JGRX-3型 FMS 柔性生產(chǎn)制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（工程型）

一、產(chǎn)品概述

FMS柔性生產(chǎn)系統(tǒng)是使用柔性制造技術(shù)中最具代表性的制造自動化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的加工管理。柔性制造技術(shù)是在自動化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上 , 將以往企業(yè)中相互獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造及經(jīng)營管理等過程 , 在計(jì)算機(jī)及其軟件的支撐下 , 構(gòu)成一個覆蓋整個企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng) , 以實(shí)現(xiàn)全局動態(tài)最優(yōu)化 , 總體高效益、高柔性 , 并進(jìn)而贏得競爭全勝的智能制造技術(shù)。它是當(dāng)今世界制造自動化技術(shù)發(fā)展的前沿科技。

本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是專門為職業(yè)院校、職業(yè)教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)研制的 FMS 柔性生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)電類、自動化類、先進(jìn)制造類行業(yè)、企業(yè)中工業(yè)自動化應(yīng)用的特點(diǎn)，對柔性制造技術(shù)的工作過程進(jìn)行研究，對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行提煉和濃縮，并針對實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，融機(jī)、光、電、氣，包含了 PLC 、機(jī)器人、傳感器、氣動、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)驅(qū)動與控制、計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過訓(xùn)練，使學(xué)生了解 FMS 的基本組成和基本原理，讓學(xué)生全面掌握機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)和集成技術(shù)，幫助學(xué)生從系統(tǒng)整體角度去認(rèn)識系統(tǒng)各組成部分，從而掌握機(jī)電控制系統(tǒng)的組成、功能及控制原理?？梢源龠M(jìn)學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣自動化、自動控制、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等方面的學(xué)習(xí) , 并對電機(jī)驅(qū)動及控制技術(shù)、 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)、高級語言編程等運(yùn)用技能得到實(shí)際的訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生的機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝配、調(diào)試能力均能得到綜合提高。

本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是一種典型的 FMS 柔性生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，它由上料單元、檢測分揀單元、搬運(yùn)單元、數(shù)控加工單元、圖像處理單元、機(jī)器人裝配單元、條形碼識別單元、物流倉儲單元組成，配有變頻調(diào)速板鏈?zhǔn)絺鬏斁€構(gòu)成環(huán)形生產(chǎn)線。上述機(jī)構(gòu)均安裝在工業(yè)型材桌面上，系統(tǒng)中的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣控制回路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)完全獨(dú)立，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)。

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(jìn)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(jìn)行采集， S7-300 主站采集各從站數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)各站運(yùn)行，并為上位機(jī)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(jī)、聯(lián)機(jī)二種工作方式。在單機(jī)模式下，各從站獨(dú)立運(yùn)行，站間沒有數(shù)據(jù)傳送，學(xué)員可進(jìn)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(yùn)行，在聯(lián)機(jī)模式下，系統(tǒng)各從站同時工作，工件依次進(jìn)行上料、檢測分揀、加工、圖像檢測、機(jī)器人自動裝配、貼標(biāo)、條形碼識別、入庫及搬運(yùn)等操作，各站間通過 ProfiBus 現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊，在主站的控制下實(shí)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(jī)使用 WinCC 組態(tài)監(jiān)控軟件，對現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)狀況進(jìn)行動態(tài)實(shí)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(jī)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。

二、產(chǎn)品特點(diǎn)

1.系統(tǒng)將機(jī)械、氣動、電氣控制、電機(jī)傳動、傳感檢測、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控系統(tǒng)、 PLC 以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)有機(jī)地進(jìn)行整合，按照結(jié)構(gòu)模塊化，便于組合，可以完成各類單線技能訓(xùn)練和綜合性項(xiàng)目訓(xùn)練。能較好地滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)、工程訓(xùn)練的需要。

2.系統(tǒng)中元器件均采用實(shí)際工業(yè)元件，首選國際知名公司西門子工業(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(shí)訓(xùn)教學(xué)的順利進(jìn)行。

3.系統(tǒng)無論機(jī)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(kuò)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(kuò)展，深入地滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要。

4.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(jī)械組裝、電氣設(shè)計(jì)、接線、 PLC 編程與調(diào)試、現(xiàn)場總線組建與維修等方面進(jìn)行工程訓(xùn)練。

三、技術(shù)性能

6.輸入電源：三相四線～ 380V ± 10% 50Hz

7.工作環(huán)境：溫度 -10 ℃～ +40 ℃ 相對濕度≤ 85% （ 25 ℃） 海拔＜ 4000m

8.裝置容量：＜ 4.5kVA

9.外形尺寸： 7000mm × 4500mm × 2400mm

10.安全保護(hù)：具有漏電保護(hù)，安全符合國家標(biāo)準(zhǔn)

四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

1.PLC的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

(1)數(shù)據(jù)傳輸功能實(shí)訓(xùn)

(2)定時、計(jì)數(shù)、移位功能實(shí)訓(xùn)

(3)比較功能實(shí)訓(xùn)

(4)步進(jìn)功能的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

(5)跳轉(zhuǎn)功能的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

(6)子程序調(diào)用功能的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

(7)中斷控制功能的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

(8)變頻調(diào)速的 PWM 控制功能的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

(9)伺服電機(jī)速度位置控制功能的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

(10)檢測系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

(11)變頻調(diào)速環(huán)行自動傳輸系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

(12)自動儲存系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

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

(5)條碼識別系統(tǒng)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(yùn)動控制系統(tǒng)

(1)伺服電機(jī)定位的控制技術(shù)

(2)直流電機(jī)的控制技術(shù)

(3)交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)

(4)步進(jìn)電機(jī)的定位控制技術(shù)

5.組態(tài)監(jiān)控及人機(jī)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(shí)訓(xùn)

6.機(jī)械結(jié)構(gòu)訓(xùn)練技術(shù)

(1)同步帶傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及特性研究

(2)直齒輪傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及特性研究

(3)錐齒輪傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及特性研究

(4)直線導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)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(jī)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

9.機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)控制

(1)單軸手臂往返運(yùn)動控制訓(xùn)練

(2)雙軸手臂直線運(yùn)動控制訓(xùn)練

(3)雙軸手臂曲線運(yùn)動控制訓(xùn)練

(4)三軸機(jī)械手空間直線控制訓(xùn)練

(5)三軸機(jī)械手空間曲線控制訓(xùn)練

(6)三軸機(jī)械手空間示教控制訓(xùn)練

(7)機(jī)械手移貨控制技術(shù)訓(xùn)練

(8)機(jī)械手碼垛控制訓(xùn)練

10.數(shù)控系統(tǒng)

(1)數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與調(diào)整

(2)輸入輸出接口實(shí)訓(xùn)

(3)銑床參考點(diǎn)的調(diào)試

(4)進(jìn)給驅(qū)動單元的調(diào)試與應(yīng)用

(5)數(shù)控系統(tǒng)的通訊

(6)數(shù)控系統(tǒng)的操作與編程

(7)數(shù)控銑床加工實(shí)訓(xùn)

五、系統(tǒng)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(jī)、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(yùn)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(jī)構(gòu)、平面推力軸承、直流減速電機(jī)、工件滑道、提升裝置、計(jì)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，提升裝置將工件提升至指定位置。

（三）檢測分揀單元

檢測分揀單元主要由鋁合金型材基體、檢測缸、升降缸、推料缸、直線位移傳感器、光電傳感器、磁性傳感器等組成。主要完成對毛坯件材質(zhì)、顏色、高度的檢測并將不合格工件檢出。

（四）數(shù)控加工單元

數(shù)控單元主要由數(shù)控銑床實(shí)物、自動門裝置、氣動定位夾具、數(shù)控加工控制系統(tǒng)組成。主要完成將毛坯件加工成指定形狀的工件。

（五）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(jī)、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。

（六）加工圖像尺寸檢測單元

加工圖像尺寸檢測單元主要由光源、鏡頭、 CCD 照相機(jī)、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。

（七） STEP SD500 型工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)單元

機(jī)器人搬運(yùn)單元主要由 STEP SD500 工業(yè)用機(jī)器人、氣爪等組成。主要完成將毛坯件從環(huán)形傳輸線上抓起，送入加工單元工件臺，待加工完畢后，將工件取出，重新放入傳輸線上。

（八） 6 自由度工業(yè)機(jī)器人裝配單元

機(jī)器人裝配單元主要由 STEP SD500 工業(yè)用機(jī)器人、氣爪等組成。主要完成將工件裝配任務(wù)并將工件放入包裝盒。

（九）條形碼識別單元

條形碼識別單元主要由升降氣缸、貼標(biāo)裝置、條形碼識別系統(tǒng)等組成。主要將條形碼貼到包裝盒上并將相關(guān)信息通過條形碼掃描系統(tǒng)讀入上位機(jī)，通過上位機(jī)進(jìn)行倉儲管理。

（十）物流倉儲單元

物流倉儲單元主要由高架倉庫及堆垛機(jī)組成。主要完成物料進(jìn)出庫的自動化管理。

（十一）機(jī)械手單元

機(jī)械手單元主要由機(jī)械手、移動滑臺、齒輪齒條運(yùn)動機(jī)構(gòu)等組成，主要完成對工件在傳輸線和工作單元間的搬運(yùn)工作。

（十二）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(jī)構(gòu)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、自動定位機(jī)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。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(jìn)行采集， S7-300 主站采集各從站數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)各站運(yùn)行，并為上位機(jī)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。

3.PLC模塊及變頻器

名稱	規(guī)格	數(shù)量	單位
S7-300 PLC	PS307電源	1	臺
	CPU315-2DP CPU	1	臺
	SM323 16DI/16DO	1	臺
	CP343-1 工業(yè)以太網(wǎng)模塊	1	臺
S7-200 PLC	CPU224CN(DC/DC/DC)	2	臺
	CPU224CN(AC/DC/RLY)	7	臺
	EM277 DP通信模塊	9	臺
	EM223	1	臺
	DP接頭	14	個
變頻器	MM420,AC380V供電，功率≥ 0.75kW	1	臺
軟件	STEP7 Micro WIN SP4 V4.0	1	套
	STEP7 V5.4	1	套
	WinCC V6.0	1	套

配置清單

名稱	規(guī)格	數(shù)量	單位	備注
環(huán)行自動輸送線		1	套
STEP	SD500	2	套	含示教單元
視覺傳感器	ZFX-C10	2	套
工件	白色工件	24	只
	藍(lán)色工件	24	只
	金屬工件	8	只
包裝盒		10	只
電源線	單相三芯電源線	15	根
PU氣管	Ф 6 、橙色	50	米
PLC編程 電纜	USB/PPI USM/MPI	1	套
PLC編程 軟件	STEP7 MicroWIN SP4 V4.0 STEP7 V5.4 WinCC V6.0	1	套	DEMO版
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
配套光盤	使用手冊、程序等	1	套
計(jì)算機(jī)		1	臺	學(xué)校自備
空氣壓縮機(jī)	靜音空氣壓縮機(jī)	1	臺	靜音
氣動接頭	氣動快插式三通接頭	12	只

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