JGRX-2 型模塊式柔性自動環(huán)形生產(chǎn)線及工廠智能機器人應用實驗系統(tǒng)
模塊式柔性自動環(huán)形生產(chǎn)線及工廠智能機器人應用實驗系統(tǒng)，柔性自動線實訓室設備，機電一體化柔性生產(chǎn)實訓系，該柔性系統(tǒng)是一套完整，靈活、模塊化，易擴展的教學系統(tǒng)。系統(tǒng)利用多種機械傳動方式模擬完成現(xiàn)代化裝配過程的柔性加工系統(tǒng)，把實際工業(yè)生產(chǎn)中的電氣控制部分、各種傳感器和現(xiàn)代化生產(chǎn)中的工業(yè)總線，組態(tài)控制，充分展示在該系統(tǒng)中。利用該系統(tǒng)可完成氣動、傳感器、電子技術、可編程控制器、總線技術以及其它自動化控制技術的實訓和技能培訓，使學生在校期間就了解現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的實際情況。通過實訓，拓展了學生思維，提高動手和實際操作的能力，以便使學生畢業(yè)后就可直接進入生產(chǎn)崗位，以適應現(xiàn)代企業(yè)對機電一體化技術人才的需求。
工業(yè)機器人創(chuàng)新實訓設備，分別為工業(yè)機器人綜合實訓室、工業(yè)機械手實訓室和工業(yè)機器人創(chuàng)新實訓室。工業(yè)機器人綜合實訓室設備主要有直角坐標機器人，圓柱坐標機器人、球坐標機器人和關節(jié)型機器人，主要培訓工業(yè)機器人認識、機械結(jié)構、控制系統(tǒng)的認識、示教編程和再現(xiàn)控制操作訓練、坐標系、關節(jié)運動軌跡規(guī)劃、PTP運動軌跡控制、CP運動控制的實訓項目。
一、產(chǎn)品概述
1 、組成
柔性系統(tǒng)須有五個分系統(tǒng)構成即：數(shù)字化設計分系統(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，每一臺設備均采用網(wǎng)絡型式對外聯(lián)接，由服務器統(tǒng)一管理生產(chǎn)過程中的各種數(shù)字聯(lián)接任務 , 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，又能完成開發(fā)設計型實驗實訓，還能實現(xiàn)學生現(xiàn)場動手操作和網(wǎng)絡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)應具有單機獨立控制、獨立運行功能；系統(tǒng)應具有啟?？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)除能服務于工程訓練實踐教學環(huán)節(jié)外，還應能覆蓋相關課程，并能進行相關的實踐性教學環(huán)節(jié)，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(tǒng)設計、數(shù)控技術、機電系統(tǒng)仿真、 CAD/CAM 、 PLC 原理及應用、數(shù)字化制造技術、機電設備故障診斷、先進制造技術、多軸數(shù)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(tǒng)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(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(shù)字化技術項目綜合訓練、多軸數(shù)控技術項目綜合訓練、機電控制綜合實驗、機電一體化系統(tǒng)綜合設計、機電一體化系統(tǒng)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(tǒng)應用設計、系統(tǒng)供電方案應用設計、計算機輔助工藝規(guī)程設計、數(shù)據(jù)庫應用及開發(fā)、總控系統(tǒng)的應用與開發(fā)、傳感器應用與選擇、 PLC 應用編程設計、 PLC 網(wǎng)格通訊應用、伺服驅(qū)動應用、人機界面編程設計、遠程組態(tài)系統(tǒng)設計、生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習、畢業(yè)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(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、實訓內(nèi)容
1.PLC 的設計與應用
(1) 數(shù)據(jù)傳輸功能實訓
(2) 定時、計數(shù)、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(zhuǎn)功能的應用實訓
(6) 子程序調(diào)用功能的應用實訓
(7) 中斷控制功能的應用實訓
(8) 變頻調(diào)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(tǒng)的程序設計
(11) 變頻調(diào)速環(huán)行自動傳輸系統(tǒng)的程序設計
(12) 自動儲存系統(tǒng)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(fā)生器的工作原理及應用
(3) 氣動二聯(lián)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(tǒng)
(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(diào)速技術
(4) 步進電機的定位控制技術
5. 組態(tài)監(jiān)控及人機界面技術
(1) 組態(tài)監(jiān)控軟件的基本應用
(2) 組態(tài)監(jiān)控軟件通信應用實訓
6. 機械結(jié)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(shù)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(wǎng)絡通訊技術和 PROFIBUS 總線技術
(1) 網(wǎng)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(xié)議的研究與應用
(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、啟動和停止開關、急停開關、復位開關、 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)絡的集成。
（二）上料單元
上料單元主要由料斗、回轉(zhuǎn)臺、螺旋導料機構、直流減速電機、工件滑道、計數(shù)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(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(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、推料機構、工業(yè)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(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、無桿氣缸、工業(yè)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(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 |
|
關節(jié)速度 |
J1 |
370°/s |
J2 |
370°/s |
|
J3 |
430°/s |
|
J4 |
300°/s |
|
J5 |
460°/s |
|
J6 |
600°/s |
|
關節(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、自動導向機構、變頻調(diào)速系統(tǒng)、自動定位機構等組成?？赏瓿蓪ぜ诓煌俣认碌妮斔停煌の坏淖詣佣ㄎ?，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 S7-200(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(qū)動設備層，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)絡的集成。
（十）實驗室遠程管理系統(tǒng)軟件（為了避免知識產(chǎn)權糾紛投標現(xiàn)場需提供計算機軟件著作權證書和演示視頻）
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)控查詢學生實驗臺的電源開關狀態(tài)；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(tǒng)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(fā)等故障現(xiàn)象。每套驅(qū)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(fā)、短路等故障，共 24 路故 障設置?？筛鶕?jù)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(fā)、短路等故障，共 192 路故障設置?？筛鶕?jù)用戶使用要求調(diào)整故障設置點的數(shù)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(fā)等故障現(xiàn)象。
所有配備驅(qū)動模塊的實訓設備，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設備配套的無線故障設置控制系統(tǒng) 組成一個網(wǎng)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(shù)設定、 遠程起動、信息反饋、考核評分等功能。
PLC 模塊及變頻器選配表
表一：德國西門子
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) |
5 |
臺 |
|
EM277 DP通信模塊 |
7 |
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 V5.5 |
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 |
||
6自由度工業(yè)機器人單元 |
SD500 |
1 |
套 |
|
視覺傳感器 |
ZFX-C10 |
1 |
套 |
|
工件 |
白色工件 |
24 |
只 |
|
藍色工件 |
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 V5.5 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 |
|
計算機 |
主流品牌機 |
1 |
臺 |
學校自備 |
空氣壓縮機 |
靜音空氣壓縮機 |
1 |
臺 |
靜音 |
氣動接頭 |
氣動快插式三通接頭 EPE6 |
12 |
只 |
。
