柔性制造生产线仿真实训系统技术方案_工业4.0物联网控制实训系统｜机电一体化实训设

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柔性制造生产线仿真实训系统技术方案

1.1. 用途：以柔性生产加工自动化控制技术为核心，利用无线传感网络技术远程对模拟自动化生产制造系统进行操控，能够实现工件存储、工件上料、工件加工、工件检测、工件搬运、工件运输、立体仓库等多种复杂功能，强化各种控制和工程实践能力。对专业学生进行工程实践、课程设计及工程技术人员进行培训。
1.2. 要求：无线传感网络柔性生产加工实训系统；ERP先进制造物联网云平管理系统；实时远程监控系统；RFID工业生产自动化检测管理系统；Cortex-A9核心控制板、工业4.0物联网网关控制系统、板载无线传感网络模块、RFID开发系统、仿真器、各类传感器模块和各类通信模块等多领域先进技术研制而成，配套教学资源及教学开发网络课程体系。
派技术人员到甲方免费进行设备的安装、调试。安装、调试期间，乙方需向甲方免费用提供不少于三天的设备使用方面的培训，培训以甲方人员能独立操作设备结束。
1.3. 技术指标：（带★号参数为关键参数，必须全部满足）
1.3-1.供料单元：
★ 完成下列加工功能：供料工作单元的主要作用应是提供加工工件。在管状料仓中应存放8个工件。供料过程中，双作用气缸应逐一从料仓中推出工件，接着转换模块上带有真空吸盘的夹钳应将工件吸起，转换模块的转臂应在旋转缸的驱动下将工件转换至下一个工作站的传输位置。
l 机械:铝合金结构，表面经过硬质氧化处理，表面强度增加300倍，防止划伤，方便组装及调试，车体尺寸为:350mmX720mmX750mm,方便学生拆卸、按钮采用工业级，使用寿命可以达到10万次以上，按钮数量为8个；工作单元的机械安装；
l 气动: 气动元器件间的管路连接、气抓手、气动线性驱动器；
l 电气: 电气元器件的正确布线；
l 传感器: 正确使用限位开关；
l PLC的编程及应用、控制操作手装置；
l 系统调试:完整加工顺序的调试、工作周期的优化、气源或电源损失情况下的安全措施。
l 基本技术参数：工作压力 600 kPa (6 bar)、稳压电源 24 V DC、5数字量输入、6数字量输出。
l 操作手工作单元必需包括下列主要组成部分：电气元件、传感器。
主要技术指标：
l 控制电源：直流24V/5A
l PLC控制器：西门子S7-200系列
l 专用插座：24PIN
l 传感器：电磁式传感器、真空传感器
l 控制面板：开始、复位、特殊功能按钮、自动/手动、单站/联网、停止、上电、急停
1.3-2、检测单元：
★ 完成下列加工功能：检测工作单元的主要作用应是检测加工工件的特性。光电式及电容式传感器应完成区分工件的工作。应由反射式光电传感器检测在加工工件被无杆缸提升至加工位置之前，该位置是否为空。应由模拟量传感器检测工件的高度。由无杆缸将合格的工件传送至气动滑槽的上层，并将不合格的工件检出至气动滑槽的下层。
l 机械:铝合金结构，表面经过硬质氧化处理，表面强度增加300倍，防止划伤，方便组装及调试，车体尺寸为:350mmX720mmX750mm,方便学生拆卸、按钮采用工业级，使用寿命可以达到10万次以上，按钮数量为8个；工作单元的机械安装；
l 气动：无杆气缸的使用；电气：电气元器件的正确布线；
l 传感器: 数字量开关特性下，光电式传感器及电容式传感器的操作模式和应用、应用模拟量位移编码器了解模拟量传感器的操作模式及应用；
l PLC：PLC的编程及应用、模拟量信号加工。
l 系统调试:完整加工顺序的调试；
l 系统纠错:生产系统中的系统纠错。
l 基本技术参数：工作压力 600 kPa (6 bar)，稳压电源 24 V DC，8 数字量输入，5 数字量输出。
l 检测工作单元必需包括下列主要组成部分：气动及电气元件、传感器。
主要技术指标
l 控制电源：直流24V/5A
l PLC控制器：西门子S7-200系列
l 专用插座：24PIN
l 传感器：电磁式传感器、光电传感器、电感传感器、高度传感器
l 控制面板：开始、复位、特殊功能按钮、自动/手动、单站/联网、停止、上电、急停
1.3-3、加工单元：
★ 完成下列加工功能：在加工工作单元，工件应在旋转平台上被检测及加工。旋转平台应由交流伺服电机驱动。可通过电感式传感器检测平台的位置。工件必需在平台并行完成检测及钻孔的加工。加工完的工件，应通过气动拔条输出送到下一个工作站。
l 机械:铝合金结构，表面经过硬质氧化处理，表面强度增加300倍，防止划伤，方便组装及调试，车体尺寸为:350mmX720mmX750mm,方便学生拆卸、按钮采用工业级，使用寿命可以达到10万次以上，按钮数量为8个。工作单元的机械安装、线性驱动器的选择；
l 电气: 电气元器件的正确布线；
l 传感器: 限位开关的正确使用；
l PLC: PLC编程及并行加工顺序。
l 系统纠错: 生产过程中的系统纠错；
l 基本技术参数：稳压电源 24 V DC、8 数字量输入、8 数字量输出。
l 加工工作单元必需包括下列主要组成部分：电气元件、传感器。
主要技术指标：
l 控制电源：直流24V/5A
l PLC控制器：西门子S7-200系列
l 交流伺服电机及其控制器
l 调速阀、磁性开关：D-C73、D-Z73
l 气缸：CDJ2B10-45-B、MGP16-75、CDJ2B10-15-B
l 专用插座： 24PIN
l 传感器：光电传感器、电磁感应器、电感传感器
l 控制面板：开始、复位、特殊功能按钮、自动/手动、单站/联网、停止、上电、急停
主要功能如下:
l PLC综合编程使用实验；
l PLC与电感、光电、磁性、机械传感器综合实验；
l 触摸屏人机界面实操实验；
l 触摸屏人机界面开发实验；
l 组态软件开发实验；
l 组态软件实操实验；
l 组态软件与PLC通讯实验；
1.3-4、直线坐标机器人组装单元
直线坐标机器人组装单元实现工件的组装，本单元是本系统的核心单元，它将不同的工件进行装配，生成一套完整的成品，本单元要实现工件包装底座运输、转移，模拟工件准确放置、还要准确加放顶盖功能，能实现比较复杂的逻辑控制。本装置配置一套SIEMENS PLC系统。该站可单独完成PLC综合编程、直线坐标机器人综合控制、气动技术综合使用、传感器技术、步进电机综合控制、单相调速电机、机械安装与调试技术、电气控制技术等各项训练。也可与别的工作站组合在一起，完成复杂的工业系统的综合训练。
主要功能如下:
l 直线坐标机器人PLC综合编程使用实验；
l 直线坐标机器人HMI触摸屏人机界面开发实验；
l 直线坐标机器人HMI触摸屏人机界面与PLC通讯实验；
l 直线坐标机器人HMI触摸屏人机界面与PLC通讯实验；
l 直线坐标机器人组态软件实操实验；
l 直线坐标机器人组态软件开发实验；
l 直线坐标机器人组态软件与PLC通讯实验；
l 直线坐标机器人步进电机与PLC转移机械手位置定位实验；
l 直线坐标机器人双坐标定位实验；
l 直线坐标机器人PLC与气动换向电磁阀综合控制实验；

1.3-5、工业级回形传送带模块
★ 主要组成与功能：执行部件由工业级交流传送带、光电传感器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成；主要完成将工件环形传送。
主要技术指标：
l 控制电源：直流24V/5A
l PLC控制器：西门子S7-200系列
l 交流电机及变频控制器
l 调速阀、磁性开关：D-C73、D-Z73
l 气缸： MK20-40
l 专用插座： 24PIN
l 传感器：光电传感器、电磁感应器、电感传感器
l 控制面板：开始、复位、特殊功能按钮、自动/手动、单站/联网、停止、上电、急停
1.3-6、立体存储单元：
★ 主要组成与功能：立体仓库模块将加工工件分装多层仓位上。X轴、Y轴由步进电机驱动，用以确定仓位，Z轴由气动推块组成，可将工件轻松推入立体仓库。作为加工流程的*后一站，存储加工处理过的工件，将系统加工完成或前站送来的合格产品，按照不同类别进行分类立体存储。
l 机械:铝合金结构，表面经过硬质氧化处理，表面强度增加300倍，防止划伤，方便组装及调试，车体尺寸为:350mmX720mmX750mm,方便学生拆卸、按钮采用工业级轻感应触摸式，使用寿命可以达到10万次以上，触摸按钮数量为8个。工作单元的机械安装、不同电气驱动件的选择及使用；
l 气动：气动元器件间的管路连接；
l 电气：电气元器件的正确布线；步进驱动系统的应用；
l 传感器：限位开关的应用、各种接近式传感器的操作模式及应用；
l PLC：PLC控制器：西门子S7-200系列
l 系统调试：完整加工顺序的调试。
l 基本技术参数：工作压力 600 kPa (6 bar)、稳压电源 24 V DC、4数字量输入、4 数字量输出。
主要技术指标：
l 控制电源：直流24V/5A
l PLC控制器
l 步进电机
l 步进驱动器：
l 调速阀：出气节流式
l 磁性开关：D-C73
l 气缸：CDJ2B10-60-B
l 专用插座：24PIN
l 限位开关：RENEW RV-163-1C25
l 控制面板：开始、复位、特殊功能按钮、自动/手动、单站/联网、停止、上电、急停
主要功能如下:
l PLC与电感、光机电一体化技能考核系统、磁性、机械传感器综合实验；
l 变频器操作、参数设置实验；
l PLC与变频器调速实验；
l 编码器原理、接线与实操实验；
l PLC与编码器位置测量编程实验；
l 立体仓库PLC综合编程使用实验；
l 立体仓库HMI触摸屏人机界面开发实验；
l 立体仓库HMI触摸屏人机界面与PLC通讯实验；
l 立体仓库组态软件开发实验；
l 立体仓库组态软件与PLC通讯实验；
l 步进电机原理、接线和维护实验；
l 立体仓库步进电机与PLC位置定位实验；
l 立体仓库PLC与气动换向电磁阀综合控制实验；
l 立体仓库装置全自动控制编程课程；
1.3-7、搬运单元：
★ 组成与功能：执行部件由机械手、横臂、上下杆不回转气缸、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成；主要完成将工件从上站搬至下一站。
l 机械:铝合金结构，表面经过硬质氧化处理，表面强度增加300倍，防止划伤，方便组装及调试，车体尺寸为:350mmX720mmX750mm,方便学生拆卸、按钮采用工业级轻感应触摸式，使用寿命可以达到10万次以上，触摸按钮数量为8个。工作单元的机械安装；
l 气动:气动元器件间的管路连接、气抓手、气动线性驱动器；
l 电气: 电气元器件的正确布线；传感器: 正确使用限位开关；PLC的编程及应用、控制操作手装置；采用FX2N型PLC。
l 系统调试:完整加工顺序的调试、工作周期的优化、气源或电源损失情况下的安全措施。
l 基本技术参数：工作压力 600 kPa (6 bar)、稳压电源 24 V DC、5数字量输入、4 数字量输出。
l 操作手工作单元必需包括下列主要组成部分：气动及电气元件、传感器。
主要功能如下:
l 转移机械手综合编程控制实验；
l 整套装置全自动控制编程课程；
1.3-8、工业4.0无线传感网络控制单元
★ 工业4.0物联网网关控制系统采用Cortex-A9架构核心处理器，必须具备PLC控制功能、网口、ZEGBEE无线传感网络网关模块、串口等标准通用接口，可即时与各类工控设备连接通讯，投标现场必须利用制造商云平台演示工业4.0网关与PLC之间的数据通讯及信息交互功能，云平台必须开放资源并跨越智能手机、平板以及电脑三种平台的应用开发。
（1）★ 无线传感网络控制单元由工业4.0物联网网关控制系统、无线传感网络节点、Cortex-A9核心控制平台、多功能输入输出电源和多功能创新平台组合而成。
（2） ★ 无线传感网络控制单元采用模块化设计，无线网关及节点采用CC2530芯片，支持IEEE 802.15.4国际标准2.4GHz频段规范，支持ZigBee-Pro协议栈；提供Mini USB接口、可以直接通过该接口对节点进行程序烧录及调试；支持电源供电与电池供电两种供电方式。
（3）开发平台提供板载网关，节点采用CC2530芯片，提供USB接口；128*64 图形LCD 显示屏；多路按键；1路复位按键；1路精密可调电位器；4路GPIO接口的LED；支持2.4G超低功耗无线通信技术；支持Zigbee2007/PRO；支持TinyOS。
（4）配套调试转换节点及无线传感网络模块:1个光照传感器模块；1个霍尔传感器模块；1个温度传感器模块；1个继电器模块；1个雨滴传感器模块；13.6MRFID模块。
（5）无线传感网络控制单元输入电源：单相三线220V±10% 50Hz，工作环境：温度-10℃～+40℃ 相对湿度＜85%（25℃）；
（6）电源：多功能开关电源，正六边形铁制保护盒；3组9个以上多功能插座（220V）；2组以上9个弱电电源接口；输出直流电源二组，电压为：+12V\-12V；+5V\-5V；（7）尺寸：不小于120*120*90（CM）。
（7）无线传感网络控制单元配置STC15DE核心开发板、STM32F104核心开发板、MSP43-MSP430F149核心开发板、CC2530核心开发板。
（8）★ 提供丰富的硬件接口电路和功能模块。1）显示功能模块：①点阵显示模块，由16×16单色点阵LED显示及驱动电路组成；②选配12864、1602和TFT彩色液晶显示；③8位七段动态数码和1位静态数码显示。2）按键功能模块：①4x4 16矩阵按键；采用贴片式轻触按键设计；②4个独立按键；③4个可进行AD采用按键。3）传感器功能模块：①板载DTHxx系列温湿度传感器；②DS18B20数字温度传感器；③红外收发模块；④可扩展传感器调理电路，可以对传感器进行模拟和数字输出转换。4）蜂鸣器功能模块：①板载支持有源和无源蜂鸣器。5）AD/DA功能模块：①板载PCF8591芯片，能够同时进行数模/模数转换，②外接拨盘式电位，可进行单声道耳机输出。6）串并和并串转换模块：①串行信号转并行信号芯片74hc164，通过串口或者模拟串口信号输入，输出8位并口信号，多用于单片机本身端口不够使用的情况；②SN74HC595D是8位并行输入串行输出移位寄存器，板载两片SN74HC595D可在末级得到互斥的串行输出。 7）译码和数据锁存模块：①三八译码芯片SN74HC138D，输出8路信号，多用于单片机本身端口不够使用的情况；②SN74HC573DW可完成对8路信号进行锁存输出。 8）方波产生模块：①板载两片SN74HC4040D芯片和8M晶振，可产生4MHz-1Hz的方波输出。9）电机控制模块：①板载ULN2003D电机驱动芯片，可实现步进电机和直流电机驱动。10）串口转换：①板载MAX232串口芯片和CH340G 串口转USB芯片，可以实现两种串口通信功能。11）485和CAN通信：①板载PCA82C250 RS485芯片，支持全双工485通信和CAN通信。12）RTC实时时钟电路：①板载PCF8563时钟电路，可实现RTC实时时钟功能。13）供电电路：①板载大功率LM2576 DC-DC电源转换电路和AMS1117-3.3电源芯片，为系统提供5V和3.3V电源；同时扩展了3组电源输出；电源采用全桥整流，可实现9V交直流输入。14）大容量Flash存储模块：①板载 W25Q16 16K大容量Flash存储芯片，实现对大数量的存储，电路巧妙采用3.3V-5V接口，实现对不同电压微处理器对Flash芯片的读写。15）MicroSD卡模块：①SD卡模块，电路巧妙采用3.3V-5V接口，实现对不同电压微处理器对MicroSD卡；16）继电器输出模块：①1路大功率继电器，市电专用接线端子，预留常开、常闭、公共接点，可以直接连接220V电器设备。
（9）多功能实训台:输入电源相三线220V±10% 50Hz，工作环境温度-10℃～+40℃ 相对湿度＜85%（25℃），实训台尺寸不低于是120CM×130CM×90CM。
（10）物联网多功能输入输出电源：必须配带安全保护模具，3组9个以上多功能插座（220V）；2组以上9个弱电电源接口；输出直流电源二组电压为：+12V/-12V、+5V/-5V 。
（11）★ 提供全部的原理图，内核代码及配套设备的网络课程体系作为设备验收的必要条件；网络课程体系需提供网站地址、网络课程体系截图及投标现场演示；每个课时的网络课程体系必需配备完善的实验导学、实验课程支撑文档、配套实验讲解视频，实验课程实施及考核要求。投标现场演示与STC15DE核心板配套的网络教学课程体系15课时，与STM32F104核心板配套的网络教学课程体系12课时，与MSP43-MSP430F149核心板配套的网络教学课程体系12课时，与CC2530核心开发板核心板配套的IAR网络教学课程体系18课时，开放授权45个，签合同前与用户确认。
1.3-9、先进制造工业4.0的物联网云平台管理与大数据采集系统
★ 先进制造工业4.0的物联网云平台管理与大数据采集系统平台是一种基于物联网上层云服务器的计算模型，实现将所有的数据中心进行托管并统一管理，同时用户可以获得完整数据使用及交互使用及数据处理，运用物联网云平台、远程控制技术、RFID技术、网络通讯技术等信息技术把处理后的决策数据送到工业设备终端。
1.3-10、气泵：
l 输出压力：*大700 kPa (7 bar)；流量： 95 l/min；储气罐容量：50 l；噪音量：2 m处68 dB (A)；压缩机：220V/50 Hz; 0.55 kW。

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