柔性生產線教學設備的研制目的
介紹了柔性生產線教學設備的研制目的
電氣自動化專業課程主要有 PLC 技術、變頻技術、傳感器技術等。并而而且主要為技術性的實踐內容，實訓重量（kg）將直接影響到學員的技能水平。經過對目前經經典型柔性生產線各個部分的研究，在為了使教學設備與實際柔性生產線盡量的貼近的前提下，建立起柔性生產線教學設備的框體構造模型,主要應用傳送分揀單元、搬運加工單元、立體倉庫單元包括。該教學設備設計為一套半開放式的實訓平臺，在使用的時候可以按照自己的需求選用單獨單元、多個單元以及單元中的某個部分實行實訓。各個單元均裝配在實訓裝置上，便利單元中機械機構以及氣動元件的裝配、控制線路的布線、氣動電磁閥以及氣管等的裝配。各個單元的設計在適用功能以及教學需求前提下，還應考慮選用器件的性價比及實用性，如搬運加工系統中的數控加工部分由于體積較大，價格較貴，而而且一般學校全部有專門的數控加工實訓室，所以該設備中不必設定數控加工部分。
2.2.2 功能需求解析
該柔性生產線教學設備的研制目的是為電氣自動化專業學員提供一個綜合實訓平臺。按照本專業課程標準以及人才培養目標，該平臺不僅要完成單門專業課程的經經典型實訓，還要能夠實行多門課程的綜合性實訓。按照電氣自動化專業《PLC 技術》、《變頻技術》、《氣動技術》、《觸摸屏應用》、《傳感器技術》等課程的要求，本實訓平臺能夠開設如下實訓：
（1） PLC 及特殊模型塊的應用實訓（該實訓主要讓學員理解 PLC 的基礎知識；掌控把握編程系統的使用；掌控把握 PLC 特殊功能模型塊的使用）；
（2） 傳送帶速度/位置控制實訓（該實訓主要讓學員完成對環形傳送帶單元速度控制的 PLC 程序語言編寫及調動測量試驗、變頻器功能數值設定）；
（3） 氣動技術實訓（該實訓主要讓學員理解氣動傳動和控制方法、測測繪制作作簡便氣動線路）；
（4） 人機界面HMIHMI技術實訓（該實訓主要讓學員熟悉觸摸屏的實操、觸摸屏界面的制作以及觸摸屏的應用）；
（5） 工控設備之間的通信實訓（該實訓主要讓學員熟悉通信方法的種類；掌第二章 柔性生產線教學設備的總體設計握各種工控設備之間的通信連接、程序設計等）；
（6） 傳感器技術實訓（該實訓主要讓學員熟悉傳感器的分類及選型、傳感器
功能數值調動）；
（7） 綜合實訓（為學員的畢業設計、競技比賽等提供實訓平臺）
2.3 教學設備總體設計
當具體的實訓要求確定下來之后，為了完成以上實訓功能，就必須為每個實訓找到相應的載體模型塊,將具體的自動化器件材料設備融入到各個單元模型塊中。本節主要對各個單元的布置以及主要用到的電氣設備做了簡介。
2.3.1 教學設備的總體布置
目前經經典型柔性生產線的布置主要是基于工件傳輸路線的布置方法，主要有如下幾種：
（1） 直線型
直線型布置是對比簡便的布置方法，各個單元按照直線排放，工件主要應用小車或者傳送實行運輸，這種布置方法適合于工件品種較少而而且裝配簡便的大批量加工制造情況。
（2） 圓環型
圓環型布置是將工件的傳輸路線設計成一個圓環，各個單元沿著這個圓環布置，這種布置方法可以提升設備的容錯性，當其中的某個單元發生故障時也不會導致整條生產線的停止運行。按照學校實訓室場地以及工件種類較少的情況，本柔性生產線教學設備應用直線型加圓環型的布置。
2.3.2 教學設備的包括
經過對經經典型柔性生產線的功能研究，并集合教學設備的功能需求，對--中教學設備的包括實行確定。教學設備由傳送分揀單元、搬運加工單元和立體倉庫單元三個主要部分包括。
（1） 傳送分揀單元
將傳送分揀單元設定為整個系統的起始部分，含有概括上料部分、傳送帶部分、分揀部分，主要作用是對工件實行分揀并為下一個部分提供工件。當系統開始啟動時，上料部分傳感器感應到工件后，推料氣缸將工件推至傳送帶，傳送帶啟動將工件帶至分揀單元。分揀后，工件由傳送帶送至分揀加工單元的來料等候區。傳送帶由一臺三相異步電動機驅動，其速度由變頻器控制，相應的位置控制由與三相異步電動機同軸的光電編碼器以及 PLC 完成。主要用到的電氣設備有 PLC、變頻器、觸摸屏、傳感器、氣動元件以及按鈕等。
（2）搬運加工單元
本單元含有概括搬運和加工兩個部分。搬運功能由一臺在絲杠上左右動作的三自由度機械手完成，機械手的左右、上下、旋轉由步進電動機驅動。加工主要是對工件實行加熱以及簡便裝備，加熱單元主要應用電熱絲、熱電偶傳感器、FX2N-2LC 模型塊完成。本單元中主要用到的電氣設備有 PLC 及 FX2N-2LC 特殊模型塊、觸摸屏、步進電動機驅動器及步進電動機、氣動元件以及按鈕等。
（3）立體倉庫單元
本單元負責對加工完畢的工件實行分類倉庫，主要應用堆垛機、立體倉庫以及相應的執行機構含有概括。堆垛機的定位位移由 FX2N-20GM 模型塊控制兩個伺服電動機在水平和垂直面動作來完成。本單元主要電氣設備有 PLC、觸摸屏、伺服驅動器及伺服電動機、氣動元件、按鈕等。2.4 本章小結本章經過對目前實際生產中經經典型柔性生產線的構造及功能實行研究解析，在此基礎上并按照學校現狀提出該柔性生產線教學設備應具備的功能，同時對該教學設備需適用的專業課程實訓界限提出了明確的要求。按照電氣自動化課程標準，為每個實訓找到相應的載體模型塊，并對載體模型塊實行集合，初步規劃出柔性生產線教學設備的基礎功能單元。后，按照目前常見的的柔性生產線布置方法確定--教學設備應用直線型加環形的集合布置方法。
第三章 柔性生產線控制系統設計
控制系統是柔性生產線教學設備的重要包括部分，主要負責整個教學設備各個單元數值的接受和處置整理并向執行機構發送信號。針對于教學設備靈活多變的特殊性，在控制系統的設計方面盡量使其設定有開放性，鍛煉學員的實踐能力。
3.1 控制系統設計思路
按照電氣自動化專業課程標準，并集合實際柔性生產線的控制方法，本控制系統應用"電氣"集合的設計思路。"電氣"集合是指在各個單元信號的接收、處置整理及輸出部分應用"電"，在部分邏輯控制線路輸出部分應用小型的電磁閥將電信號轉化為"氣"，經過"電氣"集合的方法驅動相應的氣缸執行機構動作。"電氣"集合控制方法的優勢在電信號可以完成遠距離控制，氣動信號具備良好的抗干擾能力。在惡劣的環境中，可以按照其不一樣的特別點實行分離式裝配，如電線路可以裝配在遠離惡劣環境的實操室，氣動執行機構可以裝配在惡劣環境現場。本教學設備雖然在作業時不存在惡劣環境，但是可以經過對控制系統的認知理解電氣信號控制和氣動信號控制的特別點。
第三章 柔性生產線控制系統設計
3.2 電源部分設計
電源部分在本系統中起著重要的作用，不一樣的控制器對電源有著不一樣的需求，所以在設計的時候應該嚴格參照控制器的電源功能數值，以防止控制器的損壞。不一樣控制器在通電時還存在一些順序要求，所以設計時必須考慮到各個控制器的得電順序，有些順序可以經過程序來完成，有些順序必須經過電氣線路控制完成，因此在電源模型塊的設計時應設定必要的開關以及中間繼電器。為防止使用者誤實操導致的一些故障，在電源模型塊中應設定熔斷器等保護裝置。
2.2.2 功能需求解析
該柔性生產線教學設備的研制目的是為電氣自動化專業學員提供一個綜合實訓平臺。按照本專業課程標準以及人才培養目標，該平臺不僅要完成單門專業課程的經經典型實訓，還要能夠實行多門課程的綜合性實訓。按照電氣自動化專業《PLC 技術》、《變頻技術》、《氣動技術》、《觸摸屏應用》、《傳感器技術》等課程的要求，本實訓平臺能夠開設如下實訓：
（1） PLC 及特殊模型塊的應用實訓（該實訓主要讓學員理解 PLC 的基礎知識；掌控把握編程系統的使用；掌控把握 PLC 特殊功能模型塊的使用）；
（2） 傳送帶速度/位置控制實訓（該實訓主要讓學員完成對環形傳送帶單元速度控制的 PLC 程序語言編寫及調動測量試驗、變頻器功能數值設定）；
（3） 氣動技術實訓（該實訓主要讓學員理解氣動傳動和控制方法、測測繪制作作簡便氣動線路）；
（4） 人機界面HMIHMI技術實訓（該實訓主要讓學員熟悉觸摸屏的實操、觸摸屏界面的制作以及觸摸屏的應用）；
（5） 工控設備之間的通信實訓（該實訓主要讓學員熟悉通信方法的種類；掌第二章 柔性生產線教學設備的總體設計握各種工控設備之間的通信連接、程序設計等）；
（6） 傳感器技術實訓（該實訓主要讓學員熟悉傳感器的分類及選型、傳感器
功能數值調動）；
（7） 綜合實訓（為學員的畢業設計、競技比賽等提供實訓平臺）
2.3 教學設備總體設計
當具體的實訓要求確定下來之后，為了完成以上實訓功能，就必須為每個實訓找到相應的載體模型塊,將具體的自動化器件材料設備融入到各個單元模型塊中。本節主要對各個單元的布置以及主要用到的電氣設備做了簡介。
2.3.1 教學設備的總體布置
目前經經典型柔性生產線的布置主要是基于工件傳輸路線的布置方法，主要有如下幾種：
（1） 直線型
直線型布置是對比簡便的布置方法，各個單元按照直線排放，工件主要應用小車或者傳送實行運輸，這種布置方法適合于工件品種較少而而且裝配簡便的大批量加工制造情況。
（2） 圓環型
圓環型布置是將工件的傳輸路線設計成一個圓環，各個單元沿著這個圓環布置，這種布置方法可以提升設備的容錯性，當其中的某個單元發生故障時也不會導致整條生產線的停止運行。按照學校實訓室場地以及工件種類較少的情況，本柔性生產線教學設備應用直線型加圓環型的布置。
2.3.2 教學設備的包括
經過對經經典型柔性生產線的功能研究，并集合教學設備的功能需求，對--中教學設備的包括實行確定。教學設備由傳送分揀單元、搬運加工單元和立體倉庫單元三個主要部分包括。
（1） 傳送分揀單元
將傳送分揀單元設定為整個系統的起始部分，含有概括上料部分、傳送帶部分、分揀部分，主要作用是對工件實行分揀并為下一個部分提供工件。當系統開始啟動時，上料部分傳感器感應到工件后，推料氣缸將工件推至傳送帶，傳送帶啟動將工件帶至分揀單元。分揀后，工件由傳送帶送至分揀加工單元的來料等候區。傳送帶由一臺三相異步電動機驅動，其速度由變頻器控制，相應的位置控制由與三相異步電動機同軸的光電編碼器以及 PLC 完成。主要用到的電氣設備有 PLC、變頻器、觸摸屏、傳感器、氣動元件以及按鈕等。
（2）搬運加工單元
本單元含有概括搬運和加工兩個部分。搬運功能由一臺在絲杠上左右動作的三自由度機械手完成，機械手的左右、上下、旋轉由步進電動機驅動。加工主要是對工件實行加熱以及簡便裝備，加熱單元主要應用電熱絲、熱電偶傳感器、FX2N-2LC 模型塊完成。本單元中主要用到的電氣設備有 PLC 及 FX2N-2LC 特殊模型塊、觸摸屏、步進電動機驅動器及步進電動機、氣動元件以及按鈕等。
（3）立體倉庫單元
本單元負責對加工完畢的工件實行分類倉庫，主要應用堆垛機、立體倉庫以及相應的執行機構含有概括。堆垛機的定位位移由 FX2N-20GM 模型塊控制兩個伺服電動機在水平和垂直面動作來完成。本單元主要電氣設備有 PLC、觸摸屏、伺服驅動器及伺服電動機、氣動元件、按鈕等。2.4 本章小結本章經過對目前實際生產中經經典型柔性生產線的構造及功能實行研究解析，在此基礎上并按照學校現狀提出該柔性生產線教學設備應具備的功能，同時對該教學設備需適用的專業課程實訓界限提出了明確的要求。按照電氣自動化課程標準，為每個實訓找到相應的載體模型塊，并對載體模型塊實行集合，初步規劃出柔性生產線教學設備的基礎功能單元。后，按照目前常見的的柔性生產線布置方法確定--教學設備應用直線型加環形的集合布置方法。
第三章 柔性生產線控制系統設計
控制系統是柔性生產線教學設備的重要包括部分，主要負責整個教學設備各個單元數值的接受和處置整理并向執行機構發送信號。針對于教學設備靈活多變的特殊性，在控制系統的設計方面盡量使其設定有開放性，鍛煉學員的實踐能力。
3.1 控制系統設計思路
按照電氣自動化專業課程標準，并集合實際柔性生產線的控制方法，本控制系統應用"電氣"集合的設計思路。"電氣"集合是指在各個單元信號的接收、處置整理及輸出部分應用"電"，在部分邏輯控制線路輸出部分應用小型的電磁閥將電信號轉化為"氣"，經過"電氣"集合的方法驅動相應的氣缸執行機構動作。"電氣"集合控制方法的優勢在電信號可以完成遠距離控制，氣動信號具備良好的抗干擾能力。在惡劣的環境中，可以按照其不一樣的特別點實行分離式裝配，如電線路可以裝配在遠離惡劣環境的實操室，氣動執行機構可以裝配在惡劣環境現場。本教學設備雖然在作業時不存在惡劣環境，但是可以經過對控制系統的認知理解電氣信號控制和氣動信號控制的特別點。
第三章 柔性生產線控制系統設計
3.2 電源部分設計
電源部分在本系統中起著重要的作用，不一樣的控制器對電源有著不一樣的需求，所以在設計的時候應該嚴格參照控制器的電源功能數值，以防止控制器的損壞。不一樣控制器在通電時還存在一些順序要求，所以設計時必須考慮到各個控制器的得電順序，有些順序可以經過程序來完成，有些順序必須經過電氣線路控制完成，因此在電源模型塊的設計時應設定必要的開關以及中間繼電器。為防止使用者誤實操導致的一些故障，在電源模型塊中應設定熔斷器等保護裝置。
