TC-WR01微型柔性加工实训系统

一、设备概述

   微型柔性加工实训系统（MPS）的最大特点是它的综合性和系统性，在这里，机械技术、电机驱动技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色；生产控制系统采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标；

二、设备特点

1.具有较好的柔性，即每站各有；一套PLC控制系统独立控制，可将8个模块分开培训，同时容纳较多的学员同时学习。在基本单元模块培训完成以后，又可以将相邻的二站、三站…直至8站连在一起，学习复杂 系统的控制、编程、装配和调试技术；

2.该设备主要包括：环形工件传输单元、上料检测单元、搬运单元、加工单元、安装单元、安装搬运单元、分类搬运单元、分类单元共八单元，完成上料——传输——加工——安装——传输——分类存储工序；

3.具有较好的柔性，每站各有一套PLC 控制系统独立控制，可将八个站分开培训，同时容纳较多的学员同时学习。在基本单元模块培训完成以后，又可以将相邻的二站、三站…直至八站连在一起，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术；

4.高度集成：通过工业以太网、现场总线等网络通讯技术将系统中的所有单机模块设备进行高度的集成。与工业现场形式完全相同；

5.单元模块化：系统中的单元设备具有“联机/单机”两种操作模式。所有的单元设备的软硬件均可以脱离系统独立操作，可用单机设备为平台，进行单项技术的研发，易扩展；

6.开放性：具有自主知识产权的软件源代码。用户可以进行深层次的软件系统二次开发，方便老师和同学课题研究工作。具有可展性：系统软、硬件部分预留扩展空间；交互式图形化操作界面，控制软件采用WINDOWS操作系统，具有交互式和图形化特点，操作简单易学，自动化程度高，使教师和学生在很短的时间之内就可以掌握对系统的操作；通过计算机与各单元及传感器的通讯，将系统中各环节的状态显示在操作界面上，使操作者通过计算机随时了解系统各环节的工况、状态、运行数据，掌握系统运行状态；实训指导书等资料齐备：除提供相应的教学大纲外，还应提供系统整体的实验指导书，包括机械篇、电控篇及软件篇。详细介绍各设备特点、原理、设计思想、计算方法。并拓展介绍工业上常用的相关元件及设备；

总的来说，模块化生产控制系统综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网和步进电机位置控制等。利用该系统，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。

三、技术指标：

1.输入电压: 220V/ 1A；

2.执行驱动电压：24V/4.5A；

3.环境温度：0-55℃（工作） -20-70℃（保存）；

4.相对湿度：35-85%（无冷凝）；

5.接地：第三种接地；

6.工作环境：禁止腐蚀性，可燃性气体接触,防止导电尘埃；

7.整机尺寸：约3200mm*2000mm*1800mm。

四、实训内容：

系统所提供的是一个综合的科技环境,在本设备上可进行多种技术的培训。在本设备上我们可进行传感器技术、气动技术、电机驱动和PLC技术等多方面的培训，通过这套设备我们介绍给大家的是一种不同的教学理念和教学方法。该设备可培训的内容：

1、传感器培训:该系统所使用的传感器数量达四十多个，电感式的、光电式的以及磁电感应式的，每一个都有着各自的特性、发挥着不同的作用， 使系统得以可靠工作。通过了解设备中各类传感器的工作特性,可加强学生对这些传感器的感性认识，再结合老师对传感器工作原理的分析和特性演示，可使学员快速掌握所学知识。

2、气动技术培训 :该装置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、过滤调压阀等。 在学习这些气动元件时，学生不但可以单独学习每一种分离元件， 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。3、PLC技术培训 :系统可以分成若干个完全独立的工作单元，使二十几个学生可以同时进行学习，而且每个学员都有动手的机会。在该设备上学员不但可以学习PLC 的各种技术，而且可以学习综合科技环境下PLC 的多种应用。为灵活学习和掌握PLC 的各方面知识提供了条件。

4、电气控制系统培训:八个工作站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、PLC 各I/O 地址查对和新设备电路连线分析方法。

5、机械系统安装调试培训:系统上的八个工作站可让各组学员将机械部分全部的或部分的拆去， 再按要求将其重新组装， 并且调试至系统可正常、可靠地工作。这对提高在校学生动手能力有极大帮助。

6、电机驱动技术培训:统中包括了工业自动化控制中常用的各类电机驱动控制，有直流电机控制、步进控制系统、交流伺服、变频器控制系统等。

7、系统维护和故障检测技术培训:部分培训重点介绍机电一体化系统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。

8、网络技术培训:该系统集成了工控通讯技术，通过网络形式传递各站信息，协调各站有序运行。学生依据控制要求配置相应的硬件网络模块，编写各单元PLC程序，通过该网络技术、把多个单元联成一套完整的现代生产物流系统。使学生在编程和控制实践中，更加直接、有效地学习和掌握该总线通讯技术，了解现场通讯在工业自动化生产中的重要作用。

五、系统组成：

1、环形工件传输单元：

该单元由四条直线传输带组成，其中三条直线传输带有二个拦截缸和一个夹紧缸，一个为一个拦截缸。在夹紧缸附近有检测传感器，每条传输带由交流减速电机驱动，控制系统由开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、交流减速电机、电磁阀及气缸组成。主要完成工件上料、传送并传递工件颜色。

2、供料工作站：

供料工作单元的主要作用是为加工过程逐一提供加工工件。在管状料仓中最多可以存放8个工件。供料过程中，双作用气缸从料仓中逐一推出工件，转换模块上的真空吸盘将工件吸起，转换模块的转臂在旋转缸的驱动下将工件移动至下一个工作站的传输位置。尺寸 (长×宽×高): 720mm×390mm×1500mm。主要包括以下几个部分：

（1）机械部分：

1）井式储存料仓；

2）自动推料装置。

（2）控制部件:

1）可编程序控制器PLC；

2）开关电源：AC 220输入输出DC 24V/4.5A；

3）按钮控制面板:8个按钮；

4）两组电控气阀及其执行器件；

5）PLC控制回路面板；

6）各种工业传感器2个。

3、视觉工作站：

视觉检测工作单元含视觉控制器、彩色摄像头、镜头、光源及相关连接线。支持超高速图像输入和实时图像输入。自带相关图像处理,支持定位、测量、对位结果分析等功能。尺寸 (长×宽×高): 720mm×350mm×1400mm。主要包括以下几个部分：

（1）机械部分：

1）传动输送带机构；

2）两个工件定位机构；

3）一套图像采集机构。

（2）控制部件:

1）可编程序控制器PLC；

2）摄像头以及处理器；

3）开关电源：AC 220输入输出DC 24V/4.5A；

4）按钮控制面板: 8个按钮；

5）二组电控气阀及其执行器件；

6）PLC控制回路面板；

7）各种工业传感器3个。

4、搬运工作站：

搬运输送单元的主要作用是将工件通过传输系统及提取装置从一个工作单元传输到下一个工作单元，由小型气动机械手、气动伸缩横臂、交流伺服电机与蜗轮减速箱驱动的回转台、气动夹爪上下抓取机构组成，尺寸 (长×宽×高): 720mm×350mm×1500mm。主要包括以下几个部分：

（1）机械部分：

1）小型气动机械手；

2）气动伸缩横臂；

3）交流伺服电机与蜗轮减速箱驱动的回转台；

4）气动夹爪上下抓取机构。

（2）控制部件:

1）可编程序控制器PLC；

2）开关电源模块：AC 220输入输出DC 24V/4.5A；

3）按钮控制面板:8个按钮；

4）三组电控气阀及其执行器件；

5）PLC控制回路面板；

6）各种工业传感器3个；

7）一套伺服驱动单元。

5、加工工作站：

在加工工作单元，分度盘检测到有工件后，带动工件旋转，完成检测及钻孔工作。此部分主要由旋转平台、检测模块、钻孔模块等部分组成，此单元采用电气驱动器驱动，驱动电机采用不同形式的电机，如带变频调速的交流电机、伺服电机或步进电机。尺寸 (长×宽×高): 720mm×350mm×1500mm。主要包括以下几个部分：

（1）机械部分：

1）24V直流电机与蜗轮减速机驱动的回转工作台；

2）模拟换刀加工机构（步进电机控制）；

3）气缸驱动的打孔电机组件；

4）气缸驱动的检测缸组件。

（2）控制部件: 

1）可编程序控制器PLC；

2）开关电源：AC 220输入输出DC 24V/4.5A；

3）控制面板: 4个按钮；

4）检测工件和转台到位传感器；

5）三组电控气阀及其执行器件；

6）PLC控制回路面板；

7）各种工业传感器8个；

8）一套步进驱动系统。

6、装配工作站：

本装配系统实现自动装配的功能。它主要包括以下几个部分：铝型材台面、真空发生器、检测系统、电气挂板、气动二联件和按钮盒等。

（1）机械部分：

1）推料装置；

2）自动换仓装置；

3）装配装置；

4）真空抓取装置。

（2）控制部件: 

1）可编程序控制器PLC；

2）开关电源：AC 220输入输出DC 24V/4.5A；

3）控制面板: 八个按钮；

4）推料以及抓取控制机构；

5）五组电控气阀及其执行器件；

6）PLC控制回路面板；

7）各种工业传感器8个；

8）一套真空控制系统。

7、喷涂工作站：

机构由传动输送带机构与模拟喷涂机构、工件反转机械手、烘干装置组成。可自动完成工件的模拟喷涂与烘干工作。其中烘干装置会有自动模拟烘干过程，自带温度显示，可根据需要自由设定烘干温度。尺寸 (长×宽×高): 720mm×350mm×1400mm。主要包括以下几个部分：

（1）机械部分：

1）传动输送带机构；

2）模拟喷涂机构；

3）工件反转机械手；

4）烘干装置（带温度控制）。

（2）控制部件:

1）可编程序控制器；

2）开关电源：AC 220输入输出DC 24V/4.5A；

3）按钮控制面板: 4个按钮；

4）四组电控气阀及其执行器件；

5）PLC控制回路面板；

6）各种工业传感器3个；

7）温度显示器一个。

8、提升与仓储工作站：

提升与仓储站主要由4*4d的仓库与三轴移动的机械手组成，对工件进行分类入库。尺寸 (长×宽×高): 720mm×350mm×1300mm；提升与仓储站主要包括以下几个部分：

（1）机械部分：

1）步进电机驱动的水平滑台；

2） 步进电机驱动的顶升平台；

3)气动驱动的推出部件；

4)分类料仓（十六个工位）。

（2）控制部件: 

1)可编程序控制器；

2)开关电源：AC 220输入输出DC 24V/4.5A；

3)按钮控制面板:8个按钮；

4)单电控气阀及其执行器件；

5)PLC控制回路面板；

6)两个步进控制单元；

7)各种工业传感器2个。

六、系统控制配置：

1、三菱系统配置：每个工作站配置一台三菱PLC，FX3U系列的PLC，配置FX3U485模块用于联网控制。

2、西门子系统配置：每个工作站配置一台西门子PLC，1200系列的PLC，通过以太网联网控制每一工作站。学生依据控制要求配置相应的硬件网络模块，编写各单元PLC程序，通过该网络技术、把多个单元联成一套完整的现代生产物流系统。使学生在编程和控制实践中，更加直接、有效地学习和掌握该总线通讯技术，了解现场通讯在工业自动化生产中的重要作用。

3、3D虚拟仿真软件：

3D 建模：基于针对外部 CAD 系统的标准化导入过滤器，STEP、IGES、VRML 和 STL 的导入过滤器，CAD 基本功能，定义本地坐标系统（主框架），用于对象的简单相对定位，通过对几何形状、动力学特性、材料和物理属性的参数设定进行建模，工业机器人系统和大量自动化元件的数据库，功能强大的自动化机构数据库，DXF、STEP、IGES、VRML 和 STL 的导出过滤器。

仿真: 实时３Ｄ模拟，包括模拟物理效果，传输管道连接，链传动，故障模拟，传感器模拟，可以通过ＯＰＣ服务器通讯，连接任意ＰＬＣ控制器．虚拟再现真实的控制信号下的运动结果，软件自身可以支持多种工业自动化设备控制语言：S7-PLC MELFABASIC  KRL  RAPID V+ 。