機電一體化柔性生產線實訓系統

產品名稱：jG-RX05 型 機電一體化柔性生產線實訓系統
一、產品描述

JG-RX05 型 機電一體化柔性生產線實訓系統是為提高學生動手能力和實踐能力而設計生產的一套實用性實驗設備。給學生提供了既能滿足專業需要又符合實際工業情況的教學環境，使學生將所學的諸多單科專業知識得到全面認識、綜合訓練和相互提升。每個單元具有一套 PLC 控制，可“單機 / 聯機”運行，具有較好的柔性。將幾個單元模塊分開培訓可以容納較多的學員同時學習，在基本單元模塊培訓完成以后，又可以將相鄰的兩站、三站 ? 直至多站連接在一起，學習復雜系統的控制、編程、裝配和調試技術。

二、功能要求

系統包含了新世達機器人、機電一體化專業中的氣動、電機驅動與控制、 PLC 、變頻器、觸摸屏、傳感器等多種控制功能。

三、性能參數

•  輸入電源： AC220V ± 10 ％ ( 單相三線 )

•  整機功率：＜ 1.5kVA

•  外形尺寸： 3750 × 750 × 1380mm

•  氣源壓力： 0.4MPa

四、系統構成

系統分成 5 個獨立模塊，分別是：

第一站 : 上料檢測單元；

職能：完成將工件從上料臺依次送到檢測工位。

第二站：新時達機械手搬運站；

職能：完成對工件的搬運。

第三站：分揀單元（氣動元件、檢測元件、 PLC 初級綜合運用 )

職能：完成物料加工屬性的檢測，例如深度、高度、孔徑等屬性。

第四站：機械手搬運轉移站；

職能：根據上一單元的屬性檢測，工件可以被直接傳輸到下一個工作單元。

第五站：傳送帶站；

職能：完成對工件的輸送及分揀。

五、各單元技術參數

（一）上料檢測單元

上料檢測單元的主要功能是為系統提供加工工件。在管狀料倉中最多可存放 8 個工件。供料過程中，推料氣缸從料倉中逐一推出工件，真空吸盤將工件吸起，在擺臂氣缸的驅動 完成將工件從上料臺依次送到檢測工位 。

配置

序號	名稱	規格	備注
•	實訓桌
•	上料機構	上料基座，料筒
•	氣缸	擺動氣缸，筆形氣缸，真空吸盤	SMC 或亞德客
•	電磁閥	4V110-06-DC24V	SMC 或亞德客
•	調速閥		SMC 或亞德客
•	氣源過濾器
•	光電傳感器	多種規格
•	磁傳感器	CS1-M-S10 CS1-G
•	PLC 主機	FX3U-48MR
•	通訊模塊	FX3U-485-BD

（二） FANUC 機械手搬運站

由發那科 Mate 200iD 4S 、柔性流水線模塊、 PLC 控制器、觸摸屏、氣爪等組成，主要完成對工件的搬運。

1 、主要技術指標：

名稱	型號規格	數量
工作臺	860mm × 470mm	1
供電電源 / 工作電壓	AC220V 50Hz/DC24V 2A	1
工作氣壓	0.5MPa	共用
PLC 模塊	PLC 選用 FX3U-48MR	1
6 自由度工業機器人	發那科 Mate 200iD 4S	1
柔性流水線模塊	①包含三菱 FR-D720S-0.4KW 變頻器 1 臺、三相減速電機 1 臺、到位傳感器、傳送帶 1 套，實現物料傳送類等功能； ②每一站都有獨立的控制系統。	1
氣夾	缸徑： 16mm	2
檢測傳感器	磁感式	4

2 、工業機器人技術參數 （發那科 Mate 200iD 4S ）

軸數量： 6 軸

功能：搬運

安裝類型：桌面式

其他特性：緊湊型

最大載荷： 4 kg (8.818 lb)

作用范圍： 550 mm (21.65 in)

重復精度： 0.02 mm (0.0008 in)

（三）分揀單元

分揀單元的 完成物料加工屬性的檢測，例如深度、高度、孔徑等屬性。 將上單元記錄的工件屬性及加工檢測結果分別傳送給分揀單元及機械手單元。

配置：

序號	名稱	規格	備注
•	實訓桌
•	直流減速電機
•	4 工位料盤
•	氣缸	單桿氣缸，雙桿氣缸	SMC 或亞德客
•	電磁閥	4V110-06-DC24V	SMC 或亞德客
•	調速閥		SMC 或亞德客
•	氣源過濾器
•	光電傳感器	多種規格
•	磁傳感器	CS1-M-S10 CS1-G
•	PLC 主機	FX3U-48MR
•	通訊模塊	FX3U-485-BD

（四）機械手搬運轉移站

機械手搬運轉移站的主要功能是將加工合格的工件傳送到分揀單元，而將加工不合格的工件放置到本單元的廢料槽中。整個搬運裝置由旋轉氣缸、標準氣缸、伸縮氣缸及氣爪等多種氣動執行元件組成。

配置：

序號	名稱	規格	備注
•	實訓桌
•	旋轉氣缸		SMC 或亞德客
•	氣缸	單桿氣缸，雙桿氣缸，	SMC 或亞德客
•	氣動手指
•	電磁閥	4V110-06-DC24V	SMC 或亞德客
•	調速閥		SMC 或亞德客
•	氣源過濾器
•	光電傳感器	多種規格
•	磁傳感器	CS1-M-S10 CS1-G
•	PLC 主機	FX3U-48MR
•	通訊模塊	FX3U-485-BD

（五）傳送帶站

分揀單元的主要功能是根據加工單元傳送的加工合格的成品屬性通過導向機構，將它們分別輸送至對應的滑道中。

配置：

序號	名稱	規格	備注
•	實訓桌
•	三相異步電機
•	皮帶傳送機構
•	變頻器	D720 0.4KW
•	觸摸屏	7 寸 MCGS
•	氣缸	單桿氣缸	SMC 或亞德客
•	電磁閥	4V110-06-DC24V	SMC 或亞德客
•	調速閥		SMC 或亞德客
•	氣源過濾器
•	光電傳感器	多種規格
•	磁傳感器	CS1-M-S10 CS1-G
•	PLC 主機	FX3U-48MR
•	通訊模塊	FX3U-485-BD

•  配套系統

•  軟件及教學課件

1 、工業機器人課程資源

•  工業機器人的概述：工業機器人的定義、發展與應用、基本組成及技術參數、工業機器人的分類；

•  工業機器人的機械系統：工業機器人的 1 軸結構、工業機器人的 2 軸結構、工業機器人的 3 軸結構、工業機器人的 4 軸結構、工業機器人的 5 軸結構、工業機器人的 6 軸結構、工業機器人的機身結構、工業機器人的行走結構、工業機器人的驅動裝置和傳動單元；

•  工業機器人的運動學與動力學：工業機器人的連桿參數和齊次坐標變換矩陣。

•  工業機器人的控制系統：工業機器人控制裝置、工業機器人驅動裝置、工業機器人檢測裝置；

•  工業機器人的編程：工業機器人的編程方式、工業機器人的示教編程、工業機器人的編程語言、工業機器人的語言系統結構和基本功能、常用工業機器人編程語言、工業機器人的離線編程、工業機器人的離線編程仿真軟件及編程示例；

•  工業機器人的典型應用：焊接機器人的應用、搬運機器人的應用、碼垛機器人的應用、涂裝機器人的應用、裝配機器人的應用；

•  提供汽車生產線工業機器人應用的高清視頻。

★提供（ 1 ） - （ 7 ）項內容里不少于十張的課件知識點截圖。

★ 2 、 PLC 編程教學課件資源

（ 1 ） S7-1200PLC 的認知： S7-1200PLC 簡介、 S7-1200PLC 工作原理及運行模式、 S7-1200PLC 特點、 S7-1200PLC 擴展功能、 PLC 應用技術人才培養；

（ 2 ） TIA 博圖軟件的使用： TIA 博圖集成軟件開發平臺、 TIA 博圖集成軟件簡介、入門實例；

（ 3 ）控制單元的程序設計、指令編寫、硬件選型和設計、課后思考與練習等內容。模塊至少包括：八路搶答器、三相異步電機的星三角降壓啟動、運料小車往返控制、十字路口交通燈的控制、電動機組的啟停控制、 HMI 控制液體混合、 G120 變頻器的電機控制。

（ 4 ）小型自動化生產線的設計

課件資源具有產品的搬運、檢測和傳輸分揀功能，整個系統由送料單元、機械手搬運單元、步進電機多點定位輸送單元和傳送帶輸送分揀單元等組成。具體的項目設計要求如下：

1 ）本設計的要求使用通過觸摸屏與控制臺按鈕操作，控制生產線的自動運行。生產線通電以后，系統自行檢測初始狀態是否滿足運行條件，如不滿足則自行復位或手動調整，若滿足則觸摸屏顯示準備就緒；

2 ）在準備就緒的情況下，按下啟動按鈕，生產線開始按順序運行，供料單元開始工作，電機驅動轉盤將工件送到物料臺上；電機運行 10 秒后，若物料臺光電開關沒有檢測到物料，說明已沒有物料，開始報警；若檢測到物料，則一號搬運機械手開始動作；

3 ）物料臺有料，一號機械手臂伸出并下降夾取工件，夾取到工件后機械手上升縮回并旋轉到右側限位；然后機械手伸出下降將工件放到步進電機輸送單元的供料臺上，一號搬運機械手恢復到初始狀態，等待下一次運行；

4 ）當步進電機輸送單元傳感器檢測到供料臺工件后，步進電機前往高度檢測單元進行檢測；到達后通過超聲波傳感器進行高度檢測，檢測完畢后；步進電機運行到二號搬運機械手位置；

5 ）到達二號搬運機械手位置后；二號搬運機械手伸出、爪夾取工件，機架臺上升，旋轉到右限位，伸出手臂，機架臺下降，手爪放松，將工件放到傳送帶上，同時二號搬運機械手復位；

6 ）當傳送帶單元傳感器檢測到工件時，傳送帶開始工作，根據工件的顏色、材料進行分揀；分揀結束后，供料臺回到供料位置，等待下一次運行。

（ 5 ）用戶手冊：包括與 S7-1200 、有關硬件、軟件和通信的手冊，數量不少于二十多種。

★投標時提供（ 1 ） - （ 4 ）項內容里不少于十張的課件知識點截圖。

（二）智能制造生產線虛擬仿真系統軟件

軟件可以使用所有功能模塊；

1 、支持超大場景帶貼近真實渲染效果的生產線仿真，多任務場景管理、多視圖顯示切換，方便使用者觀察和編輯。

2 、軟件特有的組件模型庫，包括各品牌機器人（參考品牌： ABB 、 KUKA 、 Fanuc 、 YASKAWA 、 Staubi 、埃夫特、埃斯頓、歡顏、傲博、珞石、李群、新時達等國內外眾多品牌的機器人）、機床、傳送帶導軌、 AGV 小車及其他外圍設備的模型組件；模型庫支持機器人和組件的查找，組件庫持續更新；

3 、支持用戶自定創建并保存模型，支持包含： stp 、 step 、 igs 、 obj 、 stl 、 dxf 等標準 CAD 文件格式的文件輸入和輸出，并可根據機器人 DH 參數自定義創建串聯機器人模型；

4 、支持串聯、并聯 Delta 及直角坐標系 SCARA 等不同結構類型的機器人及運動機構的建模及運動仿真和后置輸出；

5 、具備完整的運動學逆解算法、運動組件碰撞檢測、運動組件距離檢測和運動路徑規劃的功能；

•  具備創建標準幾何體的 CAD 編輯功能，可對導入的模型進行拆分、合并、編組、原始坐標系的重新定義，并可對已有的幾何體進行精簡和優化；支持幾何體模型材質貼圖，使模型外形更加真實；可對三維模型進行平移、旋轉、自由縮放及自定義參數設置；

7 、支持工業機器人多種編程模式選擇：如手持工具、手持工件（常規 TCP 、固定 TCP 、動態 TCP ）；

8 、具備離線編程功能：可根據 CAD 模型輪廓獲取軌跡或點位，實現直線、圓弧、關節等插值功能；支持在編程時加入信號功能，并可輸出產生后置程序代碼文件（ ABB ， EFFORT ， Mitsubishi ， KUKA ， AUBO ， Fanuc ， Kawasaki ， Motoman ， Yaskawa ， Rokae 等品牌機器人的后置代碼）；

9 、具備通用虛擬機器人示教面板，可對機器人各關節軸、工具坐標系、基座坐標的設置和修改；

10 、支持工件校準功能（三點定位法），可根據真實現場加工件數據與理論模型的參數做對比自動調整工件的位置和軌跡；

11 、支持多軸機器人的運動、仿真和輸出，如 4 軸、 5 軸、 6 軸、 7 軸、 8 軸、 9 軸、 11 軸等更多軸的變體運動機構的仿真模擬輸出；

12 、支持機器人外部軸運動：如變位機、地軌等外圍設備的運動仿真；

13 、支持多機器人協同工作，多機器人與機床及其他設備仿真運動；

14 、支持工裝夾具、氣動夾爪多種姿態的設定，如可將一個機器人夾爪定義成開或合的兩種狀態；

15 、具備快速拼裝組件和搭建場景的功能，并可通過信號交互使各虛擬組件設備之間進行交互仿真；

16 、支持功能傳感器仿真：如距離傳感器、視覺傳感器和力傳感器；

17 、支持運動仿真中對工業機器人、機床的可達性、軸超限等進行檢查；

18 、具備以時間軸為展示方式之一的仿真管理面板，以時間軸的方式同時展示仿真場景中一個或多個機器人及運動組件的順序或倒序的仿真運行，體現相互等待關系和運行的起止時間、運行進度；

19 、支持視頻錄制功能，可實時對整個仿真過程進行錄制并可輸出保存到指定位置；

20 、生成的軌跡可進行分組管理，分組后，可對軌跡進行編輯的同一操作，

21 、提供物理引擎選擇并支持動力學仿真；通過設置各對象的質量、質心位置等參數進行動力學計算；

22 、各種工業機器人應用仿真案例庫：包括機器人分揀、碼垛搬運、機器人焊接、機器人噴涂、機器人拋光打磨、機器人去毛刺、機器人激光融覆等實際應用等案例；

23 、支持與真實示教器的硬件直接連接，可與具備開發接口的機器人控制器直連（ ABB 、 KUKA 、納博特、固高、傲博等國內外品牌的控制器連接），可提供定制開發；

24 、提供開放機器人運動學接口，各種機器人與運動組件的運動學和行為邏輯可以通過系統內置模板或者 lua 語言撰寫的腳本進行控制，支持包括數控機床、多個旋轉軸的串聯機器人、并聯機器人、雙臂機器人、直角坐標機器人、 AGV 小車、以及生產線上對應的工裝夾具、傳送帶等輔助設施；

25 、支持遠程客戶端應用編程接口控制，提供 SDK 開發包；可通過 C/C++ 、 Python 、等語言進行遠程控制，提供超過 300 種不同的應用編程接口函數。

26 、軟件可以直接導入學校原有的工業機器人制作的三維格式文件，可利用三維展示學校原有的工業機器人教學實訓設備，并實現教學實訓任務的三維運動仿真。

27 、該系統須與校方提供的智能制造硬件系統建立一對一映射關系，實現數字孿生。

28 、多視角：提供多個視角查看自動化生產線單元狀態，包含自動化生產線單元的三視圖，環繞式視角，自由行走視角。

29 、節點圖：提供運動機構節點圖單獨視角窗口，節點圖窗口可拖曳，更便利的查看自動化生產線單元運行。

30 、運動模式：只顯示當前位置與目標位置、以及機器人行走軸等運動機構。更清晰的查看自動化生產線單元的運行狀態與動作。

31 、運動軌跡：提供上下料機器人的運動路徑顯示，一目了然的查看機器人的運動軌跡。

32 、單機操作：單機模式下，選擇目標位置進行單機操作，單機操作包含上料 / 下料、取料 / 放料等 .

（三）實驗室管理系統

1 、云智能實驗室安全管理系統

本平臺將無線傳輸、信息處理等物聯網技術應用用于自動化遠程控制。設備端運行狀態、數據參數等上傳至云平臺。物聯網系統的傳感層、傳輸層和應用層關聯掌握數據與分析數據。

(1) 電壓、電流等模擬量數據顯示。

(2) 輸入開關監控，輸出開關等數字量控制。

(3) 遠程控制啟停狀態，給定輸出電壓值的。

(4) 顯示輸入輸出電壓值的歷史數據

(5) 可按照日期、日間進行查詢歷史數進行查詢。

(6) 報警信號為 PLC 主機模擬量采集數值或者開關量可以自由設定，如當模擬量輸入超過設定電壓時產生報警，通過物聯網自動化應用軟件將報警信號上傳到云平臺，通過云平臺向設置的終端推送報警信號，每臺設備可對應多個終端設備。

(7) 通過手機端可以實現遠程控制 PLC 的輸出及監視 PLC 的輸入狀態變化。

(8) 數據顯示畫面：畫面顯示輸入電壓數值，輸出電壓監控，開關狀態輸入，開關控制輸出，以及云端連接二維碼。

(9) 聯網設置界面：設置現場數據連接云平臺后臺數據庫管理。

★需提供云智能實驗室安全管理系統軟件著作權證書原件備查，并現場演示（ 1 ） - （ 6 ）項的功能。

2 、實驗室智能電源管理系統

實訓室總體智能電源管理系統由主電路、控制電路、檢測保護電路、顯示電路、語音報警電路等組成，整個實驗室配置一套管理系統。

主要功能：

2.1 上電系統自測

（ 1 ）主電路及控制電路上電后對線路系統進行輸入電壓的過壓、欠壓；線路對地漏電；輸出負載過流的檢測，任一故障存在電源輸出斷開。

（ 2 ）故障內容有相應文字顯示。

（ 3 ）對故障進行語音報警。

2.2 運行檢測保護

（ 1 ）輸入過壓、欠壓、輸出過流、漏電，任一故障出現將自動跳閘，實施保護。

（ 2 ）對故障進行語音報警。

（ 3 ）保護閥值可進行現場設置。

2.3 漏電功能測試

（ 1 ）按下漏電測試按鈕，裝置會自動提供一個漏電測試信號，使保護器跳閘。

（ 2 ）重新進行上電進入自己檢測狀態，文字顯示“開機檢測中 .... ”，無故障情況下，實訓室智能電源管理系統恢復供電。

2.4 過壓保護

（ 1 ）運行中，出現輸入過壓，實訓室智能電源管理系統將跳閘。

（ 2 ）對應的“過壓相”進行文字顯示。

（ 3 ）語音播報“線路過壓，請注意”。

2.5 過流保護

（ 1 ）運行中，三相電源中任一相出現過流，實訓室智能電源管理系統將跳閘。

（ 2 ）對應的“過流相”進行文字提示。

（ 3 ）語音播報“線路過流，請注意”

2.6 漏電保護

（ 1 ）運行中，三相中任一相出現漏電，實訓室智能電源管理系統將跳閘。

（ 2 ）對“漏電”進行文字顯示。

（ 3 ）語音播報“線路漏電，請注意”。

2.7 電源監控

（ 1 ）可對各相電壓進行數值顯示及曲線顯示，顯示精度± 5V

（ 2 ）可對各相電流進行數值顯示及曲線顯示，顯示精度± 0.1A

（ 3 ）高壓保護電壓設置：

①設置范圍 <300V ，輸入 1A;

②動作時間： 2-5S ，輸入單位 0.1S

（ 4 ）欠壓保護電壓設置：

①設置范圍： >154V ，輸入單位 1V

②動作時間： 2-5S ，輸入單位 0.1S

(5) 過流保護電流設置：

①設置范圍： <20A, 輸入單位 0.01A;

②動作時間： 0.5-2S ，輸入單位 0.1S

★投標時提供實驗室管理系統軟件著作權證書原件備查并現場提供 2.1-2.5 項功能的視頻演示。

七、實訓內容： （必達項須配備實訓項目圖紙）

（一）氣動系統的安裝與調試項目 ：

選用該裝置配置的單出桿氣缸、單出雙桿氣缸、旋轉氣缸等氣動執行元件和單控電磁換向閥、雙控電磁換向閥和磁性開關等氣動控制元件，可完成下列 氣動技術 的工作任務：

1 、氣動方向控制回路的安裝；

2 、氣動速度控制回路的安裝；

3 、擺動控制回路的安裝；

4 、氣動順序控制回路的安裝；

5 、氣動機械手裝置的安裝；

6 、氣動系統安裝與調試；

（二） 電氣控制電路的安裝和 PLC 程序編寫項目 ：

選用該裝置配置的 PLC 模塊、變頻器模塊和指令開關、傳感器等，可完成下列 PLC 應用技術工作任務：

1 、電動機正反轉控制電路的連接與控制程序編寫；

2 、電動機調速控制電路的連接與控制程序編寫；

3 、氣動方向控制程序編寫；

4 、氣動順序動作控制程序編寫；

5 、氣動機械手控制程序編寫；

6 、皮帶輸送機控制程序編寫；

7 、機電一體化設備控制程序編寫；

8 、自動生產線控制程序編寫。

（三）機電設備安裝與調試項目

選用該裝置配置的機電一體化設備部件、 PLC 模塊、變頻器模塊和指令開關、傳感器等，可完成下列機電設備安裝和機電一體化技術的工作任務：

1 、傳動裝置同軸度的調整；

2 、皮帶輸送機的安裝與調整；

3 、搬運機械手設備安裝與調試；

4 、物件分揀設備的安裝與調試；

5 、送料設備的安裝與調試；

6 、自動生產線設備安裝與調試。

（四）自動控制系統安裝與調試項目

選用該裝置配置的機電一體化設備部件、 PLC 模塊、變頻器模塊和指令開關、傳感器等，可完成下列機電設備安裝和機電一體化技術的工作任務：

1 、多種傳感器的安裝與調試；

2 、機械手的自動控制；

3 、皮帶輸送機的自動控制；

4 、機電一體化設備的自動控制；

5 、 PLC 控制系統的安裝與調試；

6 、自動生產線的安裝與調試。

（五） PLC 工業通訊網絡的安裝及調試

系統選用三菱 PLC 主控制器，配合 FX3U-485BD 網絡模塊，基于本網絡通信功能，可完成下列工業現場總線通信技術訓練任務：

1 、 N:N 網絡的硬件連接、調試

2 、 N:N 網絡參數設置、調試

3 、基于多臺 PLC 的復雜網絡數據讀寫程序編寫與調試

•  工業機器人的調試與應用

1 、工業機器人的應用；

2 、 PLC 的電氣設計和應用；

3 、傳感器的技術和應用；

4 、氣動技術應用；

5 、觸摸屏基本控制與設置；

6 、工業機器人本體與控制器的安裝接線，工業機器人初始化與參數恢復；

7 、工業機器人應用夾具選擇與設計工業機器人碼垛應用編程與調試；

8 、工業機器人外圍單元的電氣連接與調試技術；

9 、整機系統和監控系統的數據交換電氣連接與調試。

（七）流水線綜合實訓

模塊式柔性自動化生產線實訓系統 5 個工作站各自都有一套 PLC 主機，可分成 8 個完全獨立的工作站進行實訓，在對各單元生產工藝和電氣控制系統的構成熟悉后，通過 PLC 編程可完成：

1 、傳感器的應用；

2 、氣動元件的應用；

3 、掌握 PLC 控制技術應用；

4 、工件上料程序控制；

5 、工件搬運程序控制；

6 、工件檢測程序控制；

7 、工件搬運安裝程序控制；

8 、工件分類程序控制；

9 、多工作工位程序、工作單元聯網程序控制；

10 、機械手搬運控制、成廢品分揀控制；

11 、成廢品分揀控制；

12 、變頻調速、傳輸帶控制。