机光电气液一体化柔性制造实训体系系统一套.docx
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机光电气液一体化柔性制造实训体系系统一套
第一包机光电气液一体化柔性制造实训系统一套
1.总体要求、功能实现、及特点2
2.运行环境要求及设备明细3
3.教材及技术资料要求4
4.系统主要元器件技术参数要求4
5.实训内容要求6
6.单元模块要求7
模块一：
中央监控控制系统7
模块二：
上料单元8
模块三：
下料单元8
模块四：
加盖单元9
模块五：
穿销单元9
模块六：
模拟单元10
模块七：
伸缩换向单元10
模块八：
检测单元10
模块九：
液压单元11
模块十：
分拣单元11
模块十一：
废料单元11
模块十二：
码垛机立体仓库单元12
模块十三：
工业机器人系统12
模块十四：
数控铣床12
模块十五：
数控铣床和机器人控制通讯单元13
辅助单元一：
直线单元13
辅助单元二：
辊轮转角单元13
辅助单元三：
皮带转角单元13
辅助单元四：
移动平台和移动配电平台14
备注：
业绩要求本实训设备应属自主开发产品，不少于五项发明专利。
1.总体要求、功能实现、及特点
该系统须融合数控、工业机器人、机、电、气、液等技术领域，将现代化工业现场浓缩并完美展现。
既而可提供一个开放性的、创新性的和可参与性强的实训平台，让学生全面掌握机电一体化技术的应用、开发和集成技术，帮助学生从整体角度去认识系统各组成部分，从而掌握机电系统的组成、功能及控制原理。
激发学习兴趣，使学生的机电一体化认知、设计、装配、调试、维修能力均能得到综合提高。
其涵盖的实训课程及课题须包括：
数控加工技术、工业机器人技术、测试与控制技术、工业总线技术、机械传动与执行机构技术、PLC控制技术、电气控制技术、气动技术、液压技术、比例调节技术、电子技术、组装技术、故障检测与排除技术、传感技术、机械原理及零件设计、微机控制、WINCC组态监控、过程控制、质量控制等。
a）要求模块化：
整套系统须由一个主控模块、十三个从控模块、和五个辅助模块组成，各从控单元可分为手动/自动两种模式，可单站训练也可整体控制，并且涵盖丰富的实训内容，例如：
动力系统须包括电机驱动系统、气压控制回路、液压控制回路、机械传动机构。
b）要求可扩展性与开放性强：
系统在每个控制单元都须留有扩展接口，以便系统有条件通过外接其它品牌或系列的PLC或单片机对系统进行控制与通讯。
整套系统从软、硬件到结构须具有很强的开放性，便于扩展更多模块或外接外部工业设备。
c）要求结构丰富：
整体设备的机械结构均须为自主精心设计、制造，致使设备的机械原理涵盖全面且不重复，柔性化特征高。
其设计不仅需要满系统各模块功能要求，并且在机械结构的应用上要突现其合理性、全面性、教学性。
全部典型结构均须通过有透明机玻璃罩将其开放并安全保护。
d）要求功能强大：
整套系统须最终实现一套从综合控制监控中心、到加工装配自动线、经检测分拣系统、配合各类搬运传输系统、至最终的物流仓储系统的完整闭环式可循环系统功能。
可将大型现代化工业现场的技术应用与工位功能完整展现。
最大程度的缩短实训设备与工业用设备的差距。
e）要求选才精良：
整套系统框架结构须采用高档铝合金型材搭建。
核心部件也须采用知名品牌，如数控系统、可编程控制器、继电器、变频器、传感器、气动原件、按钮和指示灯、漏电保护器和断路器等均须采用德国或瑞士的一线工业品牌，其它重要组成如工业机器人、伺服电机、人机界面、滚珠丝杠、直线导轨、支撑、信号塔等也须采用日优质品牌。
以确保设备的档次品质、工业性、可靠性与安全性。
f）要求实训课题广：
整套系统从机械结构的精心设计，到各种控制元器件类型的选用上，必须体现了机构及元器件的特点特性，以多元化为出发点，避免重复使用，使学生可以在一套系统中最大可能的掌握更多种课程及知识点。
使用户可以根据这一套系统设立多门课程的实训。
✓例如传感器须包含开关量的电感式、电容式、光纤式、反射光电式、霍尔式；模拟量的压力传感器、流量传感器、温度传感器等；
✓自动传输线须包含链条式、皮带式、滚筒式等；转角机须包含动力式和从动式；
✓电机须包含普通直流减速、三相异步、两相综合步进、三相综合步进、交流伺服等；
✓且在系统中须应用到模拟量模块、数字量模块、脉冲模块、通讯模块等可编程控制器扩展性功能模块；
✓……
2.运行环境要求及设备明细
a）环境要求
环境温度：
0～50℃；
相对湿度：
≤90%；
适用电源：
三相380VAC（±10%）,50Hz（±1）；
模块尺寸：
≥750mm*750mm；（不包含电源箱拉出）；
系统尺寸：
≥5000mm*4500mm*2200mm。
（不含中央监控控制平台）；
容量：
≤5KVA；
总气源：
超静音气泵；0.8Mpa、220V、50Hz、185W、二位二通常闭形阀。
b）设备明细，即本套系统须涵盖如下单元配置
序号
类别
模块名称
数量
备注
1
主控
中央监控控制平台
1
2
从控
上料单元
1
3
从控
下料单元
1
4
从控
加盖单元
1
5
从控
穿销单元
1
6
从控
模拟单元
1
7
从控
伸缩换向单元（+电控转角）
1
8
从控
检测单元
1
9
从控
液压单元（+人机界面）
1
10
从控
分拣单元
1
11
从控
废料单元
1
12
从控
码垛机立体仓库单元
1
13
辅助
滚筒转角
1
14
辅助
皮带转角
1
15
辅助
滚筒直线
1
16
辅助
移动平台支撑
1
17
从控
铣床和机器人控制通讯单元
1
18
从控
数控铣床实训加工系统
1
19
从控
工业机器人系统
1
3.该设备技术服务要求
为了满足学校教学要求，提供所投产品3年免费上门保修，要求能够提供快速响应服务，1个小时内维修工程师到达维修现场。
为了适应学校教学要求，要求厂家提供副教授以上职称的技术人员免费为学校讲授不少于90课时的设备培训指导和技能训练指导。
培训教材应为一套包括了机光电一体化培训内容的完整电子系统，它应包括下列主要内容：
3.1针对所有模块化生产加工系统工作单元的实验操作指导及说明书，其内容须涵盖：
单元概述、实训目的、设备说明、实训内容及步骤、控制要求、Ｉ／Ｏ表、电源系统图、气动原理图、ＰＬＣ控制接线图、液压油路原理图、扩展接口分配图等。
3.2教学挂图：
可挂于实验室四周墙壁、图示设备相关结构解析。
3.3预装程序手册：
出厂设备预装的参考程序。
3.4机电一体化相关知识教学参考书：
设备所涉及的和机电类重要知识点总结。
3.5控制设备及元器件说明书：
系统核心元器件使用说明。
3.6设备运行所需的配套安装软件：
包含元器件驱动程序、编程软件、监控软件等配套使用软件。
3.7可编程控制器、组态等相关学习教材
4.系统主要元器件技术参数要求
序号
名称
参数
1
CPU300
电源电压:
24VDC；功耗:
2.5W
2
电源
输入电压120/230VAC50/60Hz；输出：
24VDC/2A
3
I/O数字模块（16）
DI16/DO16；24VDC/0.5A
4
CPU226AC/DC/继电器
电源电压范围:
85V~264VAC；功耗:
17W
5
CPU226DC/DC/DC
电源电压范围:
20.4V~28.8VDC；功耗:
11W
6
PROFIBUSDP模块
电源电压范围:
20.4V~28.8VDC；功耗:
2.5W
7
模拟量扩展模块（输入/输出）
L+电压范围：
20.4~28.8功耗：
2W
8
数字量扩展模块EM223
16点输入；24VDC；功耗：
6W
9
直流减速电机
DC24V；50rpm；2Nm
10
两相步进电机
2相；步进角0.9/1.8；2A；转矩5Nm
11
步进电机驱动器
DC24V；输出相电流最大6A
12
三相步进电机
3A/相；电机转矩0.08N.m~2.4N.m
13
步进电机驱动器
220V交流供电；最大输出驱动电流6A/相
14
伺服电机
小惯量型；0.2KW；额定转速：
3000r/min
15
伺服电机驱动器
AC220V；0.2KW
16
蜗轮蜗杆减速电机
减速比：
1：
10；24VDC
17
双作用气缸
100行程/200行程；0.4Mpa~0.6Mpa
18
摆动气缸
0~184度无极可调
19
气源安全启动阀
二位二通阀；常闭型
20
空气压缩机
220VAC；50Hz；185W
21
主站电源箱
220VAC
22
光电开关
PNP；1NO；DC24V；感应距离400mm（可调）
23
电感式接近开关
PNP型10~30VDC；200mA；sn：
10mm
24
电容式接近开关
PNP、1NO、DC24V、感应距离3-12mm（可调）
25
继电器
DC24V、2组NO+NC触点、带指示灯、触点电流10A
26
单电控电磁阀
DC24V；1.5W
27
直流电磁铁
DC24V；16.5Ω
28
二节信号塔
DC24V；1红1绿
29
气路板
阀气口数量：
2
30
风扇
DC12V；0.12A
31
方向电磁阀
DC24V
32
卸荷电磁阀
DC24V
33
变频器
工作电压单相交流200V-240V±10%、0.12KW-3KW、输入频率:
47Hz-63Hz、输出：
0Hz-650Hz
34
色标传感器
10~30VDC，空载电流小于80Ma，可见白光450~650nm，双极性NPN/PNP，模拟量0-10mA，检测距离为10±3mm（0.39"±0.12"）；矩形光斑，焦点处光斑尺寸为1.2mmx3.8mm（0.05"x0.15"）
35
激光发射器
10~30VDC，650nm红色可见光，脉冲宽度：
7μs，重复速率：
30μs，峰值功率：
小于1mw，光束直径：
0.25mm（0.10"）聚焦，椭圆
36
对射式接收器
10~30VDC，双极性NPN/PNP输出形式，检测距离：
3m（10'）透过型受光器
37
数字光纤传感器
电源电压：
12~24VDC±10%，PNP输出型，入光时ON，或遮光时ON，可通过突出开关转换
38
光栅尺
准确度：
±3/±5/±10µm（20°C），最大进给速度：
1m/s；输出信号：
TTL
39
数显表
电源电压：
AC220V，具有公制/英制转换；线性误差补偿功能，绝对零参考点等功能
40
电磁换向阀
4个工作油口、弹簧复位、DC24V工作电压、带工作指示灯
41
比例换向阀
通径6、10L/min、DC24V工作电压
42
耐震压力表
0-25MPa、M14外螺纹
43
高压软管
∮6、最大压力13MPa
44
放大器（溢流阀）
电源DC24V、控制电压9V、最大输出电流2.2A
45
放大器（换向阀）
电源DC24V、控制电压9V、最大输出电流2.2A
46
32/-200直动油缸
缸径∮32、行程200
47
32/-50直动油缸
缸径∮32、行程50
48
80摆动油缸
缸径∮80、摆动角度90度
5.实训内容要求
5.1机械原理及机零知识实训要求：
该设备能满足行星齿轮系、螺纹微调机构、齿轮齿条机构、间歇机构、同步齿型带传动机构、螺杆调节机构、同步机构、蜗轮蜗杆减速机构、拔轴式联轴器、轴向凸轮旋转机构、平面连杆平移机构、扇齿轮齿条传动机构、齿轮齿条差动升降机构、齿轮齿条传动机构、滚珠丝杠传动机构、链轮链条差动升降机构、链条长度补偿机构、平衡重块机构、丝杠丝母机构、锥齿轮传动机构、直线导轨、气动定位装置、扬臂同步齿形带机构、水平移动支架、轴承直线导轨、同步带张紧机构、直齿轮同步机构、螺杆锁紧结构、丝杠丝母机构、直齿轮组、四连杆翻转机构、偏心轮机构、链轮组、排辊组合等实训内容要求。
5.2各种电机控制实训要求：
通过两项混合式步进电机、三项混合式步进电机、交流伺服电机、蜗轮蜗杆减速电机、二级行星齿轮系减速直流电机、三相异步电机及普通直流电机在各站中的应用；体现各类电机功率、扭矩、定位精度、反馈等特点和区别。
学生还可以通过系统操作学习伺服和步进电机多种驱动器的使用及脉冲控制等多种电机控制方式。
5.3可编程控制器实训要求：
5.3.1PLC硬件，安装方法（包括各模块之间的连接要求，及整体部件的安装要求），供电的差异，I/O点的接线方法。
在装有S7-200系列PLC的各分站单元，及装有S7-300系列PLC的总站单元进行基本指令的编程练习。
5.3.2编程软件Step7microWin的编程环境，软件的使用方法。
5.3.3PROFIBUS总线原理，S7-200PLC的总线模块（EM277）,S7-300PLC的DP接口，及各个DP接头的设置。
5.3.4梯形图和助记符程序；软件监控、中间寄存器、定时器等各种元件；
5.3.5PLC的脉冲输出、串口通讯的设置、数据接收。
5.3.6模拟量输入、输出模块与外部元器件的连接方法；模拟量输入值、模拟量输出值应用；PID控制。
5.3.7堆栈指令。
5.3.8高速脉冲指令，串口通讯的设置方法，及数据传输（指与工业触摸屏的连接）。
5.4气动系统实训要求：
5.4.1压缩机组成、功能，压力调解。
5.4.2气动元件构造（如：
双作用直筒气缸、摆动气缸、导向驱动装置、真空发生器、截流阀等），部件名称、功能、使用环境及条件；安装方法及要求。
5.4.3磁性接近开关的原理与应用。
5.4.4截流阀、截止阀的原理与应用。
5.4.5PLC读取传感器的检测信号，及输出信号到电磁阀。
5.4.6气动元件与机械部分的连接、作用、及传动特点。
5.5液压系统实训要求：
5.5.1液压回路。
5.5.2油路的搭建。
5.5.3行程开关控制电磁换向阀的自动往复换向回路。
5.5.4电液比例控制器原理及应用。
5.5.5节流阀调速。
5.5.6比例调节阀的应用。
5.5.7人机界面调节流量和压力。
5.5.8液压油箱与泵站的组成与应用。
5.6传感器实训要求：
5.6.1电感式传感器。
5.6.2电容式传感器。
5.6.3对射式与反射式传感器的区别，及它们与PLC常开、常闭触点的配合使用方法。
5.6.4光纤传感器。
5.6.5色差传感器。
5.6.6可见光与非可见光传感器的区别及应用。
5.6.7NPN/PNP传感器区别与应用。
5.6.8两线、三线制传感器接线方法。
5.6.9压力、流量、温度变送器的模拟量信号采集。
5.7变频器实训要求：
5.7.1变频器的总线控制实验。
5.7.2变频器与PLC的USS通信实验。
5.7.3变频器的直接IO控制实验。
6.单元模块要求
模块一：
中央监控控制系统
1.系统控制要求：
采用SIEMENS公司的PROFIBUS-DP现场总线通讯系统，SIEMENS的S7-300做主站控制器，S7-200做从站控制器，须配备STEP7编程软件和WINCC监控软件等。
2.计算机配置一台（全国联保品牌机）；可完成系统的编成操作、组态实时监控、系统控制、数据库信息存储等。
3.总控制面板:
主站PLC、总电源开关，急停旋钮，漏电保护开关（30mA，0.1S），三相电源（220V,10A），24V直流电源。
复位按钮，启动按钮，停止按钮。
报警指示等（红灯停止、黄灯故障、绿灯运行）
4.总气源:
超静音气泵，0.8Mpa，220V，50Hz，185W，二位二通常闭形阀。
5.主控平台机身：
冷板静电喷涂；系统控制区、电脑操作区、抽屉、柜门、背面可打开。
6.安全保护措施：
具有接地保护、漏电保护功能、具有误操作保护功能、安全性符合相关的国标标准、所有材质均符合环保标准；
模块二：
上料单元
1.功能要求：
将料槽中的毛坯件抓取，经过扬臂、旋转、行走、降臂，再将其送至下料单元。
2.典型的机械结构须包括：
行星齿轮系，螺纹微调机构，齿轮齿条机构，扬臂同步齿形带机构，水平移动支架，轴承直线导轨，同步带张紧机构及O型带直线,料槽等相关的机械原理及机械零件知识。
3.控制元器件须包括：
警灯，反射式光电传感器，直流光凹槽型位置开关、直流电磁吸铁，直流减速电机，混合式步进电机，双作用气缸及相关元件，S7-200可编程控制器及相关模块。
4.训练项目要求：
以多种电机为动力源驱动多关节机械臂搬运货物（电机驱动行星齿轮系结构的水平360度旋转、电机驱动齿轮齿条的水平方向行走、步进电机驱动蜗轮蜗杆与同步带轮的垂直升降臂、气动电磁吸铁伸缩抓手）；
模块三：
下料单元
1.功能要求：
料仓入口接收上料单元送来的待装配主体，托盘抵达下料仓出口，料仓中的待装配主体沿料仓通道间歇性下降，直至落入托盘中。
2.典型的机械结构须包括：
间歇机构，同步齿型带机构，直齿轮同步机构，螺杆锁紧结构，同步带张紧机构，O型带直线，电磁铁挡件等相关的机械原理及机械零件知识。
3.控制元器件须包括：
指示灯，反射式光电传感器，电感传感器，电容传感器，直流电磁铁，蜗轮蜗杆减速电机，S7-200可编程控制器及模块。
4.训练项目要求：
电机驱动间歇机构配合同步带轮与直齿轮、螺杆调节结构、螺杆锁紧结构、张紧机构等实现物料间歇排序分配的机构设计及控制
模块四：
加盖单元
1.功能要求：
托盘带装配主体进入本站后，摆臂搬运料槽中的上盖至装配主体，完成上盖的装配过程。
2.典型的机械结构须包括：
蜗轮蜗杆减速机构，拔轴式联轴器，自动抓取放置控制装置，滚筒型直线，电磁铁挡件，料槽，复位弹簧等相关的机械原理及机械零件知识。
3.控制元器件须包括：
指示灯，电感传感器，电容传感器，直流电磁铁，蜗轮蜗杆减速电机，S7-200可编程控制器及相关模块。
4.训练项目要求：
实现物料往复连续加盖的机构设计及控制；充分展示翻转定位装置的工作原理；重点突出蜗轮蜗杆减速机的运动形式；体现连杆机构及连轴器的工作原理、练习用PLC控制该站并学习编程、熟悉电器接线。
模块五：
穿销单元
1.功能要求：
托盘带加盖主体进入本站后，直线推动机构将销钉准确装配到上盖与工作主体中，形成工件。
销钉分为金属和尼龙两种。
2.典型的机械结构须包括：
轴向凸轮旋转机构，旋转筒，往复推筒，扁平带直线，气动挡件，料槽，等相关的机械原理及机械零件知识。
3.控制元器件须包括：
指示灯，电感传感器，光纤式传感器，双作用气缸及气动阀门组附件，S7-200可编程控制器及相关模块。
4.训练项目要求：
直动气缸牵引轴向凸轮旋转机构配合蓄料槽实现连续将销钉穿销固定的机构设计及控制，光纤与光纤放大器的特性、原理及应用。
模块六：
模拟单元
1.功能要求：
工件进入本站后，进行喷漆、加热和烘干的模拟控制。
2.该单元的结构构成须包括：
加热装置，烘干装置，温度显示器，温度变送器，电热丝，风扇，摆门，O型带直线，气动挡件等。
3.控制电器件须包括：
指示灯，电感传感器，温度变送器、双作用气缸及气动阀门组附件，S7-200可编程控制器及模拟量模块等相关模块。
4.训练项目要求：
通过调压板调节电炉丝加热温度、通过PT100温度变送器采集加热温度的模拟量信号、并控制排风扇烘干时间。
模块七：
伸缩换向单元
1.功能要求：
工件成品经气动转角旋转90度进入货叉，伸缩臂将其提升，旋转180度，伸至下一单元放下，回至起点。
2.典型的机械结构须包括：
平面连杆机构，扇齿轮齿条机构，伸缩机构，丝杠丝母机构，转盘，直齿轮组等相关的机械原理及机械零件知识。
3.控制电器件须包括：
警灯，反射式光电传感器，电感传感器，直流减速电机，双作用气缸及相关元件，S7-200可编程控制器及相关模块。
4.训练项目要求：
采用机、电、气实现物料在生产线中的转角换向、物料的搬运、及通道的开启与关闭；体现换向气缸旋转、提升气缸升降及伸缩电机送件的工作原理；重点突出平面连杆平移机构、扇齿轮齿条传动机构等机械传动结构和运动过程；三角带传动的特点；电机正反转的使用等。
模块八：
检测单元
1.功能要求：
将工件成品进行整体检测，包括标签、上盖、销钉、销钉的材质。
该结果为废品线分拣与分类入库的信号源。
2.该单元的结构构成须包括：
O型带直线，检测器件安装平台等。
3.控制电器件须包括：
电容传感器，电感传感器，激光对射式光电传感器，色标式光电传感器，指示灯，直流电磁铁，S7-200可编程控制器及相关模块。
4.训练项目要求：
选用多种不同种类的传感器，对工件各项指标项目进行检测并输出；体现Profibus总线的功能；突出各种传感器的特性、功能、连接、调试等；突出PLC之间的通讯，及同级各站之间的数据交换控制过程。
模块九：
液压单元
1.功能要求：
通过液压换向回路实现对工件成品的盖章操作，对托盘进行进件和出件，并进行90°旋转送至下一单元。
2.该单元的结构构成须包括：
四连杆翻转机构，链条传送机构，直动缸，摆动缸等。
3.控制电器件须包括：
油泵，液路块、电液比例控制器，压力阀、流量阀及相关液压附件，流量传感器，压力变速器，工业触摸人机界面，S7-200可编程控制器及模拟量模块等相关模块。
4.训练项目要求：
液压泵站的结构组成与应用，流体仪表的安装与模拟量信号采集，直动与摆动液压缸的机械配合应用，电液比例控制器的应用，工业界面的连接与控制等，基于设备可进行液压系统控制回路的设计、调试、故障诊断及排除；
模块十：
分拣单元
1.功能要求：
根据前端检测结果，采用气动机械手对工件成品进行分拣，合格产品随托盘进入下一站入库；不合格产品进入废品线，空托盘送至下一单元。
2.该单元的结构构成须包括：
主体框架，O型带直线，气动挡件等。
3.控制电器件须包括：
指示灯，电感传感器，气动导向滑台、短行程气缸及相关元件，真空发生器，聚胺脂吸盘，S7-200可编程控制器及模拟量模块等相关模块。
4.训练项目要求：
三维气动机械手的典型应用（气动滑台的水平方向移动、短程气缸的垂直方向升降、摆动气缸的转向放置），真空吸盘的工作原理和功能，该站与废品单元、仓库单元的通讯和编程。
模块十一：
废料单元
1.功能要求：
接收分拣单元机械手投递的废品。
2.该单元的结构构成须包括：
O型带直线。
3.控制电器件须包括：
反射式光电传感器，变频器，三相异步电动机。
4.训练项目要求：
变频器对三相异步电机进行220V至380V的逆变，从而驱动废品传送带；三相异步电动机变频调速的原理；调速机与总线和电机之间的关系与控制；
模块十二：
码垛机立体仓库单元
1.功能要求：
四自由度码垛机器手（可完成前
升级会员 