TWB-QR08型 MPS模塊式柔性自動化生產線實訓系統(tǒng)(五單元)

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一、產品概述

模塊式柔性自動化生產線實訓系統(tǒng)是一種最為典型的機電一體化、自動化類產品，它是為職業(yè)院校、教育培訓機構等而研制的，它適合機械制造及其自動化、機電一體化、電氣工程及自動化、控制工程、測控技術、計算機控制、自動控制等相關專業(yè)的教學和培訓。它接近工業(yè)生產制造現場基礎上又針對實訓教學進行了專門設計，強化了各種控制和工程實踐能力。

系統(tǒng)由五個單元組成，分別為：上料檢測單元、搬運單元、分揀單元、倉儲單元和機器人單元，控制系統(tǒng)西門子PLC進行控制，具有較好的柔性，在單個培訓完成以后，又可以將相鄰的兩單元、三單元…直至六單元連在一起，學習復雜系統(tǒng)的設計、安裝、編程、調試和整機運行。

系統(tǒng)包含了機電一體化專業(yè)中的氣動、電機驅動與控制、PLC、傳感器等多種控制技術，適合相關專業(yè)學生進行工程實踐、課程設計及初上崗位的工程技術人員進行培訓。

二、技術指標

1.輸入電源：單相三線～220V±10% 50Hz

2.工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃) 海拔＜4000m

3.裝置容量：＜1.0kVA

4.整機尺寸：2400m×1700mm×1400mm

三、系統(tǒng)組成

1.系統(tǒng)的硬件由五個單元組成

（1）上料檢測單元

由料斗、回轉臺、導料機構、平面推力軸承、工件滑道、提升裝置、計數電容開關、顏色識別光電開關、開關電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、通訊接口板、直流減速電機、SMC電磁閥及SMC氣缸組成，主要完成將工件從回傳上料臺依次送到檢測工位，提升裝置將工件提升并檢測工件顏色。

（2）搬運單元

由機械手、橫臂、回轉臺、旋轉氣缸、開關電源、可編程序控制器、按鈕、通訊接口板、多種類型SMC電磁閥及SMC氣缸組成，主要完成將工件從上單元搬至下一單元。

（3）分揀單元

通過皮帶、顏色傳感器、材質傳感器、SMC氣動組件、三相異步電動機、西門子變頻器、編碼器組成的物料分揀控制單元，

（4）倉儲單元

由滾珠絲杠、滑桿推出部件、分類料倉、步進電機、步進驅動器、SMC電磁閥和SMC氣缸、電感傳感器、主要完成按工件類型分類，將工件推入料倉，倉儲單元由標準型材構成9倉位的倉庫，每個倉庫配一個工業(yè)的光電傳感器。

（5）機器人單元

由六自由度工業(yè)機器人（含控制器）、橫臂、回轉臺、旋轉氣缸、開關電源、可編程序控制器、按鈕、多種類型電磁閥及氣缸組成，主要完成將工件從上單元搬至下一單元。

（6）單片機單元

單片機專業(yè)畢業(yè)設計實用課題開發(fā)平臺就是讓學生根據自己的喜好選擇一個實用課題做為畢業(yè)論文選題，通過自己動手制作、編寫程序、調試組裝，最終完成一項具有實際功能且體現實用價值的產品模型，以此獲得第一手資料，再在此基礎上撰寫論文，這樣學生所寫的就是真實反映學生自身水平的論文了。

此產品的使用分五個部分：

1、硬件電路設計，通過對硬件的抄板掌握下述幾點

制圖軟件 元件手冊使用 元件功能分析 硬件電路的設計等

2、電路邏輯及協議設計。

3、軟件編程。C語言在工程設計中的應用

4、形成文本。

5、實物答辯

二、硬件配置

單片機控制技術專業(yè)畢業(yè)設計實用課題開發(fā)平臺有電子模塊、便攜式實驗箱和模塊儲存柜等三部分組成。最核心的是由幾十個采用積木式標準接口組成的電子模塊，各電子模塊之間可以像搭積木一樣連接，同時可外接主機模塊和傳感器等外設，使其電路功能不斷擴展，涉及內容可涵蓋自動化、電子信息和通信類等專業(yè)。其次，配套的便攜式實驗箱是方便學生攜帶的，學生可以將自己選做的電子模塊存放在便攜式實驗箱中，在做畢業(yè)設計期間，該實驗箱可以以租借的形式由學生保管。同時，為了方便教學管理還配置了模塊儲存柜，以存放閑置的電子模塊。

（一）開發(fā)模塊配置如下：

1、STM32F103單片機核心模塊 ID103

2、CPLD－EPM240可編程邏輯控制模塊  ID104

3、AVR－ATMEGA128單片機核心模塊 ID102

4、51單片機核心模塊 ID101

5、GSM、GPRS通信模塊 ID201

6、RS485模塊 ID202

7、RFID射頻感應模塊 ID203

8、RS232模塊 ID204

9、USB轉串口模塊 ID205

10、LED點陣模塊 ID206

11、NRF 24L01無線模塊  ID207

12、串口WIFI模塊 ID208

13、點陣液晶模塊 ID209

14、鍵盤模塊 ID210

15、超聲波測距模塊 ID212

16、HC－05藍牙模塊  ID213

17、數碼管模塊 ID214

18、光敏電阻傳感器模塊 ID215

19、流水燈與交通燈模塊 ID216

20、人體紅外傳感器模塊 ID217

21、溫濕度傳感器模塊 ID218

22、火焰煙霧傳感器模塊  ID219

23、振動開關傳感器模塊 ID220

24、CAN總線控制與接口模塊 ID221

25、ZIGBEE模塊 ID222

26、步進電機驅動模塊 ID223

27、直流電機驅動測速模塊 ID224

28、AD采集模塊 ID225

29、DA轉換模塊 ID226

30、三軸加速、三軸角速度、三軸磁場檢測模塊 ID230

31、繼電器控制模塊 ID231

32、旋轉編碼器控制模塊 ID232

33、空氣質量傳感器模塊 ID233

34、聲音傳感器模塊 ID234

35、電流傳感器模塊 ID235

36、霍爾傳感器模塊 ID236

37、時鐘、存儲器模塊 ID237

38、顏色傳感器模塊 ID238

39、接口轉接模塊A

40、接口轉接模塊B

（二）配置開發(fā)工具：

1、51單片機仿真器

2、51單片機編程器模塊（51系列，AVR系列）

3、blaster USB下載線模塊

4、J－Link ARM模塊

（三）個人便攜式工具箱：   集成電源，用于學生便攜，脫離實驗室環(huán)境使用

（四）、平臺的特色創(chuàng)新

電子信息與通信技術畢業(yè)設計實用課題開發(fā)平臺立求將理論與實踐緊密結合在一起，以點帶面，多方位的鍛煉學生的動手能力及分析問題與解決問題的能力，所以，該開發(fā)平臺不僅可以用于大學生畢業(yè)設計，同時，還可用于教學實訓項目。

如果將該項目應用于教學實訓中，可以分四個層次引導學生深入學習專業(yè)知識。

１.實訓層次一

用于電子工藝實訓課程。在該平臺提供的萬能孔板上練習焊接，焊接內容可以是由電子模塊組裝的實用電路，如555時基閃爍燈電路、直流穩(wěn)壓電源電路、運算放大器電路等，還可以擴展更復雜的內容，如手機仿真系統(tǒng)。

２.實訓層次二

用于電子制圖實訓課程。根據實用課題內容，找出相應電子模塊，讓學生根據電子模塊的PCB板，運用電子制圖軟件畫出其電路原理圖及PCB圖。如：繪制MS51單片機模塊

３.實訓層次三

用于單片機實訓課程。根據實用課題內容，讓學生自己編寫程序，自己調試，最終完成一個具有實際功能且具有實用價值的產品模型。如：制作數字溫度的LCD或LED顯示。

4.實訓層次四

用于通信技術實訓課程。根據實用課題內容，讓學生自己了解通信過程，自己調試，最終完成一個具有實際功能且具有實用價值的產品模型。如：搭建基于GSM模塊、鍵盤模塊和LCD模塊實現一個簡單的實用手機系統(tǒng)。

（五）、實訓示例圖片

LCD屏、數碼管、點陣屏模塊驅動例題展示

STM32F單片機實現的帶藍牙的手機功能例程展示

（六）、嵌入式多功能網絡虛擬儀器（要求一體嵌入式，不需電腦配套使用，規(guī)格：28*25*20CM，與開放實驗室信息管理系統(tǒng)配套使用）：

A、終端部分采用7寸彩色觸摸屏（裝學生實驗屏上）同時配有虛擬示波器、虛擬邏輯分折儀、虛擬頻譜儀、虛擬三用表、虛擬數字量輸入輸出模塊。

B、基于LabVIEW虛擬儀器程序的編程方法，學生可自行設計各種虛擬儀器。

C、儀器包括

1）、雙蹤存貯示波器，多種同步方式，存貯深度可編程；

通道數：2路

帶寬：20MHZ

分辨率：8位

電壓范圍：-10~+10V

存貯深度：64K

2）、頻譜分折儀；

3）、數字三用表，可測電阻、電流、電壓等；

數字IO口

通道數：8路IO

輸入電平：TTL

輸出電平：TTL

電流驅動：20mA/通道

4）、四路智能遠程電源控制

5）、數據具有上傳與保存功能并能通過服務器顯示

6)、提供LabVIEW虛擬儀器軟件（拷貝版）

7）、開放實驗室信息管理系統(tǒng)：（與虛擬儀器配套使用）

A、．開放實驗室信息管理系統(tǒng)的必要性

學生動手能力的培養(yǎng)、分折問題解決問題能力的培養(yǎng)、自主實驗和創(chuàng)新實驗能力的培養(yǎng)均需要一個寬松的、開放的、設備齊全的實驗環(huán)境。但是目前很多學校因師資力量有限無法將實驗室開放，這一方面造成資源浪費另一方面學生又得不到煅煉。針對這一問題，配備本實驗室信息化管理系統(tǒng)，它可有效解決上述矛盾。具備這樣條件的實驗室可以不必配備固定的老師管理和輔導，學生可以自主按排實驗時間并通過刷卡確定機位，并通過學生終端計算機中的實驗課件、儀器儀表介紹課件、自主實驗題庫、在線幫助等資源完成各類實驗。

B、智能開放實驗室管理系統(tǒng)簡介

智能實驗室管理系統(tǒng)（以下稱：本系統(tǒng)）是以標準化實驗室管理思想為基礎、網絡技術為驅動最新開發(fā)的管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)能對實驗室設備及學生實驗過程進行智能化管理，以實時了解實驗室設備狀態(tài)及學生實驗完成狀況，跟蹤記錄實驗痕跡，確保老師能了解學生做實驗的流程。

實驗室管理手段包括：短信，郵件，web頁面。

C．開放實驗室資源配置

建設開放實驗室應具備必要的硬件和軟件資源：

（一）硬件資源：

1、手機（可選）：發(fā)送和接收實驗室設備管理及狀態(tài)信息。

2、管理員PC：用于發(fā)送和接收實驗室管理及狀態(tài)信息，接收學生的實驗數據（波形，數據包等實驗數據），發(fā)送提示信息及試題到學生實驗設備上。

3、服務器：服務器為本系統(tǒng)的核心部分，完成接收管理員控制信息，發(fā)送采集到的終端實驗數據到web頁面，對終端設備的控制，終端實驗數據的采集。

4、網絡設備：路由器等，傳輸各種數據。

5、終端：虛擬示波器，發(fā)送及接收數據，直接控制設備

（二）軟件資源：

1.web頁面系統(tǒng)，通過web頁面設置本系統(tǒng)的各項參數，個性化定制，實時接收并顯示學生實驗數據，發(fā)送控制命令到服務器，并由服務器發(fā)送控制命令到終端，達到控制實驗室設備的目的。

2.短信控制系統(tǒng)，向特定的手機發(fā)送實驗室設備狀態(tài)，接收特定手機的控制命令，并由服務器發(fā)送控制命令到終端，達到控制實驗室設備的目的。

3.郵件控制系統(tǒng)，向特定的郵箱發(fā)送實驗室設備狀態(tài)，接收特定郵箱的控制命令，并由服務器發(fā)送控制命令到終端，達到控制實驗室設備的目的。

4.數據庫存儲系統(tǒng)，存儲學生實驗過程數據，以便老師后續(xù)查看學生的實驗過程。

（六）、設備優(yōu)點：

?設備采用了全鋼制結構，計算機嵌入式設計，既符合編程又方便機械裝調，突出了實訓設備一體化的特點，增強了實訓室的整體效果，便于日常管理；

?集成了多種控制方式，實訓機構可以通過PLC控制、單片機控制和電子線路控制，真正做到任務引領的方式將多專業(yè)知識有機融于一體；

?模塊化設計，兼容多種型號的PLC、變頻器等工控裝置，實現因地制宜的多元化教學，可針對不同的教材與教學大綱開展實訓項目；

?不拘一格的運動實訓單元設計，運動實訓單元包括上料單元、搬運單元、分揀單元和倉儲單元，幾個單元之間位置可以互換，不拘于一種組合方式，物料流動形式具有多向性，全方位激發(fā)學員的創(chuàng)新思維；

?多種驅動方式，本套設備集成了多種類型的電機，三相異步電動機、步進電機，訓練與考核學員綜合運用能力。

四、控制系統(tǒng)：西門子系列

由西門子S7-1500系列主機CPU1511C-1PN,觸摸屏用精簡系列KTP1200 BASIC，變頻器G120系列，西門子交流接觸一個，西門子直流電源一臺，

五、實訓桌

采用優(yōu)質鋼板做骨架，經過機械加工成型，外表面噴涂彩色環(huán)氧聚塑，整機既堅固耐用，又美觀大方。可以內嵌入計算機系統(tǒng)，并配備可隱藏式書桌，既能做實操平臺又能做編程工位還能進行理論教學。桌下前柜內存放執(zhí)行模型電腦機箱等，后柜可用于存儲實訓模塊，抽屜內具有工具箱模具，便于存放工具、萬用表、導線、實驗指導書等，方便實訓室管理。桌面部分：采用20mm鋁型材拼接式設計，鋁型材表面平均分布T型槽，學員可以利用T型槽輕松布局和安裝執(zhí)行機構零件，方便實訓操作。

六、實訓模塊

外殼采用優(yōu)質鋼板加工而成，表面進行靜電噴塑處理。面板采用優(yōu)質純鋁板加工，進行化學蝕刻彩色處理，面板圖文字符采用現代噴描技術處理，使面板標識清晰且經久耐用。設置的電路美觀整齊、科學規(guī)范。統(tǒng)一的尺寸規(guī)格，使得所有掛箱均可隨意更換，操作方便。

七、實訓單元

實訓單元:-共包括上料單元、搬運單元、分揀單元和倉儲單元，采用優(yōu)質鋁材或異型材做框架，原裝西門子或歐姆龍元器件做電控檢測部分，每個單元與單元之間可自由組合搭配，形成不同的控制模式，方便教師設置課題。如（按物料流動順序）：課題一、上料單元→搬運單元→分揀單元→倉儲單元，課題二、倉儲單元→搬運單元→分揀單元，課題三、上料單元→倉儲單元→搬運單元等等，可以任意組合，靈活多變。每個實訓單元都配有特制的底座，底座上集成執(zhí)行單元機構、電磁氣動閥、傳感器保護電路等裝置，實訓方便接線簡便可靠。

八、實訓項目

1、了解傳感器的應用

2、觀察氣動元件的應用

3、掌握PLC控制技術

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、工件安裝程序控制

9、工件分類程序控制

10、多工作工位程序控制

11、工作單元聯網程序控制

12、步進電機驅動控制

13、電氣控制系統(tǒng)安裝調試

14、機械系統(tǒng)安裝調試

15、電機驅動調試

16、系統(tǒng)維護和故障檢測技術

九、配套工具

實操工具包及各類實驗導線- 扳手、螺絲刀、特種工具--1套-菲尼克斯工具套裝