SBRX-2型模块式柔性自动环形生产线及工厂智能机器人应用实验系统
一、产品概述
1、组成
柔性系统须有五个分系统构成即：数字化设计分系统、模拟加工制造分系统、检测装配分系统、生产物分流系统和信息管理分系统。它应包含供料检测单元，操作手单元，加工单元，搬运单元，安装单元，图像检测单元，提取单元，分类存储单元，环形输送单元，总控平台等多个单元模块。系统具有可进行小批量多品种柔性加工、无人值守加工生产能力等，采用数字化信息系统管理模式，每一台设备均采用网络型式对外联接，由服务器统一管理生产过程中的各种数字联接任务,具有现代化柔性制造加工系统的特征。
2、功能
既能完成认知型和综合型实验实训，又能完成开发设计型实验实训，还能实现学生现场动手操作和网络计算机同步观测与分析相结合；对样件具有全程演示及生产能力；系统应具有全自动控制功能，能充分展示现代工业中进行数字化管理生产的各个环节；系统应具有单机独立控制、独立运行功能；系统应具有启停控制、动态作业计划调度、库存资源动态显示、系统故障诊断与处理、工件位置动态显示等等功能。
该系统除能服务于工程训练实践教学环节外，还应能覆盖相关课程，并能进行相关的实践性教学环节，具体如下：
（1）可服务的相关课程
机械制造基础、机械工程测试技术、机电传动控制、液压与气压传动、机器人技术与应用、机电一体化系统设计、数控技术、机电系统仿真、CAD/CAM、PLC原理及应用、数字化制造技术、机电设备故障诊断、先进制造技术、多轴数控加工技术、虚拟与仿真技术等，和其它相关课程。
（2）教学演示类项目
柔性化加工系统演示、远程控制演示、机电控管一体化技术演示、自动传输系统演示、工件自动装配演示、产品自动仓储系统演示等等。
（4）专业综合训练类、设计类等项目
机械制造技术项目综合训练、机床检测综合实验、数字化技术项目综合训练、多轴数控技术项目综合训练、机电控制综合实验、机电一体化系统综合设计、机电一体化系统综合设计、工件传输线应用设计、工件装配项目应用设计、立体仓库应用设计、气压系统应用设计、系统供电方案应用设计、计算机辅助工艺规程设计、数据库应用及开发、总控系统的应用与开发、传感器应用与选择、PLC应用编程设计、PLC网格通讯应用、伺服驱动应用、人机界面编程设计、远程组态系统设计、生产实习、毕业实习、毕业设计等等。
二、技术性能
1.输入电源：三相四线～380V±10% 50Hz
2.工作环境：温度-10℃～+40℃ 相对湿度≤85%（25℃） 海拔＜4000m
3.装置容量：＜4.5kVA
4.外形尺寸：7000mm×5500mm×850mm
5.安全保护：具有漏电保护，安全符合国家标准
三、实训内容
1.PLC的设计与应用
(1)数据传输功能实训
(2)定时、计数、移位功能实训
(3)比较功能实训
(4)步进功能的应用实训
(5)跳转功能的应用实训
(6)子程序调用功能的应用实训
(7)中断控制功能的应用实训
(8)变频调速的PWM控制功能的应用实训
(9)伺服电机速度位置控制功能的应用实训
(10)检测系统的程序设计
(11)变频调速环行自动传输系统的程序设计
(12)自动储存系统的程序设计
2.传感器技术及应用
(1)光电传感器的特性研究及应用
(2)电感传感器的特性研究及应用
(3)电磁传感器的特性研究及应用
(4)位置传感器的特性研究及应用
3.气动控制技术
(1)电控气动阀的工作原理及应用
(2)真空发生器的工作原理及应用
(3)气动二联体的工作原理及应用
(4)各种气缸的工作原理及应用
4.运动控制系统
(1)伺服电机定位的控制技术
(2)直流电机的控制技术
(3)交流电机的变频调速技术
(4)步进电机的定位控制技术
5.组态监控及人机界面技术
(1)组态监控软件的基本应用
(2)组态监控软件通信应用实训
6.机械结构训练技术
(1)同步带传动机构的设计及特性研究
(2)直齿轮传动机构的设计及特性研究
(3)锥齿轮传动机构的设计及特性研究
(4)直线导轨的设计及特性研究
(5)滚珠丝杆的特性研究及应用
7.故障检测技术技能培训
(1)程序故障设置的排除训练
(2)参数故障设置的排除训练
(3)电气接线故障设置的排除训练
(4)机械故障设置的排除训练
8.网络通讯技术和PROFIBUS总线技术
(1)网络通讯基础的原理与应用
(2)PROFIBUS-DP模块的研究与应用
(3)PROFIBUS通讯协议的研究与应用
(4)PROFIBUS主站与从站之间的通讯研究
四、系统组成
1.系统的硬件由九个基本单元站组成
（一）总控平台
总控平台主要由三相电网电压指示、电源控制部分、控制主机、状态指示灯、二位选择开关、启动和停止开关、急停开关、复位开关、10.4英寸工业彩色触摸屏等组成，主要完成监视各分站的工作状态并协调各站运行，完成工业控制网络的集成。
（二）上料单元
上料单元主要由料斗、回转台、螺旋导料机构、直流减速电机、工件滑道、计数电容开关、光电开关等组成。主要完成将工件从回传上料台依次送到检测工位。
主要技术指标：
|
名称 |
型号规格 |
数量 |
备注 |
|
工作台 |
860mm×470mm |
1 |
工业型材 |
|
供电电源/工作电压 |
AC220V 50Hz /DC24V 4.5A |
1 | |
|
工作气压 |
0.5MPa | ||
|
PLC模块 |
CPU224CN(AC/DC/RLY) +EM277 DP通信模块 |
1 |
西门子 |
|
单杆气缸 |
行程：75mm |
1 | |
|
直流减速电机 |
10W/24V 5r/m |
1 | |
|
检测传感器 |
光电漫反射 检测距离50～300mm、磁感式 |
4 |
(二) 操作手单元
由机械手、横臂、回转台、机械手爪、配重块等组成，主要完成对工件的搬运。
主要技术指标：
|
名称 |
型号规格 |
数量 |
备注 |
|
工作台 |
860mm×470mm |
1 |
工业型材 |
|
供电电源/工作电压 |
AC220V 50Hz /DC24V 4.5A |
1 | |
|
工作气压 |
0.5MPa | ||
|
PLC模块 |
CPU224CN(AC/DC/RLY) +EM277 DP通信模块 |
1 |
西门子 |
|
旋转气缸 |
0°～180° |
1 | |
|
双联气缸 |
行程：100mm |
1 | |
|
平行气夹 |
缸径：16mm |
1 | |
|
单杆气缸 |
行程：45mm |
1 | |
|
检测传感器 |
磁感式 |
7 |
（三） 加工单元
由旋转工作台、平面推力轴承、直流减速电机、刀具库、升降式加工系统、加工组件、检测组件、转台到位传感器等组成。主要完成物料加工和深度的检测。
主要技术指标：
|
名称 |
型号规格 |
数量 |
备注 |
|
工作台面 |
860mm×470mm |
1 |
工业型材 |
|
供电电源/工作电压 |
AC220V 50Hz/DC24V 4.5A |
1 | |
|
工作气压 |
0.5MPa | ||
|
PLC模块 |
CPU224CN(DC/DC/DC)+EM223+EM277 DP通信模块 |
1 |
西门子 |
|
直流减速电机 |
10W/24V 5r/m |
1 | |
|
步进电机 |
三相6A 步距角1.2° |
1 | |
|
步进电机驱动器 |
10000脉冲/圈 |
1 | |
|
双导杆气缸 |
行程：75mm |
1 | |
|
单杆气缸 |
行程：45mm |
2 | |
|
检测传感器 |
光电、电感、磁感式 |
10 |
（四）搬运单元
由机械手、移动滑台、安装工作台、工业导轨、齿轮齿条、配重块等组成，主要完成对工件的搬运。
主要技术指标：
|
名称 |
型号规格 |
数量 |
备注 |
|
工作台 |
860mm×470mm |
1 |
工业型材 |
|
供电电源/工作电压 |
AC220V 50Hz/DC24V 4.5A |
1 | |
|
工作气压 |
0.5MPa | ||
|
PLC模块 |
CPU224CN(AC/DC/RLY) +EM277 DP通信模块 |
1 |
西门子 |
|
薄型气缸 |
行程：50mm、90mm |
2 | |
|
单杆气缸 |
行程：30mm |
1 | |
|
平行气夹 |
缸径：16mm |
1 | |
|
检测传感器 |
磁感式 |
7 |
（五） 安装单元
由料筒、换料机构、推料机构、工业导轨、摇臂等组成，主要完成对两种不同工件的上料及安装。
主要技术指标：
|
名称 |
型号规格 |
数量 |
备注 |
|
工作台 |
860mm×470mm |
1 |
工业型材 |
|
供电电源/工作电压 |
AC220V 50Hz/DC24V 4.5A |
1 | |
|
工作气压 |
0.5MPa | ||
|
PLC模块 |
CPU224CN(AC/DC/RLY) +EM277 DP通信模块 |
1 |
西门子 |
|
单杆气缸 |
行程：60mm |
2 | |
|
旋转气缸 |
180° |
1 | |
|
真空吸盘及发生器 |
1 | ||
|
检测传感器 |
磁感式 |
6 |
（六）图像形状检测单元
图像处理单元主要由光源、镜头、CCD照相机、图像处理控制器、显示器、位移传感器等组成。主要检测加工完成后工件外观形状品质是否合格，通过摄像头获取工件的图像，由图像处理器完成工件合格与否的判断并检测加工孔深，将不合格工件剔除。
（七）新时达6自由度工业机器人单元
由新时达6自由度工业机器人、直线移动机构、无杆气缸、工业导轨等组成，主要完成对工件的提取及搬运。
主要技术指标：
|
名称 |
型号规格 |
数量 |
备注 |
|
工作台 |
860mm×470mm |
1 |
工业型材 |
|
供电电源/工作电压 |
AC220V 50Hz/DC24V 4.5A |
1 | |
|
工作气压 |
0.5MPa | ||
|
PLC模块 |
CPU224CN(AC/DC/RLY) +EM277 DP通信模块 |
1 |
西门子 |
|
6自由度工业机器人 |
SD500 |
1 |
新时达 |
|
薄型气缸 |
行程：45mm |
1 | |
|
单杆气缸 |
行程：30mm |
1 | |
|
平行气夹 |
缸径：16mm |
1 | |
|
检测传感器 |
磁感式 |
7 |
新时达6自由度工业机器人指标
|
项目规格 |
规格 | |
|
自由度 |
6 | |
|
额定/最大手腕负载 |
3 kg/5kg | |
|
最大工作半径 |
500mm | |
|
本体重量 |
28kg | |
|
位置精度 |
±0.02mm | |
|
关节速度 |
J1 |
370°/s |
|
J2 |
370°/s | |
|
J3 |
430°/s | |
|
J4 |
300°/s | |
|
J5 |
460°/s | |
|
J6 |
600°/s | |
|
关节角度 |
J1 |
±170° |
|
J2 |
±110° | |
|
J3 |
+40°～-220° | |
|
J4 |
±185° | |
|
J5 |
±125° | |
|
J6 |
±360° | |
（八）分类存储单元
由步进电机、滚珠丝杆、立体库、推料气缸、电磁阀等组成。主要完成对成品工件分类存储。
主要技术指标：
|
名称 |
型号规格 |
数量 |
备注 |
|
工作台面 |
860mm×470mm |
1 |
工业型材 |
|
供电电源/工作电压 |
AC220V 50Hz/DC24V 4.5A |
1 | |
|
工作气压 |
0.5MPa | ||
|
PLC模块 |
CPU224CN(DC/DC/DC)+EM277 DP通信模块 |
1 |
西门子 |
|
步进电机驱动器 |
64细分 |
2 | |
|
步进电机 |
1.5A 角距：1.8度 |
2 | |
|
单杆气缸 |
行程：45mm |
1 | |
|
滚珠丝杆 |
行程≥320mm |
2 |
（九）环行自动输送线
环行自动输送线主要由铝合金型材基体、环行传输线、自动导向机构、变频调速系统、自动定位机构等组成。可完成对工件在不同速度下的输送，不同工位的自动定位，从而大大提高了自动环形传输线的工作效率。
控制系统主站采用西门子S7-300(CPU315-2DP)，从站采用西门子S7-200(CPU224)，各站之间使用ProfiBus-DP总线进行通讯，S7-200从站主要用于控制与驱动设备层，并对现场反馈的信号进行采集，S7-300主站采集各从站数据，协调各站运行，并为上位机的监控程序提供数据，同时系统还配有工业以太网通信模块和10.4英寸彩色工业触摸屏，可以完成系统控制网络的集成。
（十）实验室远程管理系统软件（为了避免知识产权纠纷投标现场需提供计算机软件著作权证书和演示视频）
该系统集成远程实验台电源管理系统，通过手机或其他移动终端系统监控查询学生实验台的电源开关状态；单独开启关闭学生实验台电源；全部开启或全部关闭实验台电源功能；定时开启关闭电源功能。
该系统还可通过 PC 控制终端进行实训考核，也可通过手持移动控制终端进行实训考核，可自由设定任意一处与电控模块引脚有关的各种常见故障，故障类型包括：线路断 路、对地短路、接触不良，偶发等故障现象。每套驱动模块可以设置 8 路大电流 5A 的 开路故障、16 路小电流 2A 的信号通路的开路、不良、偶发、短路等故障，共 24 路故 障设置。可根据需求扩展设置 64 路大电流 5A 的开路故障、128 路小电流 2A 的信号通 路的开路、不良、偶发、短路等故障，共192 路故障设置。可根据用户使用要求调整故障设置点的数量和故障设置类型。
可通过 PC 控制终端进行实训考核，也可通过手持移动控制终端进行实训考核，教师与学员界面分开，教师通过密码进入教师界面出题，学员在普通界面答题。(注：教师与 学员设故与排故界面原理图与设备面板原理图完全一致)可自由设定任意一处与汽车电控模块引脚有关的各种常见故障，故障类型包括：线路断 路、对地短路、接触不良，偶发等故障现象。
所有配备驱动模块的实训设备，均可通过内置的专用新型无线数据传输模块无线组网，实现远程集中管理。
用户可选择通过无线或 RS-232 串口通讯与其它实训设备配套的无线故障设置控制系统 组成一个网络，通过主控计算机控制每一台实训设备的故障设置、故障排除、参数设定、 远程起动、信息反馈、考核评分等功能。
PLC模块及变频器选配表
表一：德国西门子
|
序号 |
名称 |
规格 |
数量 |
单位 |
备注 |
|
S7-300 PLC |
PS307电源 |
1 |
台 | ||
|
CPU315-2DP CPU |
1 |
台 | |||
|
SM323 16DI/16DO |
1 |
台 | |||
|
CP343-1 工业以太网模块 |
1 |
台 | |||
|
S7-200 PLC |
CPU224CN(DC/DC/DC) |
2 |
台 | ||
|
CPU224CN(AC/DC/RLY) |
5 |
台 | |||
|
EM277 DP通信模块 |
7 |
台 | |||
|
EM223 |
1 |
台 | |||
|
DP接头 |
14 |
个 | |||
|
变频器 |
MM420,AC380V供电，功率≥0.75kW |
1 |
台 | ||
|
软件 |
STEP7 Micro WIN SP4 V4.0 |
1 |
套 | ||
|
STEP7 V5.5 |
1 |
套 | |||
|
WinCC V6.0 |
1 |
套 |
配置清单
|
序号 |
名称 |
规格 |
数量 |
单位 |
备注 |
|
环行自动输送线 |
1 |
套 | |||
|
6自由度工业机器人单元 |
SD500 |
1 |
套 | ||
|
视觉传感器 |
ZFX-C10 |
1 |
套 | ||
|
工件 |
白色工件 |
24 |
只 | ||
|
蓝色工件 |
24 |
只 | |||
|
金属工件 |
8 |
只 | |||
|
包装盒 |
10 |
只 | |||
|
电源线 |
单相三芯电源线 |
15 |
根 | ||
|
PU气管 |
Ф6、橙色 |
50 |
米 | ||
|
PLC编程 电缆 |
USB/PPI USM/MPI |
1 |
套 | ||
|
PLC编程 软件 |
STEP7 MicroWIN SP4 V4.0 STEP7 V5.5 WinCC V6.0 |
1 |
套 |
DEMO版 | |
|
配套工具 |
工具箱：十字长柄螺丝刀，大、中、小号一字螺丝刀，中、小号十字螺丝刀，钟表螺丝刀、剥线钳，尖嘴钳，剪刀，电烙铁，镊子，活动扳手，内六角扳手（9把） |
1 |
套 | ||
|
配套光盘 |
使用手册、程序等 |
1 |
套 | ||
|
计算机 |
主流品牌机 |
1 |
台 |
学校自备 | |
|
空气压缩机 |
静音空气压缩机 |
1 |
台 |
静音 | |
|
气动接头 |
气动快插式三通接头EPE6 |
12 |
只 |
