一、FMS柔性生產(chǎn)制造實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)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(dòng)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(dòng)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(yíng)管理等過程,在計(jì)算機(jī)及其軟件的支撐下,構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)化,總體高效益、高柔性,并進(jìn)而贏得競(jìng)爭(zhēng)全勝的智能制造技術(shù)。它是當(dāng)今世界制造自動(dòng)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(dòng)化類、先進(jìn)制造類行業(yè)、企業(yè)中工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的特點(diǎn)，對(duì)柔性制造技術(shù)的工作過程進(jìn)行研究，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行提煉和濃縮，并針對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)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(dòng)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制、計(jì)算機(jī)等諸多技術(shù)領(lǐng)域，整個(gè)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(gè)完整的多級(jí)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(shí)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(dòng)化、自動(dòng)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(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(chǎng)總線技術(shù)、高級(jí)語(yǔ)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(cè)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(shí)別單元、物流倉(cāng)儲(chǔ)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(dòng)設(shè)備層，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)反饋的信號(hào)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(shí)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(shí)工作，工件依次進(jìn)行上料、檢測(cè)分揀、加工、圖像檢測(cè)、機(jī)器人自動(dòng)裝配、貼標(biāo)、條形碼識(shí)別、入庫(kù)及搬運(yùn)等操作，各站間通過ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)仿真、多媒體教室電子管理等軟件。
二、FMS柔性生產(chǎn)制造實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)產(chǎn)品特點(diǎn)
1. 系統(tǒng)將機(jī)械、氣動(dòng)、電氣控制、電機(jī)傳動(dòng)、傳感檢測(cè)、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(guó)際知名公司（如德國(guó)的施克、西門子、日本SMC、歐姆龍、日本三菱等）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(wú)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(chǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，本系統(tǒng)可以緊跟現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)升級(jí)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(dòng)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(chǎng)總線組建與維修等方面進(jìn)行工程訓(xùn)練。
三、FMS柔性生產(chǎn)制造實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
1. 輸入電源：三相四線～380V±10% 50Hz
2. 工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對(duì)濕度≤85%（25℃） 海拔＜4000m
3. 裝置容量：＜4.5kVA
4. 外形尺寸：7000mm×4500mm×2400mm
5. 安全保護(hù)：具有漏電保護(hù)，安全符合國(guó)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(shí)、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(cè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)
（11）變頻調(diào)速環(huán)行自動(dòng)傳輸系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)
（12）自動(dòng)儲(chǔ)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(shí)別系統(tǒng)特性研究及應(yīng)用
3. 氣動(dòng)控制技術(shù)
（1）電控氣動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及特性研究
（2）直齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及特性研究
（3）錐齒輪傳動(dòng)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(cè)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(dòng)控制訓(xùn)練
（2）雙軸手臂直線運(yùn)動(dòng)控制訓(xùn)練
（3）雙軸手臂曲線運(yùn)動(dòng)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(dòng)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
1. 系統(tǒng)的硬件由13個(gè)基本單元站組成
（一）總控平臺(tái)總控平臺(tái)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(dòng)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(tái)、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(tái)依次送到檢測(cè)工位，提升裝置將工件提升至指定位置。
（三）檢測(cè)分揀單元檢測(cè)分揀單元主要由鋁合金型材基體、檢測(cè)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(duì)毛坯件材質(zhì)、顏色、高度的檢測(cè)并將不合格工件檢出。
（四）搬運(yùn)單元搬運(yùn)單元主要由旋轉(zhuǎn)氣缸、氣爪、升降氣缸、配重塊、伸縮機(jī)械臂、限位開關(guān)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(tái)，待加工完畢后，將工件取出，重新放入傳輸線上。
（五）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(dòng)門裝置、氣動(dòng)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。
（六）圖像形狀檢測(cè)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(cè)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(cè)加工孔深，將不合格工件剔除。
（七）加工圖像尺寸檢測(cè)單元加工圖像尺寸檢測(cè)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(cè)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(cè)加工孔深，將不合格工件剔除。
（八）三菱6自由度工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)單元機(jī)器人搬運(yùn)單元主要由三菱RV-3SD-S11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(tái)，待加工完畢后，將工件取出，重新放入傳輸線上。
（九）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三菱RV-3SD-S11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。
（十）條形碼識(shí)別單元條形碼識(shí)別單元主要由升降氣缸、貼標(biāo)裝置、條形碼識(shí)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(cāng)儲(chǔ)管理。
（十一）物流倉(cāng)儲(chǔ)單元物流倉(cāng)儲(chǔ)單元主要由高架倉(cāng)庫(kù)及堆垛機(jī)組成。主要完成物料進(jìn)出庫(kù)的自動(dòng)化管理。
（十二）機(jī)械手單元機(jī)械手單元主要由機(jī)械手、移動(dòng)滑臺(tái)、齒輪齒條運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，主要完成對(duì)工件在傳輸線和工作單元間的搬運(yùn)工作。
（十三）環(huán)行自動(dòng)輸送線環(huán)行自動(dòng)輸送線主要由鋁合金型材基體、環(huán)行傳輸線、自動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)等組成?？赏瓿蓪?duì)工件在不同速度下的輸送，不同工位的自動(dòng)定位，從而大大提高了自動(dòng)環(huán)形傳輸線的工作效率。
