一、 产品概述
YUY-GJD11模块式柔性自动环形生产线实验系统 （工程型）是将微电子学、计算机信息技术、控制技术、机械制造和系统工程有机地结合起来，是一种技术复杂、高度自动化系统，柔性制造技术更是当前机械制造业适应市场动态需求及产品不断迅速更新的主要手段，是先进制造技术的基础。
本实训系统是专门为职业院校、职业教育培训机构研制的自动生产线实训系统，根据机电类、自动化类、先进制造类行业、企业中工业自动化应用的特点，对各类自动生产线的工作过程和相关的技术进行研究，对工业现场设备进行提炼和浓缩，并针对实训教学活动进行专门设计，融机、光、电、气、液于一体，包含了PLC、机器人、传感器、气动、液压、工业控制网络、电机驱动与控制、计算机、机械传动等诸多技术领域，整个系统由MES生产管理系统、WINCC监控系统、MCGS监控系统、主控PLC和下位PLC通过网络通讯技术构成一个完整的多级计算机控制系统，通过训练，能强化了学生对复杂柔性自动生产线的设计、安装、接线、编程、调试、故障诊断与维修等综合职业能力，适合机电类、自动化类相关专业的教学和实训，同时也适合工程技术人员上岗培训。
本实训系统是一种典型的环形柔性自动生产线，它由供料检测单元、操作手单元、加工单元、图像检测单元、安装单元、搬运单元、提取单元、成品分装输送单元、三菱6自由度工业机器人单元、分类存储单元、成品检测单元、自动仓储单元、AGV小车单元、液压冲压单元、环形输送线和总控平台组成。通过输送链连成环形生产线。上述机构均安装在工业型材桌面上，系统中的机械结构、电气控制回路、执行机构完全独立，采用工业标准件设计，便于拆、装。
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。
该系统有单机、联机二种工作方式。在单机模式下，各从站独立运行，站间没有数据传送，学员可进行外部接线操作，使用S7-200专用PPI电缆或PROFIBUS总线将编写程序下载到PLC中，并监控程序运行，在联机模式下，系统各从站同时工作，工件依次进行上料、颜色检测、加工、视频检测、机器人装配、装配检测、仓储、物流输送、产品输出等操作，各站间通过PROFIBUS-DP现场总线进行通讯，在主站的控制下实现相关的互锁、数据传送操作，系统中的上位机使用WinCC组态监控软件，对现场设备生产状况进行动态实时监控。
系统工业现场总线和标准的电气接口，支持RS232、RS485、PPI、MPI、PROFIBUS-DP、TCP/IP多种通信方式。系统具备多种组态软件、编程软件、管理软件功能，如MGCS、WINCC、OPC、STEP7、人机交换和MES生产管理系统软件等，为方便教学还配有PLC仿真、气动仿真、多媒体教室电子管理等软件。
A/B/C/D型单元配置表
|
序号 |
名称 |
A型 |
B型 |
C型 |
D型 |
|
1 |
供料检测单元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
2 |
操作手单元 |
2 |
1 |
2 |
2 |
|
3 |
加工单元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
4 |
搬运单元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
5 |
安装单元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
6 |
图像检测单元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
7 |
提取单元 |
1 |
2 |
2 |
2 |
|
8 |
成品分装输送单元 |
|
1 |
1 |
1 |
|
9 |
6自由度工业机器人单元 |
|
1 |
1 |
1 |
|
10 |
分类存储单元 |
1 |
|
|
|
|
11 |
成品检测单元 |
|
|
1 |
1 |
|
12 |
自动仓储单元 |
|
1 |
1 |
1 |
|
13 |
AGV小车单元 |
|
|
1 |
1 |
|
14 |
液压冲压单元 |
|
|
|
1 |
|
15 |
环形输送单元 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
16 |
总控平台 |
1 |
1 |
1 |
1 |
二、产品特点
1.系统将机械、气动、电气控制、电机传动、传感检测、PLC以及工业网络控制技术有机地进行整合，结构模块化，便于组合，可以完成各类单项技能训练和综合性项目训练。可以进行机械部件安装与调试、气动系统的安装与调试、电气控制电路的安装和PLC编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试、工业网络控制系统安装与调试于一体，能较好地满足实训教学、工程训练的需要。
2.系统中元器件均采用实际工业元件，质量可靠、性能稳定，故障率低，从而保证学校实训教学的顺利进行。
3.系统无论机械结构还是控制，都采用统一标准接口，具有很高的兼容和扩展性，随工业现场技术的快速发展，本系统可以紧跟现场技术升级扩展，深入地满足实训教学的需要。
4.本系统可以锻炼学习者创新思维和动手能力，学习者可以利用本系统从机械组装、电气设计、接线、PLC编程与调试、现场总线组建与维修等方面进行工程训练。
三、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：＜3kVA
4.环形线尺寸：4500mm×2200mm×1000mm
5.设备外型尺寸：7200mm×4200mm×1600mm
6.安全保护：具有漏电保护，安全符合国家标准
四、实训内容
1.机械系统安装与调试
各工作单元可让学员了解机械传动的基本应用，并进行安装调试工作。这对提高在校学生技能有极大帮助。
2.电气控制电路设计及接线
环形生产线工作单元其电控部分全部按照工业标准和习惯进行设计，并且以附件方式提供全部设计图纸和说明书。学员在该设备上可学习电路原理图分析、PLC各I/O地址查对和设备电路连线方法。
3.传感器的应用
该系统使用的传感器数量达100多个，有电感式、电容式、光电式、光纤式、霍尔式、电磁式、红外、直线位移、图像处理以及色标传感器等，每一种传感都有着各自的特性。学员可了解工作中各类传感器的工作特性来加强对这些传感器的感性认识，再结合项目中传感器安装与调整、测试应用技能训练，可使学员快速掌握传感器在自动生产线中的使用。
4.气动应用技术
该系统上使用了大量的气动元件，包括多种电控气动阀、多种气动缸、气动夹爪、真空吸盘、真空发生器、过滤减速阀等。不但可以单独学习每一种分离元件，而且还可以在学习时了解各种气动元件之间以及气动元件与其它元件之间是如何配合起来进行协调工作的。
5.液压应用技术
该系统上使用了液压元件，包括液压阀、液压缸、液压泵等。不但可以单独学习每一种分离元件，而且还可以在学习时了解各种液压元件之间与其它元件之间是如何配合起来进行协调工作的。
6.PLC程序编制和程序调试
环形生产线教学系统可以分成若干完全独立的工作单元，使十几个学生可以同时进行技能训练。在该设备上学员不但可以学习PLC的各种技术，而且可以学习综合科技环境下PLC的多种应用。
7.机器人应用技术
该系统上使用了三自由度、四自由度及六轴工业机器人，学员可学习机器人的各种控制技术，同时学习机械手的设计。
8.工业网络通信
任务1：组态监控软件的运行使用及与PLC的通信
任务2：MES生产管理系统软件的使用
任务3：触摸屏工程的编写
任务4：STEP7编程软件使用
任务5：PROFIBUS-DP模块的学习与使用
任务6：PROFIBUS通讯协议的学习与使用
任务7：PROFIBUS主站与从站之间的通讯
9.系统维护和故障检测
设备日常维护的内容和方法，以及系统常见故障分析、排除的方法。
五、系统组成、功能及技术参数
(一)供料检测单元
由料斗、回转台、货台、螺旋导料机构、平面推力轴承、直流减速电机、工件滑道、提升装置、计数开关、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，提升装置将工件提升并检测工件颜色。
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 |
德国西门子 |
|
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 |
德国西门子 |
|
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（3种刀具）、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 |
德国西门子 |
|
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 |
日本欧姆龙 |
（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 |
德国西门子 |
|
薄型气缸 |
行程：50、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 |
德国西门子 |
|
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）图像检测单元
由光源，镜头，CCD照相机，图像处理控制器，操作键盘，显示器、移动工作台、导杆气缸、检测传感器、可编程控制器等组成，通过视觉传感器完成对工件的检测。
（七）提取单元
由机械手、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 |
德国西门子 |
|
无杆气缸 |
行程：600mm |
1 |
|
|
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 |
|
（八）成品分装输送单元
由输送带、检测机构、推料气缸、旋转缸、工业皮带轮等组成，主要完成对工件的输送及分拣。
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 |
德国西门子 |
|
变频器 |
MM420 |
1 |
|
|
旋转气缸 |
0～180° |
1 |
|
|
单杆气缸 |
行程：60mm |
2 |
|
|
检测传感器 |
光电、光纤、磁感式 |
5 |
|
（九）三菱6自由度工业机器人单元
由铝合金型材基座、6轴工业机器人装配手（采用三菱RV-3SD）、示教单元所组成。主要完成对物料的搬运、组装等。
主要技术指标：
|
名称 |
单位 |
规格 |
|
型号 |
|
三菱RV系列 |
|
自由度 |
轴 |
6 |
|
安装位置 |
台面 |
安装基座：860mm×470mm |
|
驱动系统 |
|
交流伺服电机 |
|
位置检测方法 |
|
绝对编码器 |
|
最大合成速度 |
毫米／秒 |
5500 |
|
负荷 |
最大值 |
千克 |
3kg |
|
精度 |
毫米 |
±0.02 |
|
周围环境温度 |
度 |
0到40 |
|
臂可达到范围半径 |
毫米 |
≥640 |
|
|
|
|
|
（十）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 |
|
（十一）成品检测单元
由检测机构、直线位移传感器、光纤传感器、滚珠丝杆、步进电机及驱动器、工业触摸屏、物料台等组成，主要完成对装配后的成品进行检验。
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(DC/DC/DC) +EM235模拟量模块+EM277 DP通信模块 |
1 |
德国西门子 |
|
工业触摸屏 |
5.7英寸 64K色 |
1 |
|
|
薄型气缸 |
行程：75mm |
1 |
|
|
旋转缸 |
0～180° |
1 |
|
|
单杆气缸 |
行程：45mm |
1 |
|
|
步进电机驱动器 |
64细分 |
1 |
|
|
步进电机 |
1.5A 角距：1.8度 |
1 |
|
|
滚珠丝杆 |
行程≥320mm |
1 |
|
|
检测传感器 |
光电、光纤、直线位移、磁感式 |
6 |
|
（十二）自动仓储单元
由YAMAHA两轴机器人、导杆气缸、气夹组成。主要完成生产线成品存储、物料搬运等功能。
主要技术指标：
|
名称 |
型号规格 |
数量 |
备注 |
|
工作台 |
860mm×600mm |
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 |
德国西门子 |
|
两轴机器人 |
2轴（X轴行程800mm、Z轴行程300mm） |
1 |
日本YAMAHA |
|
旋转缸 |
0～180° |
1 |
|
|
导杆气缸 |
行程：75mm |
1 |
|
|
Y型气夹 |
缸径:16mm |
1 |
|
|
检测传感器 |
磁感式 |
5 |
|
（十三）AGV小车单元
由AGV无线自动导引小车（尺寸：220mm×180mm)、AGV运行平台（尺寸≥1600mm×1000mm）及中央调度系统组成。主要完成物流输送。
（十四）液压冲压单元
由液压直动缸、液压阀、液压泵、定位机构、安全传感保护、料筒、推料机构、工业导轨、导杆气缸等组成。主要完成对工件的模拟冲压加工。
主要技术指标：
|
名称 |
型号规格 |
数量 |
备注 |
|
工作台 |
860mm×940mm |
1 |
工业型材 |
|
供电电源/工作电压 |
AC220V 50Hz/DC24V 4.5A |
1 |
|
|
工作液压 |
≥0.5MPa |
|
|
|
PLC模块 |
CPU224CN(AC/DC/RLY)+EM277 DP通信模块 |
1 |
德国西门子 |
|
液压泵 |
微型液压动力源：额定功率 735W；额定排量 1.6mL/r；额定压力 6MPa |
1 |
|
|
液压直动缸 |
行程：100mm |
1 |
|
|
气缸 |
缸径:16mm |
2 |
|
|
检测传感器 |
光电、电感、磁感式 |
7 |
|
（十五）环形输送线
由拖链、传动轮、辊轮、交流电机、齿轮换向机构、变频器、检测、导料机构及截料机构等组成，主要完成物料的输送任务。
（十六）总控平台
控制台主要由S7-300西门子CPU315-2DP、CP343-1以太网模块、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。
工业网络通讯
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。
系统软件
系统具备多种组态软件、编程软件、管理软件功能，如WINCC、OPC、STEP7、人机交换和MES生产管理系统软件等，为方便教学还配有PLC仿真、气动仿真、多媒体教室电子管理等软件。
PLC模块及变频器选配表（用户可根据需要进行选配）
表一：德国西门子
|
序号 |
名称 |
规格 |
数量 |
单位 |
备注 |
|
1. |
S7-300 PLC |
PS307电源 |
1 |
台 |
|
|
2. |
CPU315-2DP CPU |
1 |
台 |
|
3. |
SM323 16DI/16DO |
1 |
台 |
|
4. |
CP343-1 工业以太网模块 |
1 |
台 |
|
5. |
S7-200 PLC |
CPU224CN(DC/DC/DC) |
3 |
台 |
|
6. |
CPU224CN(AC/DC/RLY) |
11 |
台 |
|
7. |
EM277 DP通信模块 |
14 |
台 |
|
8. |
EM223数字量扩展模块 |
1 |
台 |
|
9. |
EM225模拟量扩展模块 |
1 |
台 |
|
10. |
DP接头 |
16 |
个 |
|
11. |
变频器 |
MM420,AC220V供电，功率≥0.37kW |
1 |
台 |
|
12. |
MM420,AC380V供电，功率≥0.75kW |
1 |
台 |
|
13. |
软件 |
STEP7 Micro WIN SP4 V4.0 |
1 |
套 |
|
14. |
STEP7 |
1 |
套 |
|
15. |
Win CC |
1 |
套 |
表二：日本三菱
|
序号 |
名称 |
规格 |
数量 |
单位 |
备注 |
|
1. |
Q PLC |
Q61P电源 |
1 |
台 |
|
|
2. |
Q35B基板 |
1 |
台 |
|
3. |
Q02CPU |
1 |
台 |
|
4. |
QX40 16DI |
1 |
台 |
|
5. |
QY10 16DO |
1 |
台 |
|
6. |
QJ71E71-100 工业以太网模块 |
1 |
台 |
|
7. |
QJ61BT11N CC-Link模块 |
1 |
台 |
|
8. |
FX PLC |
FX2N-48MT-001 24DI/24DO |
3 |
台 |
|
9. |
FX2N-48MR-001 24DI/24DO |
11 |
台 |
|
10. |
FX2N-32CCL 通信模块 |
14 |
台 |
|
11. |
FX0N-3A模拟量扩展模块 |
1 |
台 |
|
12. |
变频器 |
FR-D720，AC220V供电，功率≥0.4KW |
1 |
台 |
|
13. |
FR-E740, AC380V供电，功率≥0.75KW |
1 |
台 |
|
14. |
软件 |
GX Developer |
1 |
套 |
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