主頁(yè) > 技術(shù)文章 > 柔性制造機(jī)電一體化教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)2024-10-21

柔性制造機(jī)電一體化教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)

柔性制造機(jī)電一體化教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的用于教學(xué)培訓(xùn)的柔性制造系統(tǒng)。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代自動(dòng)生產(chǎn)加工系統(tǒng)中的控制和操作技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜，往往綜合了機(jī)械、氣動(dòng)、液壓、傳感器技術(shù)、PLC及伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、通信技術(shù)、柔性制造及計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)等多門(mén)學(xué)科，因此對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用技術(shù)人員也提出較高的要求。對(duì)于培養(yǎng)生產(chǎn)一線(xiàn)的技術(shù)應(yīng)用型人才的高等職業(yè)技術(shù)教育院校來(lái)說(shuō)，提供模擬自動(dòng)化生產(chǎn)加工系統(tǒng)的綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程應(yīng)用能力，滿(mǎn)足現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)的需求是我們的教學(xué)理念。在教學(xué)中我們引入了德國(guó)某公司的F’MS50系統(tǒng)，也稱(chēng)為柔性制造系統(tǒng)機(jī)電一體化培訓(xùn)設(shè)備。

2、系統(tǒng)的組成和功能：
  此柔性制造系統(tǒng)是一套模擬實(shí)際工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中不同復(fù)雜程度控制過(guò)程的柔性加工中心。根據(jù)系統(tǒng)的不同運(yùn)行狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)加工過(guò)程的改變和控制。圖1所示為該物流系統(tǒng)的平面示意圖，整個(gè)系統(tǒng)由以下13個(gè)工作站組成:①供料站;②檢測(cè)站;③提取站;④加工站;⑤圖像處理站;⑥裝配站;⑦暫存站;⑧提取站;⑨成品分裝站;⑩閉環(huán)柔性輸送裝置;⑧柔性加工系統(tǒng)上下料機(jī)器人;⑩數(shù)控車(chē)床;⑩數(shù)控銑床。
  該系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程模擬短行程氣缸的裝配，其中包括的零件有:缸體、活塞、彈簧和端蓋。整個(gè)加工系統(tǒng)的流程為:工件由送料站送人檢測(cè)站~檢測(cè)站檢測(cè)工件的狀況~將合格零件放人傳送帶上的工件運(yùn)送車(chē)上~由提取站中的機(jī)械手上下料裝置將工件放人加工站進(jìn)行加工~再將工件放回傳送帶上~工件經(jīng)過(guò)圖像處理站時(shí)由工業(yè)圖像處理系統(tǒng)檢測(cè)將要進(jìn)行裝配的工件形狀是否合格~合格工件進(jìn)人下一個(gè)站(不合格工件將被剔除)~裝配站中的五軸機(jī)器人對(duì)氣缸進(jìn)行組裝(其中缸體由傳送帶運(yùn)送，活塞儲(chǔ)存在裝配站的貨盤(pán)上，端蓋和彈簧儲(chǔ)存在料艙中)~暫存站將裝配好的工件暫存于高層倉(cāng)庫(kù)中(可按需要將工件放回到傳送帶上)一由提取站中的機(jī)械手上下料裝置按工件的顏色將工件從傳送帶上放人成品分裝站中~成品分裝站完成成品輸出。
   此系統(tǒng)是一個(gè)可以擴(kuò)展的可以連接多個(gè)工作站的系統(tǒng)，并在生產(chǎn)過(guò)程中可柔性地面對(duì)運(yùn)行狀態(tài)且可以按相應(yīng)的情況控制物流。其主要單元是負(fù)責(zé)向系統(tǒng)內(nèi)個(gè)工作站間輸送零件的閉環(huán)柔性輸送裝置。每個(gè)工作站中都帶有由STEMENS S7一300系列控制器和數(shù)字量vo模塊組成的控制板，控制板與工作站的連接通過(guò)一根標(biāo)準(zhǔn)的vo電纜連接。傳送系統(tǒng)的控制也由SIEMENS S7實(shí)現(xiàn)。工作站之間的通信由vo接口定義，傳送系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送由AS一1(執(zhí)行器和數(shù)字傳感器組成的網(wǎng)絡(luò))總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。工作站與傳送系統(tǒng)之間的通信通過(guò)vo接口定義。在FMSSo中使用SIEMENS的WinCC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，控制以及數(shù)據(jù)采集。為了實(shí)現(xiàn)WinCC和PLC之間的數(shù)據(jù)交換，該系統(tǒng)采用了Profibus一DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。WinCC發(fā)送數(shù)據(jù)到PLC，同時(shí)從PLC接收數(shù)據(jù)信息。通過(guò)WinCC在主機(jī)中按照級(jí)別的優(yōu)先權(quán)監(jiān)控每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況，并且通過(guò)一根電纜即可完成在線(xiàn)對(duì)PLC S7編程和故障診斷。
   該系統(tǒng)包含實(shí)際生產(chǎn)加工的主要功能:來(lái)料分配、工件檢測(cè)、工件操作(機(jī)械手上下料)、工件加工及處理、質(zhì)量控制(圖像處理)、自動(dòng)裝配(五軸機(jī)器人裝配)、立體倉(cāng)庫(kù)(料倉(cāng))、工件輸出、工件分揀、閉環(huán)柔性輸送裝置、數(shù)控加工等。使用該系統(tǒng)應(yīng)可以完成不同復(fù)雜程度、各種主要課題的教學(xué)培訓(xùn)，如:氣動(dòng)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)械手技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)、電氣/電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳動(dòng)技術(shù)、物流技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和系統(tǒng)管理等。
3、模塊化工作站：
   構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)FMS50中的各工作站均包括獨(dú)立的電氣和可編程控制器單元，帶有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)vo接口用于與PLC板的連接。機(jī)械和氣動(dòng)單元按照各工作站的不同生產(chǎn)功能可以由標(biāo)準(zhǔn)模塊組裝而成，靈活性較大，氣動(dòng)系統(tǒng)的控制原理相似。
以工件提取站為例，該站完成將工件從傳送帶上提取并將其放置在加工站上的分度盤(pán)上的任務(wù)。它的主要組成模塊是完成x軸運(yùn)動(dòng)(運(yùn)送工件)的無(wú)桿氣缸A、完成:軸運(yùn)動(dòng)(提放工件)的扁平氣缸(提升缸)B，氣動(dòng)平行抓手C(抓取工件)和由3片緊湊型閥組成閥島CPV10及滑槽模塊。氣動(dòng)控制回路圖如圖2所示。圖中A缸和B缸控制回路中的單向節(jié)流閥用于控制兩缸的行進(jìn)速度;A缸控制回路中的兩個(gè)氣控單向閥在回路中形成氣動(dòng)鎖，是一種安全措施，可使氣缸在系統(tǒng)斷電或停氣時(shí)在任意位置保持不動(dòng)。閥島中的3個(gè)電磁閥C,M,M分別控制氣缸A,B,C。其中C型電磁閥由兩個(gè)常斷式單電控二位三通電磁閥組成;M型電磁閥是單電控二位五通電磁閥。
   模塊化工作站的特點(diǎn)是工作站中的小型模塊應(yīng)該能夠體現(xiàn)生產(chǎn)加工中的各種單獨(dú)功能或組裝加工，采用的控制模式與實(shí)際生產(chǎn)中相同，每個(gè)工作站均包含獨(dú)立的電氣及可編程序控制器單元且采用標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口，每個(gè)工作站本身可以單獨(dú)用于教學(xué)實(shí)訓(xùn)，每個(gè)模塊都具有相應(yīng)的培訓(xùn)內(nèi)容，各工作站之間通過(guò)電纜或總線(xiàn)連接可以形成不同形式的柔性制造系統(tǒng)。
4、該系統(tǒng)的教學(xué)培訓(xùn)理念：
   FMS50系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，可以單獨(dú)訓(xùn)練PLC編程和機(jī)器人操作技術(shù)及各工作站，如工件自動(dòng)裝配、自動(dòng)輸送、緩沖倉(cāng)儲(chǔ)等。在教學(xué)實(shí)踐中，采用模塊化教學(xué)方法，教學(xué)的過(guò)程從基礎(chǔ)簡(jiǎn)單的操作和控制逐步擴(kuò)展到復(fù)雜操作的控制，具體操作是將學(xué)生分組訓(xùn)練，每組學(xué)生要完成從模塊的機(jī)械、氣動(dòng)與電氣元件組裝安裝到工作站的氣動(dòng)與電氣回路連接，再根據(jù)工藝要求進(jìn)行PLC編程，調(diào)試、操作、維修及故障排除。在工作站之間的連接和工作站與傳送系統(tǒng)的連接過(guò)程中，學(xué)生可以了解到vo通信和總線(xiàn)控制技術(shù)。并且通過(guò)監(jiān)視、控制以及數(shù)據(jù)采集軟件vvn}rcc，了解系統(tǒng)的物流和信息流運(yùn)行情況。在整個(gè)訓(xùn)練過(guò)程中可以使學(xué)生將所學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)加以綜合應(yīng)用，并能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立思考能力及團(tuán)隊(duì)合作精神。由于該系統(tǒng)是開(kāi)放式的，學(xué)生可以在訓(xùn)練中加人自己的創(chuàng)新思想，重新組合或開(kāi)發(fā)新的工作站，組成不同的機(jī)電一體化系統(tǒng)。在高層次的訓(xùn)練中，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行諸如遠(yuǎn)程控制、圖像識(shí)別、機(jī)器人、交互式仿真系統(tǒng)COS/MIR軟件(提供建模、運(yùn)動(dòng)仿真及三菱機(jī)器人編程仿真)等知識(shí)的培訓(xùn)。
5、結(jié)束語(yǔ)：
   這種系統(tǒng)由于集成真實(shí)工業(yè)元件、控制系統(tǒng)及軟件，且采用的技術(shù)均是目前世界上在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)最先進(jìn)最前沿的技術(shù)，具有綜合性、模塊化及可擴(kuò)充等特點(diǎn)。它能滿(mǎn)足學(xué)生不同的技術(shù)基礎(chǔ)，具有較好的完整性、靈活性和適用性。實(shí)際教學(xué)證明，該系統(tǒng)成功地調(diào)動(dòng)和開(kāi)發(fā)了學(xué)生在機(jī)電一體化綜合應(yīng)用技術(shù)方面的個(gè)人學(xué)習(xí)潛力和創(chuàng)新能力，實(shí)用性強(qiáng)，能夠滿(mǎn)足對(duì)機(jī)電一體化高級(jí)技術(shù)人才的培養(yǎng)。

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