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ZN-RX3型 FMS柔性生产制造实验系统

一、产品概述

    ZN-RX3型 FMS柔性生产系统是使用柔性制造技术中*具代表性的制造自动化系统，可实现多品种、中小批量的加工管理。柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态*优化,总体效益高、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。ZN-RX3型 FMS柔性生产系统是当今世界制造自动化技术发展的前沿科技。

    

    本实训系统是专门为职业院校、职业教育培训机构研制的FMS柔性生产实训系统，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，对柔性制造技术的工作过程进行研究，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，包含了PLC、机器人、传感器、气动、工业控制网络、电机驱动与控制、计算机等诸多技术领域，整个系统由MES生产管理系统、WINCC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，使学生了解FMS的基本组成和基本原理，让学生全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成技术，帮助学生从系统整体角度去认识系统各组成部分，从而掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理。可以促进学生在机械设计、电气自动化、自动控制、机器人技术、计算机技术、传感器技术、数控技术等方面的学习,并对电机驱动及控制技术、PLC 控制系统的设计与应用、计算机网络通信技术和现场总线技术、高级语言编程等运用技能得到实际的训练，激发学生的学习兴趣，使学生的机电系统的设计、装配、调试能力均能得到综合提高。

    本实训系统是一种典型的FMS柔性生产实训系统，它由上料单元、检测分拣单元、搬运单元、数控加工单元、图像处理单元、机器人装配单元、条形码识别单元、物流仓储单元组成，配有变频调速板链式传输线构成环形生产线。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。

    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、检测分拣、加工、图像检测、机器人自动装配、贴标、条形码识别、入库及搬运等操作，各站间通过ProfiBus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，系统中的上位工控机使用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STEP7、OPC、WINCC算法组态、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。

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、工业机器人、数控系统、PLC以及工业网络控制技术有机地进行整合，按照结构模块化，便于组合，可以完成各类单线技能训练和综合性项目训练。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，国际知名公司西门子工业元件，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造性的思维和动手能力，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

6.输入电源：三相四线～380V±10% 50Hz

7.工作环境：温度-10℃～+40℃  相对湿度≤85%（25℃） 海拔＜4000m

8.装置容量：＜4.5kVA

9.外形尺寸：7000mm×4500mm×2400mm

10.安全保护：具有漏电保护，安全符合国家标准

四、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

(5)条码识别系统特性研究及应用

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

9.机械手搬运系统控制

(1)单轴手臂往返运动控制训练

(2)双轴手臂直线运动控制训练

(3)双轴手臂曲线运动控制训练

(4)三轴机械手空间直线控制训练

(5)三轴机械手空间曲线控制训练

(6)三轴机械手空间示教控制训练

(7)机械手移货控制技术训练

(8)机械手码垛控制训练

10.数控系统

(1)数控系统的参数设置与调整

(2)输入输出接口实训

(3)铣床参考点的调试

(4)进给驱动单元的调试与应用

(5)数控系统的通讯

(6)数控系统的操作与编程

(7)数控铣床加工实训

五、系统组成

（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、平面推力轴承、直流减速电机、工件滑道、提升装置、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，提升装置将工件提升至指定位置。

（三）检测分拣单元

    检测分拣单元主要由铝合金型材基体、检测缸、升降缸、推料缸、直线位移传感器、光电传感器、磁性传感器等组成。主要完成对毛坯件材质、颜色、高度的检测并将不合格工件检出。

（四）数控加工单元

数控单元主要由数控铣床实物、自动门装置、气动定位夹具、数控加工控制系统组成。主要完成将毛坯件加工成指定形状的工件。

（五）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。

（六）加工图像尺寸检测单元

    加工图像尺寸检测单元主要由光源、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尺寸是否合格，通过摄像头获取工件的图像，由图像处理器完成工件尺寸合格与否的判断并检测加工孔深，将不合格工件剔除。

（七）STEP SD500型工业机器人搬运单元

    机器人搬运单元主要由STEP SD500工业用机器人、气爪等组成。主要完成将毛坯件从环形传输线上抓起，送入加工单元工件台，待加工完毕后，将工件取出，重新放入传输线上。

（八）6自由度工业机器人装配单元

机器人装配单元主要由STEP SD500工业用机器人、气爪等组成。主要完成将工件装配任务并将工件放入包装盒。

（九）条形码识别单元

    条形码识别单元主要由升降气缸、贴标装置、条形码识别系统等组成。主要将条形码贴到包装盒上并将相关信息通过条形码扫描系统读入上位机，通过上位机进行仓储管理。

（十）物流仓储单元

物流仓储单元主要由高架仓库及堆垛机组成。主要完成物料进出库的自动化管理。

（十一）机械手单元

机械手单元主要由机械手、移动滑台、齿轮齿条运动机构等组成，主要完成对工件在传输线和工作单元间的搬运工作。

（十二）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。

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。

PLC模块及变频器

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)	7	台
		EM277   DP通信模块	9	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   V5.4	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
	STEP	SD500	2	套	含示教单元
	视觉传感器	ZFX-C10	2	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   V5.4 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		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	12	只

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