模块化柔性制造系统参数讲解

A) 模块化柔性制造实训系统
(一)项目概述
目前从我国机电一体化（机械设计制造、电气工程及自动化）专业实验教学的实际情况来看，无论是电工电子、电气控制、还是机械制造等专业课程在基础实验和应用实验上都比较完善，而将机械与电气相结合的实验相对薄弱，缺乏具有机电一体化综合特色的实训教学平台。

很少有较全面反映真实现代化自动生产线水平的综合实训教学系统，使学生对机电一体化专业知识的应用缺乏感性认识，难以具备综合解决实际问题的能力。

现代工业是计算机、信息技术、现代管理技术、先进工艺技术的综合与集成，涵盖产品设计、生产准备、制造执行等多方面，是国家建设和社会发展的重要支柱之一。

为了加强学生面向新世纪的挑战能力，提高机、光、电一体化的理论水平与实践能力刻不容缓，重点建设机电类工程柔性加工与大型综合实训平台，更具有迫切性和现实意义。

经过近十年自主研发与逐步完善的M E093399FMS是一款时代性与功能性极强的大型综合性机电类实训设备，也是目前国内起步最早、最完善、且涵盖实训内容最全的一款柔性制造实训系统。

该系统先后荣获数十项国家专利，并且拥有其自主知识产权。

在2001年该系统的上市填补了此类培训设备国产化的空白。

本系统是一套完整、灵活、模块化、易扩展的教学系统；从简单到复杂，从零部件到整机，充分体现了工业自动化相关技术。

系统采用铝合金框架为结构主体，是一种利用多种机械传动方式模拟完成现代化装配过程的柔性生产系统。

系统中展现了实际工业生产中的典型部分：控制系统部分、执行器部分、传动机构部分、检测采集部分、工业总线等。

通过该自动化模拟生产线的实训，有效的解决了学生在校期间只能接触到以理论教学和单元实验相结合的模式。

而在校外参观实习中，一些大型自动化设备无法动手操作，使得理论教学与实践严重脱节。

该系统将现代化工业现场浓缩并完美展现，既而提供了一个开放性的、创新性的和可参与性强的实训平台，让学生全面掌握机电一体化技术的应用、
开发和集成技术，帮助学生从整体角度去认识系统各组成部分，从而掌握机电系统的组成、功能及控制原理。

激发学习兴趣，使学生的机电一体化认知、设计、装配、调试、维修能力均能得到综合提高。

其涵盖的实训课程与技术应用包括：PLC控制技术、总线技术、电气控制技术、气动技术、液压技术、伺服控制技术、比例控制技术、变频控制技术、电子技术、组装技术、运动控制技术、电机拖动技术、直流调速技术、步进闭环控制技术、PID控制技术、机械传动与执行机构技术、精密传动技术、传感技术、测控技术、组态技术、HMI人机交互技术、自动化仓储管理技术、智能仪表控制技术、质量控制技术等。

系统主要配置如下：
(二)产品特点
（2.1）模块化
整套系统可选配多种不同功能的主要单元（包含有主控单元、从控单元、传输单元、实训单元、外部设备等），并可任意配置多种系统方案。

采用模块化设计理念，每个功能性单元均由电控箱、被控部分、支撑平台组成。

具备结构风格统一、升级扩展灵活等特点。

各单元分为手动/自动两种模式，可单
站训练也可整体运行。

（2.2）实训性强
整套系统从机械传动的精心设计、控制元件类型的选用、和控制类型上，均体现其特点特性，以多元化为出发点，避免重复使用，使学生可以在一套系统中最大可能的掌握更多知识点。

使用户可以根据这一套系统同时设立多门实训课程，从而达到同类几套产品的实训功能。

传动技术：涡轮蜗杆、齿轮齿条、链轮链条、滚珠丝杠、直线导轨、连杆机构、凸轮等。

传感技术：开关量（电感式、电容式、光电式、霍尔式）、模拟量（压力变送器、流量变送器、PT100温度变送器）等、PNP、NPN、两线制、三线制等。

输送技术：皮带式、滚筒式、链条式；主动式、从动式；直线输送、转向输送等。

电机拖动技术：三相变频电机、步进电机、伺服电机、直流减速电机等。

控制技术：模拟量控制、开关量控制、脉冲控制、总线通讯技术等。

气动技术：无杆气缸、导向气缸、真空吸盘、双作用气缸、阀组、气控元件等。

液压技术：摆动缸、直动缸、比例阀、液压泵站等。

人机交互技术：HMI人机界面、软件组态、操作面板等。

工业网络通信
任务1：组态监控软件的运行使用及与PLC的通信
任务2：触摸屏工程的编写
任务3：编程软件使用
任务4：PROFIBUS-DP模块的学习与使用
任务5：PROFIBUS通讯协议的学习与使用
任务6：PROFIBUS主站与从站之间的通讯
PLC程序编制和程序调试
环形线教学系统可以分成若干完全独立的工作机构，使十几个学生可以同时进行技能训练。

在该设备上学员不但可以学习PLC的各种编程技术，而且可以学习综合科技环境下PLC的多种应用。

任务1：总控台单元控制程序的编写与调试
任务2：上料单元控制程序的编写与调试
任务3：下料单元控制程序的编写与调试
任务4：加盖单元控制程序的编写与调试
任务5：穿销单元控制程序的编写与调试
任务6：模拟单元控制程序的编写与调试
任务7：伸缩换向单元控制程序的编写与调试
任务8：检测单元控制程序的编写与调试
任务9：液压单元控制程序的编写与调试
任务10：分拣单元控制程序的编写与调试
任务11：物流仓储单元控制程序的编写与调试
任务12：伺服电机定位/调速；
任务13：接近/限位开关应用。

电气控制电路设计及安装
环形生产线工作机构其电控部分全部按照工业标准和习惯进行设计，并且以附件方式提供全部设计图纸和说明书。

学员在该设备上可学习电路原理图分析。

任务1：各从站、传输线及转角配套组件的安装
任务2：各从站、传输线及转角控制电路的设计
任务3：伺服电机控制系统的安装、控制电路的设计
任务4：仓库电机正反转控制电路的设计、安装
任务5：废品处理电机变频调速控制电路的设计、安装
传感器的应用
系统使用的传感器数量达40多个，有电感式、电容式、光电式、光纤式、霍尔式、电磁式、红外以及色标传感器等，每一种传感都有着各自的特性。

学员可通过了解工作中各类传感器的工作特性来加强对这些传感器的感性认识，再结合项目中传感器安装与调整、测试应用技能训练，可使学员快速掌握传感器在自动线中的使用。

机械系统安装与调试
环形线上工作机构可让各组学员将了解机械传动的基本应用，并进行安
装调试工作。

这对提高在校学生技能有极大帮助。

任务1：各站同步带传动机构的安装与调整
任务2：转角单元圆柱、圆锥齿轮传动机构的安装与调整
任务3：加盖单元圆锥齿轮传动机构的安装与调整
任务4：链条辊道传输线链条传动机构的安装与调整
任务5：物流仓储单元链条链轮机构的安装与调整
任务6：物流仓储单元直线导轨的安装与调整
任务9：码垛机立体仓库单元滚珠丝杆的安装与调整
任务10：下料单元间歇轮的安装与调整
任务11：穿销单元轴向凸轮旋转机构的安装与调整
任务12：码垛机立体仓库单元齿轮齿条机构的安装与调整
任务13：加盖单元蜗轮蜗杆的安装与调整
气动应用技术
该系统上使用了大量的气动元件，包括多种电控气动阀、多种气动缸、气动夹爪、真空吸盘、真空发生器、过滤减速阀等。

不但可以单独学习每一种分离元件，而且还可以在学习时了解各种气动元件之间以及气动元件与其它元件之间是如何配合起来进行协调工作的。

气动元件的安装与调整实训项目
任务1：电控气动阀的安装与调整
任务2：真空发生器的安装与调整
任务3：气动二联体的安装与调整
任务4：各种气缸的安装与调整
系统维护和故障检测
设备日常维护的内容和方法，以及系统常见故障分析、排除的方法。

本系统以工作过程导向，可开展项目教学，完成以下任务：
（1）设备安装
（2）电气设计
（3）气路连接和电路连接
（4）设置变频器参数
（5）设置伺服电机驱动器及伺服电机参数
（6）完成PLC程序编制和程序调试
（7）工业控制网络的组建，通信测试与网络故障诊断
（8）触摸屏组态和监控
（9）系统维护和故障检测（涉及程序、参数、电气、机械等）
（2.3）柔性、可扩展性与开放性强
电气扩展：系统在每个控制单元都留有扩展接口，以便系统有条件通过外接其它品牌或系列的PLC或单片机对系统进行控制与通讯。

机械扩展：无论是系统功能还是实训功能，模块化设计使硬件有条件通过简单的添加单元，来完成系统扩展和升级。

柔性化：各功能模块设计独立，配高档脚轮。

便于拆装，可选择性适用于整机或单元实训。

控制模块和实训模块均配备连杆支撑机构。

（2.4）电气配置完善
系统各单元均配备移动平台或移动配电平台，移动平台为系统各单元或附加直线、转角单元提供支撑的作用；而移动配电平台则是为该移动平台配备一个配电箱；其电控箱可以根据操作需要撑起或放下。

电控箱具备以下功能：
操作面板中英文使用说明：操作要求及注意事项。

220V电源：包含外设电源插座及本站电源开关。

PLC输入/输出状态指示灯：每个指示灯分别对应着PLC各个输入和输出点，显示其输入/输出状态。

手动/自动旋钮：拨到“自动”时由总站进行控制。

拨到“手动”时可手动进行本站操作，此时“复位”、“启动”和“停止”按钮才可具有控制作用。

急停旋钮：遇到紧急情况，按下此按钮强制性的将各种设备处于停止工作状态。

220V指示灯和24V指示灯：指示有无正常供电。

安装控制器：通过电路板和排线，将控制器与被控部分连接。

本站PLC/扩展设备选择旋钮：拨到扩展设备时，系统可外接其它品牌的PLC或单片机进行控制。

（2.5）功能强大
整套系统可以最终实现一套从综合控制监控中心、到加工装配自动线、
经检测分拣系统，至最终的物流仓储系统的完整闭环式可循环系统功能。

将大型现代化工业现场的技术应用与工程项目完整涵盖。

（2.6）高端配置
机械结构：机械加工零件如钢制、铝制零件均在保证高标准加工装配精度的同时，进行了表面氧化、喷涂等处理方式；滚珠丝杠、直线导轨、轴承等均选用日韩进口品牌。

电气元件：产品电气元件如传感器、气控元件、低压电器等均选用德国、瑞士进口一线品牌产品。

支撑平台：支撑平台配高档PVC脚轮，便于频繁移动；控制箱和实训箱均采用连杆机构与平台连接，该平台撑起后负载可达200KG，结实耐用。

（2.7）工业化特征高
整体系统以完全工业化典型制造项目方案为设计根本，并且选用全部工业级别电气件、加工件、标准件等，并配备工业机器人系统多轴运动控制系统等，最大程度的缩短实训设备与工业用设备的差距。

设备无论从元器件选用，到结构件加工精度，工业标准件选用，装配标准，还是配线形式均符合工业级标准。

整体设备以完全工业化典型生产制造自动化方案为设计根本，最大程度的缩短实训设备与工业用设备的差距。

（2.8）交钥匙工程
实训室建设支持交钥匙成套解决方案，即可配套多媒体教学设备、设备挂图、电气/机械装配工具、清洁器具、操作/培训/维护资料等辅助功能产品，方便用户实训室管理与课程开展。

（2.9）操作安全性
设备具有接地保护、过载保护、短路保护、漏电保护功能、具有误操作保护功能、安全性符合相关的国标标准、所有材质均符合环保标准。

所有元器件满足国家CCC认证。

(三)系统组成
(四)整机参数
工作环境：温度-10℃～40℃、相对湿度≤85%、（25℃）海拔≤4000M；
整机容量：≤3KVA
适用电源：三相220VAC(±5%),50H Z (±1)
模块尺寸：750*750(MM)
框架结构：工业铝型材
1)总控单元
功能或工艺过程
本单元包含了柔性系统总站控制和压块机拆装装置，总控单元主站控制器、总控操作面板、控制/监控用计算机、上位机组态、系统总供电/总气源；支持组态控制、按钮组操作、系统状态监控、总供电/供气等功能。

技术参数
控制柜（工业铝合金型材、铝塑板、拉丝铝板腐蚀字体）、Φ22按钮（启动按钮、停止按钮、复位按钮、急停按钮）、总电开关、电压表（0～450V）、开关电源（DC24V、100W）、电源开关（DC24V）、电压指示灯（DC24V）、设备工作状态指示灯（Φ22MM、三色、常亮型、DC24V、红绿黄三色、桌面安装）、漏电保护开关（30M A，0.1S）、电源（220V,10A）、联想品牌机、超静音气泵（0.8M PA、220V、50H Z、185W）。

控制柜外形尺寸（长*宽*高）：1090*710*1264 MM。

主要实训内容
上位机组态实训；
以太网通讯实训。

系统配套
工件：工件主体/上盖/销钉、托盘；
工件：工件主体/上盖/销钉；分别使用不同颜色。

工件组合采用插入式连接；
工件主体：长方体、带上盖槽、带销钉孔，外形尺寸（长*宽*高）：92*68*60MM，颜色：黄色、绿色，材质：ABS、模具加工一次成型。

上盖：为T型结构、带销钉孔，外形尺寸（长*宽*高）92*68*60MM、颜色：蓝色、材质：ABS；模具一次成型。

销钉：圆柱形结构，外形尺寸：直径：Φ19MM、长度：68MM；带定位卡
紧槽。

颜色：红色，材质：ABS；模具一次成型
工件载体：托盘，颜色：黑色、外形尺寸：200*138*30、材质：ABS；模具一次成型。

机械工件：
联轴器：CPLCN25-10-10、沟槽式夹持型、L=31MM、D=25MM、D1=10MM、D2=10MM；
角接触球轴承：7001；
角接触球轴承：7004；
深沟球轴承：6001；
固定套式滑动轴承：结构件；
压盖式滑动轴承：结构件；
蜗杆蜗轮减速机构：模数1、单头、右旋、中心距30、传动比40；
牙嵌式电磁离合器：DLY0-1.2、电源24VDC；
主动链轮：节距9.525、齿数24；
从动链轮：节距9.525、齿数18；
链条：06B-1-50、节距9.525；
行星轮系：模数0.8、压力角20°、固定齿圈齿数80、行星轮齿数30；
主动同步带轮：L型、18齿、带轮齿宽14；
从动同步带轮：L型、14齿、带轮齿宽：14；
同步带：L型、宽度12.7；
主动直齿轮：模数2、齿数20、宽度15；
从动直齿轮：模数2、齿数30、宽度15；
主动直齿圆锥齿轮：模数2、齿数38；
从动直齿圆锥齿轮：模数2、齿数38；
平面回转分度间歇机构：六分度；
曲柄连杆机构：往复行程为30MM；
直流减速电机：24DCV、30W、输出转速50RPM。

工具、仪表：工具箱及配套工具；
资料：实训与操作指导书、元器件说明书手册；
光盘：FMS1000示范运行程序、示范组态、安装软件、硬件说明书；
教学挂图：可挂于实训室四周墙壁；
实训指导书。

控制系统
设备主要明细：
2)上料单元
功能或工艺过程
将料槽中的毛坯件抓取，机身扬臂、旋转、行走、并放至下料单元。

动作功能简述
运行后机身扬臂将料槽内工件吸附并抓取，然后机臂垂直上扬至位，并旋转90°后水平行走至下料单元料仓上方，并放下工件后，待返回；
机身水平行走至初始位置，机臂旋转复位，然后机臂垂直下降复位，待命。

技术参数
水平走行行程280MM；
垂直扬臂行程450MM；
手部伸缩行程100MM；
旋转角度180°；
电磁手负载5KG；
重复定位精度±0.5MM。

单元配置
电气配置：步进电机、步进电机驱动器、气控元件、槽型光电开关、光电开关、警灯、电磁吸铁等。

机械配置：行星齿轮系、滚珠转盘、齿轮齿条、同步带轮、线性导轨、蜗轮蜗杆、双作用气缸等。

其它：移动配电平台、平皮带传输机。

主要实训内容
多轴机械臂结构组成；
位置开关应用；
步进电机定位调速；
直流减速电机调速；
电磁吸铁的应用；
双作用气缸与气控回路的应用。

控制系统
设备明细
3) 下料单元
功能或工艺过程
料仓入口接收待装配主体，托盘抵达下料仓出口，料仓中的待装配主体通过直流电机驱动间歇机构带动同步齿型带，使其沿料仓通道间歇性落料到托盘。

动作功能简述
料仓中可连续放入工件，发出信号，启动下料电机执行将工件主体下落动作，通过光电式传感器检测库存是否仓满。

电感式传感器检测到托盘是否到位，启动下料电机继续执行将工件主体下落动作。

光电传感器检测工件下落至托盘时，电动挡停器处于放行状态。

配置报警器，当工作中料仓空仓时进行报警提示。

技术参数
标准工作台面（长*宽）：750*750MM
落料速度24MM/S、间歇时间1S、料筒尺寸94*450*70MM。

单元配置
机械配置：间歇机构、直齿轮组、同步带轮、螺杆锁紧机构、同步带张
紧机构、料仓等。

其它：移动配电平台、平皮带传输机。

主要实训内容
光电开关应用；
电感式传感器应用；
直流减速电机控制；
直齿轮组与同步带轮配合传动。

控制系统
设备主要明细：
4) 加盖单元
功能或工艺过程
托盘带装配主体进入本站后，摆臂搬运料槽中的上盖至装配主体，完成上盖的装配过程。

动作功能简述
电感式传感器检测托盘是否到位，光电式传感器检测来料是否有上盖。

通过继电器控制电机正反转，带动减速机使摆臂动作，主摆臂从料槽中取出上盖，翻转180度，当碰到放件控制板时复位弹簧松开，此时摆臂碰到外限位开关后结束加盖动作，上盖靠自重落入工件主体内，摆臂执行返回原位动作。

摆臂返回后内限位开关发出信号，摆臂结束返回动作；电动挡停器处于放行状态。

配置报警器，当摆臂执行多次动作未能装配上盖是进行报警提示。

技术参数
工件上盖：为T型结构，外形尺寸：92*68*60MM
标准工作台面（长*宽）：750*750MM
摆臂：材质采用全铜，并采用钝化处理；动作频率0.2H Z、摆臂臂长450MM。

料仓：材质为高透亚克力板，并采用无缝熔接，坚韧牢固；形状为L型，尺寸（长*宽*高）：260*120*330MM
单元配置
电气配置：电容传感器、槽型光电开关、行星齿轮减速电机、继电器、双节信号塔等。

机械配置：蜗轮蜗杆减速箱、拔轴式联轴器、摆臂、料仓等。

其它：移动配电平台、平皮带传输机。

主要实训内容
蜗轮蜗杆减速箱的结构组成与传动方式；
拔轴式联轴器的应用；
电容接近开关的应用；
直流减速电机正反转控制。

控制系统
采用工业上应用最广泛的西门子200系统，型号：CPU226CN AC/DC/RELAY；IO特性：24DI/16DO；通信功能：2个RS485接口；并选用PROFIBUS 模块进行总线通讯，型号：EM277；IO特性：无；通信功能：1个RS485接口；适用机型：S7-200系列PLC。

设备主要明细：
5) 穿销单元
功能或工艺过程
托盘带加盖主体进入本站后，通过气缸带动轴向凸轮旋转机构，将销钉装配到上盖与工作主体中，将直线往复运动转换为循环旋转运动。

气缸上配有两个接近开关，检测气缸当前状态，轴向凸轮旋转机构由旋转筒和往复推筒构成，往复推筒上开有六个斜槽，将360度等分，每个斜槽首尾在圆周上沿展60°，当推筒正向进给时，旋转筒上的滚珠突起进入斜槽，旋转筒在斜槽和滚珠突起的共同作用下，顺时针旋转60°，从销钉料斗中取出销钉并将销钉定位到主体工件销钉孔，推筒进给时带动轴线上的推杆将销钉能够顶入工件销钉孔。

工件成形。

料槽中可放置金属和尼龙两种销钉。

动作功能简述
电感式传感器检测托盘是否到位，光纤式传感器检测来料是否有销钉。

通过销钉气缸带动轴向凸轮旋转机构，执行装销钉动作。

当安装在销钉气缸上用于检测动作到位的接近开关检测有信号时，旋转机构退回，气动挡停器处于放行状态。

配置报警器，当销钉料仓空仓时进行报警提示。

技术参数
工件销钉：外形尺寸Φ19*68；带定位卡紧槽。

标准工作台面（长*宽）： 750*750MM 动作频率0.5H Z 、推筒行程200MM 。

单元配置
电气配置：光纤和光纤放大器、电感传感器、气控元件、双节信号塔等。

机械配置：轴向凸轮旋转机构、往复推筒、双作用气缸、料仓等。

其它：移动配电平台、平皮带传输机。

主要实训内容
光纤的原理与光纤放大器的应用；
双作用气缸与气控回路的应用。

控制系统
设备主要明细：
6) 模拟单元
功能或工艺过程
工件进入本站后，进行喷漆、加热和烘干的模拟控制。

动作功能简述
当工件进入工作区域内，开始进行模拟喷漆，之后利用电炉丝进行模拟烘干，并通过PT100采集实时温度，进行PID 整定，到达预设温度时，排风扇排风，温度下降到初始温度后，工件放行。

技术参数
电炉丝功率0-10V 可调 PT100，采集4-20M A 单元配置
电气配置：调压模块、PT100温度变送器、气控元件、双节信号塔等。

机械配置：电炉丝、排风扇、箱体、气喷嘴等。

其它：移动配电平台、平皮带传输机。

主要实训内容
PT100模拟量温度采集；
PID控制；
气控回路的应用。

控制系统
设备主要明细：
7) 伸缩换向单元
功能或工艺过程
工件成品经气动转角旋转90度进入货叉，伸缩臂将其提升，旋转至指定
位置并放置。

动作功能简述
当工件进入气动转角后，通过光电传感器检测到工件后进行气动转向，此时通过控制电机反转，使传送单反转传输工件至货叉位置；
电感传感器检测到工件进入货叉位置后，伸缩臂提升至位，之后伸缩臂整体旋转至位并伸长到下一单元工件起始位置，货叉下降并将工件送入下一单元；
货叉提升后，伸缩臂缩回至位后，旋转复位到初始位置，之后货叉下降到原位，待命。

技术参数
采用四连杆联动机构，可伸长可缩回，有效节省占地空间，伸缩行程80-180MM；
采用齿轮齿条机构，可进行旋转，角度可达360°。

采用气动升降，提升行程100MM。

单元配置
电气配置：光电开关、电感传感器、气控元件、行星减速电机、继电器、警灯等。

机械配置：扇齿轮齿条、双作用气缸、平面连杆机构、减速齿轮组、滚珠丝杠、货叉等。

其它：移动配电平台。

主要实训内容
直流减速电机正反转控制；
减速齿轮组传动原理；
扇齿轮齿条的传动原理；
滚珠丝杠的传动原理；
光电开关的应用；
双作用气缸与气控回路的应用。

控制系统
采用工业上应用最广泛的西门子200系统，型号：CPU226CN AC/DC/RELAY；IO特性：24DI/16DO；通信功能：2个RS485接口；并选用PROFIBUS
模块进行总线通讯，型号：EM277；IO特性：无；通信功能：1个RS485接口；适用机型：S7-200系列PLC。

设备主要明细：
8)检测单元
功能或工艺过程:
将工件成品进行全面指标检测，包括工件颜色、装配情况、销钉材质。

并将该结果作为废品线分拣与分类入库的依据。

动作功能简述:
电感式传感器检测托盘是否到位，由电动挡停器限行。

产品检测要求如下：
对射式光电式传感器用于上盖检测（上盖为1/无上盖为0）；
电感式传感器销钉用于材质检测（金属销钉为1/尼龙销钉为0）；
色标式传感器用于色差检测（黄色工件为1/绿色工件为0）；
电容式传感器用于销钉检测（穿销为1/未穿销为0）；
检测完毕后，电动挡停器处于放行状态。

技术参数
标准工作台面（长*宽）：750*750MM
电容式传感器：检测范围8MM、常开、PNP型、M18、DC24V、三线。

色标式传感器：检测范围10MM、PNP/NPN型、方形、DC24V、光源红色。

光电式传感器：检测范围20M（可调）、PNP型、对射式、DC24V。

电感式传感器：检测范围10MM、常开、PNP型、M30螺纹、DC24V、三线。