HK-03型 模块式环形柔性自动生产线实训系统

一、产品概述
 (一)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。

（二）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。
3、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×4500mm×2400mm
5、安全保护：具有漏电保护，安全符合国家标准
三、实训内容
（一）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
（二）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
（三）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
（四）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
（五）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
（六）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
（七）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
（八）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
系统的硬件由上料单元、操作手单元、加工单元、搬运单元、安装单元、图像形状检测单元、6自由度工业机器人单元、分类存储单元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：

（三）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：

（四）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：

（五）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：

（六）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：

（七）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。
主要技术指标：

（八）6自由度工业机器人单元
由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：

6自由度工业机器人指标
▲1、自由度：6；
▲2、负载能力：不小于3kg；
3、位置重复精度：0.01mm；
4、工作范围：不小于580mm；
5、六轴立式多关节机器人，球形工作范围、开链式结构；
6、六轴采用绝对值伺服电机；
7、J1-J6轴采用谐波减速机；
8、防护等级: IP30；
9、安装方式：任意角度；
10、运动
轴运动 工作范围 最大速度
轴1：+165°~ -165° 250°/s
轴2：+110°~  -110°250°/s
轴3：+70° ~  -90° 250°/s
轴4：+160°~  -160°320°/s
轴5：+120°~  -120°320°/s
轴6：+400°~  -400°42
（九）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：

（十）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S7-1200(CPU224)，各站之间使用ProfiBus-DP总线进行通讯，S7-1200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。
（十一）云智能实验室安全管理系统
本平台将无线传输、信息处理等物联网技术应用用于自动化远程控制。设备端运行状态、数据参数等上传至云平台。物联网系统的传感层、传输层和应用层关联掌握数据与分析数据。
1. 电压、电流等模拟量数据显示
2. 输入开关监控，输出开关等数字量控制。
3. 远程控制启停状态，给定输出电压值的。
4. 显示输入输出电压值的历史数据
5. 可按照日期、日间进行查询历史数进行查询。
6. 报警信号为PLC主机模拟量采集数值或者开关量可以自由设定，如当模拟量输入超过设定电压时产生报警，通过物联网自动化应用软件将报警信号上传到云平台，通过云平台向设置的终端推送报警信号，每台设备可对应多个终端设备。
7. 通过手机端可以实现远程控制PLC的输出及监视PLC的输入状态变化。
8. 数据显示画面：画面显示输入电压数值，输出电压监控，开关状态输入，开关控制输出，以及云端连接二维码。
9. 联网设置界面：设置现场数据连接云平台后台数据库管理。
★为保证软件正版，投标时提供云智能实验室安全管理系统软件著作权证书原件备。
（十二）智能制造生产线虚拟仿真系统
通过本系统软件了解组成智能制造生产线的电气、气动、PLC等元件的工作原理并对机电系统的设计、分析进行虚拟仿真。通过选择元件利用符合绘制二维回路图或利用三维模型在系统内实现智能制造的动作而进行虚拟仿真。本系统不仅实现工厂的三维仿真使虚拟现实仿真更加逼真，而且把通过仿真验证的控制逻辑单元可用作监视及控制模块，使能够实现并行工程及软件、硬件的并行设计。
仿真基本模块包括：
1、反馈控制和顺序控制系统
2、指示灯的与门(AND)控制
3、物品传送装置
4、单向气缸控制
5、双缸联动控制
6、带式输送装置系统
7、滚筒式输送装置系统
8、指示灯顺序闪烁回路
9、自动控制标记打印操作控制
10、电梯控制
11、气压控制移动装置
12、工业机器人控制
13、带式传送带实习装置
14、气压传动流水线实验装置
★正版软件，投标时提供智能制造生产线虚拟仿真系统软件著作权证书原件备查并现场演示。
（十三）实验室智能电源管理系统
实训室总体智能电源管理系统由主电路、控制电路、检测保护电路、显示电路、语音报警电路等组成。
主要功能：
1、上电前合闸条件检测：输入过压、欠压、对地漏电、过流、任一故障存在不合闸；并且进行语音报警；
2、运行检测保护：输入过压、欠压、输出过流、漏电，任一故障出现将自动跳闸，实施保护，并且进行语音报警；保护阀值现场可设置；
3、漏电功能测试：按下漏电测试按钮，装置会自动提供一个漏电测试信号，使保护器跳闸，重新进行上电合闸条件检测，语音提示“开机自检中”，故障消除后，实训室总体智能电源管理系统自动合闸，恢复供电。
4、过压保护：运行中，出现输入过压，实训室总体智能电源管理系统将跳闸，并且对应的“过压”指示灯以红绿色交替显示进行提醒，语音播报“电源过压，请注意”；
5、过流保护：运行中，三相电流中任一相出现过流，实训室总体智能电源管理系统将跳闸，且对应的“过流”指示灯以红绿色交替显示进行提醒，语音播报“过流，请注意”；
6、漏电保护：运行中，三相中任一相发生漏电，实训室总体智能电源管理系统将跳闸，并且对应的“漏电”指示灯以红绿色交替显示进行提醒，语音播报“有漏电，请注意”。
★投标时现场演示功能
（四）教学课件资源
1、工业机器人课程资源
(1) 工业机器人的概述：工业机器人的定义、发展与应用、基本组成及技术参数、工业机器人的分类；
(2) 工业机器人的机械系统：工业机器人的1轴结构、工业机器人的2轴结构、工业机器人的3轴结构、工业机器人的4轴结构、工业机器人的5轴结构、工业机器人的6轴结构、工业机器人的机身结构、工业机器人的行走结构、工业机器人的驱动装置和传动单元；
(3) 工业机器人的运动学与动力学：工业机器人的连杆参数和齐次坐标变换矩阵。
(4) 工业机器人的控制系统：工业机器人控制装置、工业机器人驱动装置、工业机器人检测装置；
(5) 工业机器人的编程：工业机器人的编程方式、工业机器人的示教编程、工业机器人的编程语言、工业机器人的语言系统结构和基本功能、常用工业机器人编程语言、工业机器人的离线编程、工业机器人的离线编程仿真软件及编程示例；
(6) 工业机器人的典型应用：焊接机器人的应用、搬运机器人的应用、码垛机器人的应用、涂装机器人的应用、装配机器人的应用；
(7) 提供汽车生产线工业机器人应用的高清视频。
2、PLC编程教学课件资源
（1）S7-1200PLC的认知：S7-1200PLC简介、S7-1200PLC工作原理及运行模式、S7-1200PLC特点、S7-1200PLC扩展功能、PLC应用技术人才培养；
（2）TIA博图软件的使用：TIA 博图集成软件开发平台、TIA 博图集成软件简介、入门实例；
（3）控制单元的程序设计、指令编写、硬件选型和设计、课后思考与练习等内容。模块至少包括：八路抢答器、三相异步电机的星三角降压启动、运料小车往返控制、十字路口交通灯的控制、电动机组的启停控制、HMI控制液体混合、G120变频器的电机控制。
（4）小型自动化生产线的设计
课件资源具有产品的搬运、检测和传输分拣功能，整个系统由送料单元、机械手搬运单元、步进电机多点定位输送单元和传送带输送分拣单元等组成。具体的项目设计要求如下：
1）本设计的要求使用通过触摸屏与控制台按钮操作，控制生产线的自动运行。生产线通电以后，系统自行检测初始状态是否满足运行条件，如不满足则自行复位或手动调整，若满足则触摸屏显示准备就绪；
2）在准备就绪的情况下，按下启动按钮，生产线开始按顺序运行，供料单元开始工作，电机驱动转盘将工件送到物料台上；电机运行10秒后，若物料台光电开关没有检测到物料，说明已没有物料，开始报警；若检测到物料，则一号搬运机械手开始动作；
3）物料台有料，一号机械手臂伸出并下降夹取工件，夹取到工件后机械手上升缩回并旋转到右侧限位；然后机械手伸出下降将工件放到步进电机输送单元的供料台上，一号搬运机械手恢复到初始状态，等待下一次运行；
4）当步进电机输送单元传感器检测到供料台工件后，步进电机前往高度检测单元进行检测；到达后通过超声波传感器进行高度检测，检测完毕后；步进电机运行到二号搬运机械手位置；   
5）到达二号搬运机械手位置后；二号搬运机械手伸出、爪夹取工件，机架台上升，旋转到右限位，伸出手臂，机架台下降，手爪放松，将工件放到传送带上，同时二号搬运机械手复位；
6）当传送带单元传感器检测到工件时，传送带开始工作，根据工件的颜色、材料进行分拣；分拣结束后，供料台回到供料位置，等待下一次运行。
★课件资源提供详细的配件实物图片及参数功能介绍、硬件组成图解、程序指令、程序设计、气动原理图、电气原理图、硬件组态等，图文并茂。投标时现场演示部分内容。
包括与S7-1200、有关硬件、软件和通信的手册，数量不少于二十多种。
五、PLC模块及变频器选配表

六、配置清单