一、 產(chǎn)品概述

工業(yè)4.0智能化自動生產(chǎn)線是將微電子學、計算機信息技術(shù)、控制技術(shù)、機械制造和系統(tǒng)工程有機地結(jié)合起來，是一種技術(shù)復雜、高度自動化系統(tǒng)，柔性制造技術(shù)更是當前機械制造業(yè)適應市場動態(tài)需求及產(chǎn)品不斷迅速更新的主要手段，是“中國制造2025”先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)。

本實驗系統(tǒng)是專門為本科院校、職業(yè)教育培訓機構(gòu)研制的工業(yè)4.0智能化自動生產(chǎn)線系統(tǒng)，根據(jù)機電類、電氣自動化類、先進制造類行業(yè)、企業(yè)中工業(yè)自動化應用的特點，對各類自動生產(chǎn)線的工作過程和相關(guān)的技術(shù)進行研究，對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備進行提煉和濃縮，并針對實驗教學活動進行專門設(shè)計，融機、光、電、氣、液于一體，包含了PLC、機器人、傳感器、液壓、氣動、工業(yè)控制網(wǎng)絡、電機驅(qū)動與控制、計算機、機械傳動等諸多技術(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)絡通訊技術(shù)構(gòu)成一個完整的多級計算機控制系統(tǒng)，通過訓練，能強化學生對復雜柔性自動生產(chǎn)線的設(shè)計、安裝、接線、編程、調(diào)試、故障診斷與維修等綜合職業(yè)能力，適合機電類、自動化類相關(guān)專業(yè)的教學和實驗，同時也適合工程技術(shù)人員上崗培訓。

本實驗系統(tǒng)是一種典型的環(huán)形柔性自動生產(chǎn)線（規(guī)格：8m×5m），它由上料單元、多軸加工單元、搬運單元、落料單元、噴涂烘干單元、加蓋單元、穿銷單元、檢測單元、分揀輸送單元、物流倉儲單元、行車機械手單元、圖像處理單元、圖像檢測單元、液壓沖壓單元、條形碼識別單元、堆垛解垛倉儲單元組成。傳輸鏈有輥道、皮帶、鏈條滾輪三種模式，配有相應的圓帶、滾筒、直角轉(zhuǎn)向等轉(zhuǎn)角，通過傳輸鏈和轉(zhuǎn)角連成環(huán)形生產(chǎn)線。上述機構(gòu)均安裝在工業(yè)型材桌面上，系統(tǒng)中的機械結(jié)構(gòu)、電氣控制回路、執(zhí)行機構(gòu)完全獨立，采用工業(yè)標準件設(shè)計，便于拆、裝。

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(CPU226)，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(shè)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10.1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。

該系統(tǒng)有單機、聯(lián)機二種工作方式。在單機模式下，各從站獨立運行，站間沒有數(shù)據(jù)傳送，學員可進行外部接線操作，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)控程序運行，在聯(lián)機模式下，系統(tǒng)同時工作，工件依次進行上料、沖壓、加工、搬運、落料、噴涂烘干、視頻檢測、加蓋、穿銷、檢測、條形碼識別、分揀、入庫、托盤暫存及搬運等操作，各站間通過ProfiBus現(xiàn)場總線進行通訊，在主站的控制下實現(xiàn)相關(guān)的互鎖、數(shù)據(jù)傳送操作，系統(tǒng)中的上位工控機使用WinCC組態(tài)監(jiān)控軟件，對現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)狀況進行動態(tài)實時監(jiān)控。

系統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場總線和標準的電氣接口，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)、人機交換和MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟件等，為方便教學還配有PLC仿真、氣動仿真、多媒體教室電子管理等軟件。

本系統(tǒng)采用德國西門子(或日本三菱羅克韋爾產(chǎn)品等)國際知名品牌的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)。

二、 技術(shù)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：＜3.5kVA

4. 外形尺寸：5000mm×5000mm×2400mm

5. 安全保護：具有漏電保護，安全符合標準

三、 產(chǎn)品特點

1. 系統(tǒng)將機械、氣動、液壓、電氣控制、電機傳動、傳感檢測、PLC以及工業(yè)網(wǎng)絡控制技術(shù)有機地進行整合，按照結(jié)構(gòu)模塊化，便于組合，可以完成各類單項技能訓練和綜合性項目訓練。可以進行機械部件安裝與調(diào)試、氣動系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、液壓系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、電氣控制電路的安裝和PLC編程、機電設(shè)備安裝與調(diào)試、自動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試、工業(yè)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試于一體，能較好地滿足實驗教學、工程訓練的需要。

2. 該實驗考核裝置PLC模塊I/O端子、各常用模塊接線端子，均采用安全型插座，使用帶安全插頭的導線進行電路連接；各指令開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器和指示元件的電路通過端子排進行連接。插拔線連接電路與端子排連接電路相結(jié)合，既保證學生基本技能的訓練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。

3. 系統(tǒng)中元器件均采用實際工業(yè)元件，選擇國際知名公司（如德國的施克、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，從而保證學校實驗教學的順利進行。

4. 系統(tǒng)無論機械結(jié)構(gòu)還是控制，都采用統(tǒng)一標準接口，具有很高的兼容和擴展性，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)升級擴展，深入地滿足實驗教學的需要。

5. 本系統(tǒng)可以鍛煉學習者創(chuàng)造性的思維和動手能力，學習者可以利用本系統(tǒng)從機械組裝、電氣設(shè)計、接線、PLC編程與調(diào)試、現(xiàn)場總線組建與維修等方面進行工程訓練。

四、 系統(tǒng)整體外觀圖

系統(tǒng)整體外觀圖

五、 系統(tǒng)組成

1.  系統(tǒng)的硬件由20多個基本單元站組成

1.1  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(guān)、啟動和停止開關(guān)、急停開關(guān)、復位開關(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)各站運行，完成工業(yè)控制網(wǎng)絡的集成。

1.2  上料單元

由方形井式工件架、頂料氣缸、擋料氣缸、皮帶傳輸裝置、光電傳感器、導料裝置、電控閥、直流減速電機、安裝支架等組成。主要完成將工件庫中待加工工件自動落到供料傳輸線上。

1.3  多軸加工單元

由六軸模擬加工中心（步進電機、伺服電機、直線導軌、滾珠絲桿、三軸加工臺等）、夾緊氣缸、定位氣缸、光電傳感器、C型鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)、直流減速電機、控制繼電器模組、安裝支架等組成。主要完成模擬切削加工工件。

1.4  6自由度工業(yè)機器人

由鋁合金型材基座、6自由度工業(yè)機器人、示教單元所組成。主要完成對物料的搬運、組裝等。

主要技術(shù)指標：名稱單位規(guī)格自由度軸6安裝位置臺面安裝基座：≥880mm×600mm驅(qū)動系統(tǒng) 交流伺服電機位置檢測方法編碼器合成速度毫米／秒5500負荷值千克3kg精度毫米±0.02臂可達到范圍半徑毫米≥640

1.5  圖像檢測單元

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。

1.6  搬運單元

由氣爪、旋轉(zhuǎn)氣缸、伸降氣缸、傳送帶、光電傳感器、電控閥、配重塊、直流減速電機、定位裝置、滑道、安裝支架、移動機構(gòu)等組成。主要完成將加工完畢后工件抓取放到落料單元的落料轉(zhuǎn)盤上。

1.7  噴涂烘干單元

噴涂單元由噴涂室、加熱裝置、溫度傳感器、模擬噴頭、冷卻風扇、交流調(diào)壓模塊、智能溫度顯示儀、觸摸屏、加熱指示器、光電傳感器、電感傳感器、阻擋氣缸、直流減速電機等組成，主要完成對工件先噴涂后加熱烘干固化及冷卻過程的模擬。

1.8  圖像處理單元

由光源，鏡頭，CCD照相機，圖像處理控制器，操作鍵盤，顯示器等組成，通過視覺傳感器完成對工件的圖像的攝入并與標準模板比較后輸出檢測結(jié)果，提供給后續(xù)單元使用。

1.9  加蓋單元

由滑道式工件架、蝸輪蝸桿減速機、搖臂、同步輪帶、直流減速電機、擋料氣缸、托料氣缸、伸縮氣缸、真空吸盤、光電傳感器、電容傳感器、電感傳感器、行程開關(guān)、磁性傳感器、電控閥、安裝支架等組成，主要完成對工件的加蓋裝配工作。

1.10  穿銷單元

由料斗、槽形下料機構(gòu)、不完全齒輪傳動機構(gòu)、直流減速電機、擋料氣缸、落料氣缸、頂銷氣缸、光電傳感器、光纖傳感器、電容傳感器、霍爾傳感器、電感傳感器、磁性傳感器、電控閥、安裝支架等組成，主要完成對加蓋裝配完畢后工件的穿銷緊固裝配工作。

1.11  檢測單元

由觸摸屏、直流減速電機、擋料氣缸、檢測氣缸、光電傳感器、光纖傳感器、對射傳感器、色標傳感器、電感傳感器、磁性傳感器、電控閥、安裝支架等組成，主要完成對工件的外形、裝配要求，顏色的檢測，并傳送給后續(xù)單元使用。

1.12  條形碼識別單元

由直流減速電機、擋料氣缸、電感傳感器、收料電機及貼標機構(gòu)組成，主要完成對裝配完成后的工件進行貼標并輸入倉庫管理系統(tǒng)的工作。

1.13  分揀輸送單元

由直線無桿氣缸、導桿薄型氣缸、阻擋氣缸、擺動氣缸、氣夾、磁性傳感器、光電傳感器、電感傳感器、電磁閥、同步帶輪、直流減速電機、工件傳輸裝置、廢品回收裝置等組成，主要完成將檢測完畢后不合格工件分離的工作，同時合格工件與傳輸用滑撬托盤也進行分離，不合格工件傳送到廢料存儲箱，合格工件進入物流倉儲單元。

1.14  堆垛解垛倉儲單元

由直流減速電機、擋料氣缸、電感傳感器、光電傳感器，旋轉(zhuǎn)氣缸、滑座氣缸、升降貨臺、擺臺、同步傳送帶、電磁閥組成，主要完成對滑撬托盤的暫存或攝取的工作。

1.15  行車機械手單元

由氣夾、長程導桿氣缸、交流減速電機、直流減速電機、齒輪齒條機構(gòu)、主動式紅外傳感器、鏡面漫射傳感器、光電對射傳感器，霍爾傳感器、電感傳感器、定位裝置、緊急按鈕盒組成，主要完成將滑撬托盤從環(huán)形生產(chǎn)線的結(jié)束工位搬運到起始工位的工作。

1.16  滾筒轉(zhuǎn)角單元

由直流減速電機、直齒輪組、錐形齒輪組、鏈輪組輥道組合組成，主要完成生產(chǎn)線的90°轉(zhuǎn)向。

1.17  直角轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角單元

由轉(zhuǎn)盤、旋轉(zhuǎn)氣缸同步帶同步輪直流減速電機組成，主要完成生產(chǎn)線的90°轉(zhuǎn)向。

1.18  圓帶轉(zhuǎn)角單元

由轉(zhuǎn)盤、圓帶、同步輪、承重輪、張緊輪組成，主要完成生產(chǎn)線的90°轉(zhuǎn)向。

1.19  鏈條輥道傳輸單元

由鏈條、鏈輪、輥輪、直流減速電機、玻璃防護罩組成，主要完成托盤和工件的傳輸工作。

1.20  圓帶輥道傳輸單元

由圓帶、傳動輪、輥輪、直流減速電機組成，主要完成托盤和工件的傳輸。

1.21  皮帶傳輸單元

由傳輸帶、同步帶，同步輪、直流減速電機組成，完成托盤和工件的傳輸，為環(huán)形線主要傳送單元。