
|
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（3種刀具）、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 |
德國西門子 |
|
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 |
日本歐姆龍 |
（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 |
德國西門子 |
|
薄型氣缸 |
行程：50、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 |
德國西門子 |
|
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 |
德國西門子 |
|
無桿氣缸 |
行程：600mm |
1 |
|
|
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 |
|
（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：
|
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 |
德國西門子 |
|
變頻器 |
MM420 |
1 |
|
|
旋轉氣缸 |
0～180° |
1 |
|
|
單桿氣缸 |
行程：60mm |
2 |
|
|
檢測傳感器 |
光電、光纖、磁感式 |
5 |
|
（九）三菱6自由度工業機器人單元
由鋁合金型材基座、6軸工業機器人裝配手（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：
|
名稱 |
單位 |
規格 |
|
型號 |
|
三菱RV系列 |
|
自由度 |
軸 |
6 |
|
安裝位置 |
臺面 |
安裝基座：860mm×470mm |
|
驅動系統 |
|
交流伺服電機 |
|
位置檢測方法 |
|
絕對編碼器 |
|
最大合成速度 |
毫米／秒 |
5500 |
|
負荷 |
最大值 |
千克 |
3kg |
|
精度 |
毫米 |
±0.02 |
|
周圍環境溫度 |
度 |
0到40 |
|
臂可達到范圍半徑 |
毫米 |
≥640 |
|
|
|
|
|
（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：
|
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 |
|
（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：
|
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(DC/DC/DC) +EM235模擬量模塊+EM277 DP通信模塊 |
1 |
德國西門子 |
|
工業觸摸屏 |
5.7英寸 64K色 |
1 |
|
|
薄型氣缸 |
行程：75mm |
1 |
|
|
旋轉缸 |
0～180° |
1 |
|
|
單桿氣缸 |
行程：45mm |
1 |
|
|
步進電機驅動器 |
64細分 |
1 |
|
|
步進電機 |
1.5A 角距：1.8度 |
1 |
|
|
滾珠絲桿 |
行程≥320mm |
1 |
|
|
檢測傳感器 |
光電、光纖、直線位移、磁感式 |
6 |
|
（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：
|
名稱 |
型號規格 |
數量 |
備注 |
|
工作臺 |
860mm×600mm |
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 |
德國西門子 |
|
兩軸機器人 |
2軸（X軸行程800mm、Z軸行程300mm） |
1 |
日本YAMAHA |
|
旋轉缸 |
0～180° |
1 |
|
|
導桿氣缸 |
行程：75mm |
1 |
|
|
Y型氣夾 |
缸徑:16mm |
1 |
|
|
檢測傳感器 |
磁感式 |
5 |
|
（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：
|
名稱 |
型號規格 |
數量 |
備注 |
|
工作臺 |
860mm×940mm |
1 |
工業型材 |
|
供電電源/工作電壓 |
AC220V 50Hz/DC24V 4.5A |
1 |
|
|
工作液壓 |
≥0.5MPa |
|
|
|
PLC模塊 |
CPU224CN(AC/DC/RLY)+EM277 DP通信模塊 |
1 |
德國西門子 |
|
液壓泵 |
微型液壓動力源：額定功率 735W；額定排量 1.6mL/r；額定壓力 6MPa |
1 |
|
|
液壓直動缸 |
行程：100mm |
1 |
|
|
氣缸 |
缸徑:16mm |
2 |
|
|
檢測傳感器 |
光電、電感、磁感式 |
7 |
|
（十五）環形輸送線
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。
工業網絡通訊
控制系統主站采用西門子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。
系統軟件
系統具備多種組態軟件、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
|
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 PLC |
CPU224CN(DC/DC/DC) |
3 |
臺 |
|
6. |
CPU224CN(AC/DC/RLY) |
11 |
臺 |
|
7. |
EM277 DP通信模塊 |
14 |
臺 |
|
8. |
EM223數字量擴展模塊 |
1 |
臺 |
|
9. |
EM225模擬量擴展模塊 |
1 |
臺 |
|
10. |
DP接頭 |
16 |
個 |
|
11. |
變頻器 |
MM420,AC220V供電，功率≥0.37kW |
1 |
臺 |
|
12. |
MM420,AC380V供電，功率≥0.75kW |
1 |
臺 |
|
13. |
軟件 |
STEP7 Micro WIN SP4 V4.0 |
1 |
套 |
|
14. |
STEP7 |
1 |
套 |
|
15. |
Win CC |
1 |
套 |
表二：日本三菱
|
序號 |
名稱 |
規格 |
數量 |
單位 |
備注 |
|
1. |
Q PLC |
Q61P電源 |
1 |
臺 |
|
|
2. |
Q35B基板 |
1 |
臺 |
|
3. |
Q02CPU |
1 |
臺 |
|
4. |
QX40 16DI |
1 |
臺 |
|
5. |
QY10 16DO |
1 |
臺 |
|
6. |
QJ71E71-100 工業以太網模塊 |
1 |
臺 |
|
7. |
QJ61BT11N CC-Link模塊 |
1 |
臺 |
|
8. |
FX PLC |
FX2N-48MT-001 24DI/24DO |
3 |
臺 |
|
9. |
FX2N-48MR-001 24DI/24DO |
11 |
臺 |
|
10. |
FX2N-32CCL 通信模塊 |
14 |
臺 |
|
11. |
FX0N-3A模擬量擴展模塊 |
1 |
臺 |
|
12. |
變頻器 |
FR-D720，AC220V供電，功率≥0.4KW |
1 |
臺 |
|
13. |
FR-E740, AC380V供電，功率≥0.75KW |
1 |
臺 |
|
14. |
軟件 |
GX Developer |
1 |
套 |
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