SBGYW-18機(jī)電一體化智能實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
一、產(chǎn)品概述
機(jī)電一體化智能實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、可編程控制器實(shí)訓(xùn)室設(shè)備：主要承擔(dān)機(jī)電一體化技術(shù)、智能控制技術(shù)等專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。主要支撐《PLC原理及應(yīng)用技術(shù)》、《變頻器技術(shù)》、《組態(tài)技術(shù)》、《電氣控制技術(shù)》等課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。
（一）體現(xiàn)學(xué)生的教學(xué)主體地位
機(jī)電一體化智能實(shí)訓(xùn)裝置、機(jī)電一體化加強(qiáng)智能制造實(shí)訓(xùn)室設(shè)備構(gòu)建，能夠發(fā)揮驕傲強(qiáng)的積極作用，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，促使抽象的理論知識(shí)更加形象的展現(xiàn)在學(xué)生面前，幫助學(xué)生將所學(xué)的理論知識(shí)迅速轉(zhuǎn)化成為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生處于主體地位，但是傳統(tǒng)意義上的機(jī)電一體化教學(xué)常常忽視這一重點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生強(qiáng)行接受教師傳授的知識(shí)內(nèi)容，缺乏個(gè)人思考與理解。通過(guò)智能制造實(shí)訓(xùn)室的構(gòu)建，學(xué)生能夠更加自主地開(kāi)展學(xué)習(xí)。實(shí)訓(xùn)室可以幫助學(xué)生加強(qiáng)對(duì)機(jī)電一體化相關(guān)知識(shí)的了解，依照課程內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)化聯(lián)系，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的融合，進(jìn)而提高教學(xué)實(shí)踐能力。在這一過(guò)程中，學(xué)生的教學(xué)主體地位得到體現(xiàn)，能夠在時(shí)間學(xué)習(xí)之中更加深入的了解實(shí)際工作，并在此基礎(chǔ)上提升實(shí)踐能力。尤其是智能制造實(shí)訓(xùn)之中應(yīng)用可編程控制技術(shù)，使得學(xué)生能夠拓寬學(xué)習(xí)范圍，使學(xué)習(xí)更加專業(yè)具體。
（二）構(gòu)建專業(yè)綜合性實(shí)訓(xùn)
機(jī)電一體化教學(xué)對(duì)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的構(gòu)建要求相對(duì)較多，需要學(xué)校結(jié)合實(shí)際的教學(xué)情況，加強(qiáng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)，形成更加系統(tǒng)、更加多功能的教學(xué)實(shí)訓(xùn)體系，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建出機(jī)電一體化的智能制造實(shí)訓(xùn)室，更加高效的開(kāi)展教學(xué)，結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，使實(shí)訓(xùn)更加有效科學(xué)，保障實(shí)訓(xùn)教學(xué)的質(zhì)量。同時(shí)，實(shí)訓(xùn)室能夠?yàn)閷W(xué)校提供更多的活動(dòng)機(jī)會(huì)，不但可以通過(guò)實(shí)訓(xùn)室開(kāi)展多種競(jìng)賽，也能夠利用實(shí)訓(xùn)室展示學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。另外，智能制造實(shí)訓(xùn)室可以承辦企業(yè)職工職業(yè)培訓(xùn)與技能比賽，同時(shí)也能夠進(jìn)行教師培訓(xùn)。這樣可以保障實(shí)訓(xùn)室的綜合性與可適用性，促使機(jī)電一體化智能制造實(shí)訓(xùn)室發(fā)揮出更加高效的作用。
（三）提升教師的實(shí)訓(xùn)教學(xué)能力
機(jī)電一體化智能實(shí)訓(xùn)設(shè)備、智能制造實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的過(guò)程中，學(xué)校教師能夠參與其中，尤其是青年教師，可以通過(guò)構(gòu)建過(guò)程的參與更加了解實(shí)訓(xùn)室的應(yīng)用。教師在構(gòu)建前期可以參與調(diào)研與資料收集，并進(jìn)一步對(duì)資料進(jìn)行數(shù)據(jù)，使實(shí)訓(xùn)室的構(gòu)建更加科學(xué)。在這一過(guò)程中，教師的專業(yè)素養(yǎng)得到培養(yǎng)，能夠?yàn)楹罄m(xù)教學(xué)建立良好的基礎(chǔ)[1]。同時(shí)，在實(shí)訓(xùn)室設(shè)備選擇以及安裝時(shí)，教師可以加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的了解，結(jié)合課內(nèi)教學(xué)內(nèi)容豐富自身的知識(shí)體系，更好地掌握實(shí)訓(xùn)教學(xué)的重點(diǎn)。在實(shí)訓(xùn)室建成之后，教師能夠?qū)?shí)訓(xùn)室產(chǎn)生較為深入的了解，并在此基礎(chǔ)上掌握實(shí)訓(xùn)室各個(gè)系統(tǒng)與各項(xiàng)設(shè)備的具體操作方法。通過(guò)這樣的方式，教師的教學(xué)能力會(huì)進(jìn)一步提升，可以積極展開(kāi)對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，促使學(xué)生可以更早的接觸工作內(nèi)容，掌握復(fù)雜的知識(shí)體系。
二、 技術(shù)性能要求
1. 輸入電源：?jiǎn)蜗?20V±10% 50Hz
2. 工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對(duì)濕度＜85%(25℃) 海拔≤4000m
3. 裝置容量：≤1kVA
4. 重量：100kg左右
5. 外形尺寸：約1300mm×1200mm×750mm
6. 臺(tái)面平鋪2020歐標(biāo)工業(yè)鋁材、右側(cè)臺(tái)面鋪400×1000mm軟絕緣膠墊，中部抽拉式電氣接線板。
7. 安全保護(hù)：具有漏電壓、漏電流保護(hù)裝置，安全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
三、基本配置及功能要求
★1、實(shí)訓(xùn)裝置包括電氣接線模塊、上料模塊、輸送線模塊、視覺(jué)識(shí)別模塊、三維模組控制模塊、稱重模塊、RFID產(chǎn)品溯源模塊、物料擺放模塊、小車運(yùn)動(dòng)控制模塊、溫控箱變頻控溫模塊。提供符合上述要求的裝置整體設(shè)計(jì)效果圖。
2、以上模塊對(duì)應(yīng)以下單元：PLC單元、485通信單元、工業(yè)視覺(jué)識(shí)別單元、RFID產(chǎn)品溯源單元、氣動(dòng)控制基本單元、變頻調(diào)速單元、觸摸屏單元、以太網(wǎng)交換機(jī)、伺服系統(tǒng)控制單元等組成、溫度檢測(cè)變送單元。
3.1 PLC單元 西門子主機(jī)1511C
帶顯示屏的 CPU；工作存儲(chǔ)器可存儲(chǔ) 175 KB 代碼和 1 MB 數(shù)據(jù)；位指令執(zhí)行時(shí)間 60 ns；4 級(jí)防護(hù)機(jī)制，工藝功能，運(yùn)動(dòng)控制，閉環(huán)控制，計(jì)數(shù)與測(cè)量；跟蹤功能；PROFINET IO 控制器，支持 RT/IRT，性能升級(jí) PROFINET V2.3，雙端口，智能設(shè)備，支持 MRP、MRPD，傳輸協(xié)議 TCP/IP，安全開(kāi)放式用戶通信，S7 通信，Web 服務(wù)器，DNS 客戶端，OPC UA 服務(wù)器數(shù)據(jù)訪問(wèn)，恒定總線循環(huán)時(shí)間，路由功能；運(yùn)行系統(tǒng)選件，固件版本 V2.5，帶 DI16/DQ16，AI5/AQ2，數(shù)字量輸入模塊 DI 16xDC24V，16 個(gè)一組；數(shù)字量輸出模塊 DQ 16xDC24V/0.5A，16 個(gè)一組；模擬量輸入模塊 AI 4xU/I、AI 1xRTD，16 位，5 個(gè)一組；模擬量輸出模塊 AQ 2xU/I，16 位，2 個(gè)一組；6 個(gè)通道用于計(jì)數(shù)與測(cè)量，帶增量式編碼器 24 V（最高 100 kHz）；4 個(gè)通道用于 PTO，脈寬調(diào)制，頻率輸出（最高 100 kHz)
視覺(jué)識(shí)別單元
四、基本要求：
1、工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)包括相機(jī)、鏡頭、處理軟件、光源等組成。工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)放置在輸送線一測(cè)，對(duì)工件進(jìn)行顏色，尺寸，標(biāo)識(shí)等信息檢測(cè)。
2、檢測(cè)結(jié)果通過(guò)總控通訊，為后續(xù)擺放等作業(yè)做好準(zhǔn)備。
3、600 萬(wàn)像素 1/1.8" CMOS 千兆以太網(wǎng)工業(yè)面陣相機(jī)，傳感器類型CMOS、卷簾快門，傳感器型號(hào) Sony IMX178，像元尺寸 2.4 ?m × 2.4 ?m，靶面尺寸 1/1.8"，分辨率 3072 × 2048，動(dòng)態(tài)范圍 71.3 dB，曝光時(shí)間 25 μs ~ 2.5 sec，快門模式 支持自動(dòng)曝光、手動(dòng)曝光、一鍵曝光模式，支持 Global Reset 和 Trigger Rolling功能，像素格式Mono 8/10/12 Bayer RG 8/10/10Packed/12/12Packed YUV422Packed，YUV422_YUYV_Packed RGB 8，BGR 8，數(shù)據(jù)接口 Gigabit Ethernet（1000Mbit/s）兼容 Fast Ethernet（100Mbit/s），數(shù)字 I/O 6-pin P7接頭提供供電和 I/O：1路光耦隔離輸入（Line0），1路光耦隔離輸出（Line1）， 1 路雙向可配置非隔離 I/O（Line2）
4、鏡頭：鏡頭接口 C-Mount 外形尺寸 29 mm × 29 mm × 42 mm
5、連接電纜與支架
五、軟件要求
1.軟件可進(jìn)行曝光時(shí)間，白平衡設(shè)置。
c.進(jìn)行四點(diǎn)相機(jī)標(biāo)定，能快速讀取標(biāo)定模板的像素值，可獲取對(duì)應(yīng)的位置值。
2.可進(jìn)行日志顯示，并可以清楚歷史日志。
3.可進(jìn)行至少8個(gè)模板匹配，即觸發(fā)1次拍照，匹配模板1，模板1匹配成功，發(fā)出模板1數(shù)據(jù)；若模板1未能匹配成功，視覺(jué)返回s1,0,0,0數(shù)據(jù)給機(jī)器人，機(jī)器人發(fā)命令繼續(xù)匹配模板；
f.可進(jìn)行發(fā)送可接收數(shù)據(jù)顯示。
4、軟件輸出4個(gè)數(shù)據(jù)：類型、X、Y、旋轉(zhuǎn)量
h.支持繪制的模板可以進(jìn)行集合運(yùn)算；
i.繪制模板可以使用長(zhǎng)方形，圓形，自由繪制等方式進(jìn)行繪制模板；
5.在機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)軟件中，拍照的圖像可以自由的拖動(dòng)及放大；
k.支持實(shí)時(shí)采集及單獨(dú)拍照；
6.在機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)軟件中，有紅色十字光標(biāo)方便安裝調(diào)節(jié)相機(jī)位置。
7.RFID識(shí)別單元：RFID射頻單元帶集成天線的方型讀寫器（RS422）；50×50×30 mm（L×D×H）
標(biāo)簽使用螺紋式小尺寸標(biāo)簽。
8. 觸摸屏單元（步科品牌）
8.1顯示模塊：≥7"TFT
8.2顯示色彩：≥65536彩色
8.3分辨率：≥800×480像素
8.4背光類型：≥LED 亮 度 300cd/m2
8.5液晶壽命: ≥50000小時(shí)
8.6觸控面板:4線精密電阻網(wǎng)絡(luò)（表面硬度不低于4H）
8.7CPU: ≥800MHz RISC
8.8存儲(chǔ)器: ≥128MB閃存+64MB 內(nèi)存 RTC
8.9通訊接口:COM0:RS485-2W/4W, RS232; COM2: RS232
9. 以太網(wǎng)交換機(jī)：
9.1以太網(wǎng)交換機(jī)采用非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng) 100MBIT/S交換機(jī)，自帶5個(gè)雙絞線端口，RJ45 接口；
9.2用于構(gòu)建小型星形和總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；自帶LED診斷顯示，供電電源DC 24V 。
9.3不低于IEC/EN 61000-4工業(yè)級(jí)防護(hù)，不低于IP30防護(hù)，9.6-60VDC三冗余電源輸入，多重保護(hù)。
10. 變頻調(diào)速單元：
10.1單相220V供電，輸出功率0.37KW。
10.2集成RS-485通訊接口，提供操作面板；
10.3具有線性V/F控制、平方V/F控制、可編程多點(diǎn)設(shè)定V/F控制，磁通電流控制、直流轉(zhuǎn)矩控制；
10.4集成4路數(shù)字量輸入，2路模擬量輸入；
10.5具備過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)，變頻器、電機(jī)過(guò)熱保護(hù)，短路保護(hù)等。
11.小車運(yùn)動(dòng)控制單元：主要由運(yùn)動(dòng)小車（直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)）、同步帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流電機(jī)、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、行程開(kāi)關(guān)等組成，通過(guò)傳感檢測(cè)、PLC編程，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量、傳動(dòng)控制、鍵值優(yōu)化比較行走控制、定向控制、報(bào)警運(yùn)行控制、點(diǎn)動(dòng)控制等，能實(shí)現(xiàn)小車的精確定位。該系統(tǒng)外觀精美，體積緊湊，重量輕。提供符合上述功能的小車運(yùn)動(dòng)控制單元設(shè)計(jì)效果圖。
12.三維模組控制單元：
12.1三維絲桿或同步帶控制單元主要由伺服驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)組成。
12.2伺服驅(qū)動(dòng)用于控制X軸，采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，工作電壓AC220V，輸出功率200W。
12.3采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，智能功率模塊（IPM） 內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。
12.4支持位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制。
12.5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)用于控制Y軸，采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，工作電壓DC24V，輸出功率>=30W；
12.6內(nèi)部集成控制電路和功率電路，具有自檢線圈和短路保護(hù)等功能。
13. 溫控箱變頻控溫模塊：加熱板通電加熱，溫度變送器檢測(cè)加熱板到達(dá)一定溫度后，PLC控制系統(tǒng)控制臺(tái)達(dá)變頻器使電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)扇葉加強(qiáng)空氣流動(dòng)，快速散熱，使箱內(nèi)環(huán)境溫度穩(wěn)定。。
14.溫變變送器。
14.1二線制輸出，無(wú)需補(bǔ)償導(dǎo)線；
14.2要求溫變變送器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝方便，使用壽命≥10000次；
14.3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理安裝方便；小型化，安全可靠，使用壽命長(zhǎng)；
14.4插頭式溫度變送器，量程0-100OC，電源24VDC，輸出0-10V。
15.加熱器：工作電壓AC220V、持續(xù)功率30W-150W、外殼材質(zhì)鋁合金、尺寸不大于160*100。
16. 伺服系統(tǒng)控制單元：輸入電源單相或三相AC220V，-15~+10%，50/60HZ，調(diào)速比1：5000，脈沖頻率<500KHZ,控制輸入：伺服使能、報(bào)警復(fù)位、緊急停止、指令脈沖禁止、脈沖偏差清除、零件速鉗位、正向行程限位、反向行程限位、內(nèi)部速度選擇1等?？刂戚敵觯核欧?zhǔn)備好、定位完成、零偏差、零速度、報(bào)警檢出、緊急停止檢出，
17.稱物體重量或壓力并觸摸屏顯示重量值：稱重傳感器、重量變送器、稱重不銹鋼承重板，可稱重0-10KG。
六、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
1. PLC認(rèn)知實(shí)訓(xùn)（軟硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、基本指令、接線、編程下載等）
(一)PLC虛擬控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)
1. 數(shù)碼顯示控制
2. 搶答器控制
3. 天塔之光控制
4. 音樂(lè)噴泉控制
5. 十字路口交通燈控制
6. 水塔水位控制
7. 自動(dòng)送料裝車系統(tǒng)控制
8. 四節(jié)傳送帶控制
9. 裝配流水線控制
10. 多種液體混合裝置控制
11. 自動(dòng)洗衣機(jī)控制
12. 貨物分揀機(jī)控制
13. 自動(dòng)售貨機(jī)控制
(二)PLC實(shí)物控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)
14. 視覺(jué)識(shí)別控制
15. RFID控制
16. 長(zhǎng)度定長(zhǎng)控制
17. 稱重控制
18. 氣動(dòng)基本回路控制
19. 直線運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)、定位控制
20. 步進(jìn)電機(jī)定位控制
21. 步進(jìn)電機(jī)的速度控制
22. 步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制
23. 伺服電機(jī)定位控制
24. 伺服電機(jī)的速度控制
25. 伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制
26. 伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的綜合控制
(三)PLC、變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)
27. 變頻器功能參數(shù)設(shè)置與操作
28. 外部端子點(diǎn)動(dòng)控制
29. 變頻器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)
30. 多段速度選擇變頻調(diào)速
31. 變頻器無(wú)級(jí)調(diào)速
32. 外部模擬量方式的變頻調(diào)速控制
33. 基于PLC的變頻器外部端子的電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制
34. 基于PLC模擬量方式變頻開(kāi)環(huán)/閉環(huán)調(diào)速控制
35. 基于PLC通信方式的變頻開(kāi)環(huán)調(diào)速
36. 基于觸摸屏控制方式的基本指令編程練習(xí)
37. 基于觸摸屏控制方式的數(shù)碼顯示控制
(四)網(wǎng)絡(luò)通訊綜合實(shí)訓(xùn)
38. PLC與變頻器RS485通訊實(shí)訓(xùn)
39. PLC、觸摸屏與變頻器通信控制
40. PLC主機(jī)之間PROFINET通訊實(shí)訓(xùn)
41. PLC、變頻器、觸摸屏組網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)
42、PLC與RFID通訊控制
43、PLC與工業(yè)相機(jī)通訊
