教學設備

   電氣自動化專業(yè)課程主要有 PLC 技術、變頻技術、傳感器技術等。并且主要為技術性的實踐內(nèi)容，實訓質(zhì)量將直接影響到學生的技能水平。通過對目前典型柔性生產(chǎn)線各個部分的研究，在為了使教學設備與實際柔性生產(chǎn)線盡量的貼近的前提下，建立起柔性生產(chǎn)線教學設備的框架模型,主要由傳送分揀單元、搬運加工單元、立體倉庫單元組成。該教學設備設計為一套半開放式的實訓平臺，在使用的時候可以根據(jù)自己的需求選擇單獨單元、多個單元以及單元中的某個部分進行實訓。各個單元均安裝在實訓臺上，便于單元中機械機構以及氣動元件的安裝、控制線路的布線、氣動電磁閥以及氣管等的安裝。各個單元的設計在滿足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(tǒng)中的數(shù)控加工部分由于體積較大，價格較貴，且一般學校都有專門的數(shù)控加工實訓室，所以該設備中不必設置數(shù)控加工部分。
2.2.2 功能需求分析
該柔性生產(chǎn)線教學設備的研制目的是為電氣自動化專業(yè)學生提供一個綜合實訓平臺。根據(jù)本專業(yè)課程標準以及人才培養(yǎng)目標，該平臺不僅要完成單門專業(yè)課程的典型實訓，還要能夠進行多門課程的綜合性實訓。根據(jù)電氣自動化專業(yè)《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 及特殊模塊的應用實訓（該實訓主要讓學生了解 PLC 的基本知識；掌握編程軟件的使用；掌握 PLC 特殊功能模塊的使用）；
（2） 傳送帶速度/位置控制實訓（該實訓主要讓學生完成對環(huán)形傳送帶單元速度控制的 PLC 程序編寫及調(diào)試、變頻器參數(shù)設置）；
（3） 氣動技術實訓（該實訓主要讓學生了解氣動傳動和控制方法、繪制簡單氣動回路）；
（4） 人機界面技術實訓（該實訓主要讓學生熟悉觸摸屏的操作、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（該實訓主要讓學生熟悉通信方式的種類；掌第二章 柔性生產(chǎn)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（該實訓主要讓學生熟悉傳感器的分類及選型、傳感器
參數(shù)調(diào)整）；
（7） 綜合實訓（為學生的畢業(yè)設計、技能競賽等提供實訓平臺）
2.3 教學設備總體設計
當具體的實訓要求確定下來之后，為了實現(xiàn)以上實訓功能，就必須為每個實訓找到相應的載體模塊,將具體的自動化器材設備融入到各個單元模塊中。本節(jié)主要對各個單元的布局以及主要用到的電氣設備做了介紹。
2.3.1 教學設備的總體布局
目前典型柔性生產(chǎn)線的布局主要是基于工件傳輸路線的布局方式，主要有如下幾種：
（1） 直線型
直線型布局是比較簡單的布局方式，各個單元按照直線排放，工件主要由小車或者傳送進行運輸，這種布局方式適合于工件品種較少且裝配簡單的大批量加工制造情況。
（2） 圓環(huán)型
圓環(huán)型布局是將工件的傳輸路線設計成一個圓環(huán)，各個單元沿著這個圓環(huán)布置，這種布局方式可以提高設備的容錯性，當其中的某個單元發(fā)生故障時也不會導致整條生產(chǎn)線的停止運行。根據(jù)學校實訓室場地以及工件種類較少的情況，本柔性生產(chǎn)線教學設備采用直線型加圓環(huán)型的布局。
2.3.2 教學設備的組成
通過對典型柔性生產(chǎn)線的功能研究，并結合教學設備的功能需求，對本文中教學設備的組成進行確定。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組成。
（1） 傳送分揀單元
將傳送分揀單元設定為整個系統(tǒng)的起始部分，包括上料部分、傳送帶部分、分揀部分，主要作用是對工件進行分揀并為下一個部分提供工件。當系統(tǒng)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(qū)。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
本單元包括搬運和加工兩個部分。搬運功能由一臺在絲杠上左右運動的三自由度機械手完成，機械手的左右、上下、旋轉由步進電機驅動。加工主要是對工件進行加熱以及簡單裝備，加熱單元主要由電熱絲、熱電偶傳感器、FX2N-2LC 模塊完成。本單元中主要用到的電氣設備有 PLC 及 FX2N-2LC 特殊模塊、觸摸屏、步進電機驅動器及步進電機、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進行分類倉庫，主要由堆垛機、立體倉庫以及相應的執(zhí)行機構構成。堆垛機的定位移動由 FX2N-20GM 模塊控制兩個伺服電機在水平和垂直面運動來實現(xiàn)。本單元主要電氣設備有 PLC、觸摸屏、伺服驅動器及伺服電機、氣動元件、按鈕等。2.4 本章小結本章通過對目前實際生產(chǎn)中典型柔性生產(chǎn)線的結構及功能進行研究分析，在此基礎上并根據(jù)學校現(xiàn)狀提出該柔性生產(chǎn)線教學設備應具備的功能，同時對該教學設備需滿足的專業(yè)課程實訓范圍提出了明確的要求。根據(jù)電氣自動化課程標準，為每個實訓找到相應的載體模塊，并對載體模塊進行組合，初步規(guī)劃出柔性生產(chǎn)線教學設備的基本功能單元。最后，根據(jù)目前常見的的柔性生產(chǎn)線布局方式確定本文教學設備采用直線型加環(huán)形的組合布局方式。

第三章 柔性生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計
控制系統(tǒng)是柔性生產(chǎn)線教學設備的重要組成部分，主要負責整個教學設備各個單元數(shù)據(jù)的接受和處理并向執(zhí)行機構發(fā)送信號。針對于教學設備靈活多變的特殊性，在控制系統(tǒng)的設計方面盡量使其具有開放性，鍛煉學生的實踐能力。
3.1 控制系統(tǒng)設計思路
根據(jù)電氣自動化專業(yè)課程標準，并結合實際柔性生產(chǎn)線的控制方式，本控制系統(tǒng)采用“電氣”結合的設計思路。“電氣”結合是指在各個單元信號的接收、處理及輸出部分采用“電”，在部分邏輯控制回路輸出部分采用小型的電磁閥將電信號轉化為“氣”，通過“電氣”結合的方式驅動相應的氣缸執(zhí)行機構動作。“電氣”結合控制方式的優(yōu)勢在電信號可以實現(xiàn)遠距離控制，氣動信號具備良好的抗干擾能力。在惡劣的環(huán)境中，可以根據(jù)其不同的特點進行分離式安裝，如電回路可以安裝在遠離惡劣環(huán)境的操作室，氣動執(zhí)行機構可以安裝在惡劣環(huán)境現(xiàn)場。本教學設備雖然在工作時不存在惡劣環(huán)境，但是可以通過對控制系統(tǒng)的認識了解電氣信號控制和氣動信號控制的特點。
第三章 柔性生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計
3.2 電源部分設計
電源部分在本系統(tǒng)中起著重要的作用，不同的控制器對電源有著不同的需求，所以在設計的時候應該嚴格參照控制器的電源參數(shù)，以防止控制器的損壞。不同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，有些順序可以通過程序來完成，有些順序必須通過電氣線路控制完成，因此在電源模塊的設計時應設置必要的開關以及中間繼電器。為防止使用者誤操作導致的一些故障，在電源模塊中應設置熔斷器等保護裝置。