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(xué)、計算機(jī)信息技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)械制造和系統(tǒng)工程有機(jī)地結(jié)合起來，是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動化系統(tǒng)，柔性制造技術(shù)更是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)適應(yīng)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(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是專門為本科院校、職業(yè)教育培訓(xùn)機(jī)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(jī)電類、電氣自動化類、先進(jìn)制造類行業(yè)、企業(yè)中工業(yè)自動化應(yīng)用的特點(diǎn)，對各類自動生產(chǎn)線的工作過程和相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行研究，對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行提煉和濃縮，并針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動進(jìn)行專門設(shè)計，融機(jī)、光、電、氣、液于一體，包含了PLC、機(jī)器人、傳感器、液壓、氣動、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)驅(qū)動與控制、計算機(jī)、機(jī)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(luò)通訊技術(shù)構(gòu)成一個完整的多級計算機(jī)控制系統(tǒng)，通過訓(xùn)練，能強(qiáng)化學(xué)生對復(fù)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(jī)電類、自動化類相關(guān)專業(yè)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，同時也適合工程技術(shù)人員上崗培訓(xùn)。

本實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(jī)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(yīng)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(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，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(jìn)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(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(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)各從站工作，工件依次進(jìn)行上料、沖壓、加工、搬運(yùn)、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(yùn)等操作，各站間通過ProfiBus現(xiàn)場總線進(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，對現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)狀況進(jìn)行動態(tài)實(shí)時監(jiān)控。

系統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場總線和標(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(hù)：具有漏電保護(hù)，安全符合標(biāo)準(zhǔn)

三、 產(chǎn)品特點(diǎn)

1、系統(tǒng)將機(jī)械、氣動、液壓、電氣控制、電機(jī)傳動、傳感檢測、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，可以完成各類單項(xiàng)技能訓(xùn)練和綜合性項(xiàng)目訓(xùn)練?？梢赃M(jìn)行機(jī)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(jī)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(luò)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試于一體，能較好地滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程訓(xùn)練的需要。

2、該實(shí)驗(yàn)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(dǎo)線進(jìn)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(jìn)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(xué)生基本技能的訓(xùn)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(shí)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(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行。

4、系統(tǒng)無論機(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(kuò)展，深入地滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。

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

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(dǎo)料裝置、電控閥、直流減速電機(jī)、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(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、直線導(dǎo)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(jī)、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(jī)器人

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

主要技術(shù)指標(biāo)：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(jī)位置檢測方法 編碼器合成速度毫米／秒5500負(fù)荷千克3kg精度毫米±0.02臂可達(dá)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(jī)、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(yùn)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(jī)、定位裝置、滑道、安裝支架、移動機(jī)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(fēng)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(jī)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(jī)，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(biāo)準(zhǔn)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(jī)、搖臂、同步輪帶、直流減速電機(jī)、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(jī)構(gòu)、不完全齒輪傳動機(jī)構(gòu)、直流減速電機(jī)、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(jī)、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(biāo)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(jī)、擋料氣缸、電感傳感器、收料電機(jī)及貼標(biāo)機(jī)構(gòu)組成，主要完成對裝配完成后的工件進(jìn)行貼標(biāo)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(dǎo)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(jī)、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(jìn)行分離，不合格工件傳送到廢料存儲箱，合格工件進(jìn)入物流倉儲單元。

1.14  堆垛解垛倉儲單元

由直流減速電機(jī)、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(jī)械手單元

由氣夾、長程導(dǎo)桿氣缸、交流減速電機(jī)、直流減速電機(jī)、齒輪齒條機(jī)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(yùn)到起始工位的工作。

1.16  滾筒轉(zhuǎn)角單元

由直流減速電機(jī)、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(jī)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(jī)、玻璃防護(hù)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(jī)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(jī)組成，完成托盤和工件的傳輸，為環(huán)形線主要傳送單元。

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