1、柔性制造机电一体化教学培训系统论文关键词：柔性制造系统 机电一体化 模块化 教学培训 论文摘要：文章介绍一种应用当前最先进的工业自动化控制技术的用于教学培训的柔性制造系统。 1 引言 随着工业自动化技术的迅猛发展，现代自动生产加工系统中的控制和操作技术越来越复杂，往往综合了机械、气动、液压、传感器技术、PLC 及伺服驱动、数控技术、机器人技术、通信技术、柔性制造及计算机集成制造技术等多门学科，因此对于工业现场的应用技术人员也提出较高的要求。对于培养生产一线的技术应用型人才的高等职业技术教育院校来说，提供模拟自动化生产加工系统的综合实训环节，培养学生的综合工程应用能力，满足现代化企业生产的需求是
2、我们的教学理念。在教学中我们引入了德国某公司的 FMS50 系统，也称为柔性制造系统机电一体化培训设备。 2 系统的组成和功能 此柔性制造系统是一套模拟实际工业自动化生产中不同复杂程度控制过程的柔性加工中心。根据系统的不同运行状态，可实现对生产加工过程的改变和控制。图 1 所示为该物流系统的平面示意图，整个系统由以下 13 个工作站组成:供料站;检测站;提取站;加工站;图像处理站;装配站;暂存站;提取站;成品分装站;闭环柔性输送装置;柔性加工系统上下料机器人;数控车床;数控铣床。 该系统的生产过程模拟短行程气缸的装配，其中包括的零件有:缸体、活塞、弹簧和端盖。整个加工系统的流程为:工件由送料站
3、送人检测站检测站检测工件的状况将合格零件放人传送带上的工件运送车上由提取站中的机械手上下料装置将工件放人加工站进行加工再将工件放回传送带上工件经过图像处理站时由工业图像处理系统检测将要进行装配的工件形状是否合格合格工件进人下一个站(不合格工件将被剔除)装配站中的五轴机器人对气缸进行组装(其中缸体由传送带运送，活塞储存在装配站的货盘上，端盖和弹簧储存在料舱中)暂存站将装配好的工件暂存于高层仓库中(可按需要将工件放回到传送带上)一由提取站中的机械手上下料装置按工件的颜色将工件从传送带上放人成品分装站中成品分装站完成成品输出。 此系统是一个可以扩展的可以连接多个工作站的系统，并在生产过程中可柔性地面
4、对运行状态且可以按相应的情况控制物流。其主要单元是负责向系统内个工作站间输送零件的闭环柔性输送装置。每个工作站中都带有由 STEMENS S7 一 300 系列控制器和数字量 vo 模块组成的控制板，控制板与工作站的连接通过一根标准的 vo 电缆连接。传送系统的控制也由 SIEMENS S7 实现。工作站之间的通信由 vo 接口定义，传送系统内部的数据传送由 AS 一 1(执行器和数字传感器组成的网络)总线实现。工作站与传送系统之间的通信通过 vo 接口定义。在 FMSSo 中使用SIEMENS 的 WinCC 对系统进行监视，控制以及数据采集。为了实现 WinCC和 PLC 之间的数据交换，
5、该系统采用了 Profibus 一 DP 现场总线。WinCC发送数据到 PLC，同时从 PLC 接收数据信息。通过 WinCC 在主机中按照级别的优先权监控每个设备的运行情况，并且通过一根电缆即可完成在线对 PLC S7 编程和故障诊断。 该系统包含实际生产加工的主要功能:来料分配、工件检测、工件操作(机械手上下料)、工件加工及处理、质量控制(图像处理)、自动装配(五轴机器人装配)、立体仓库(料仓)、工件输出、工件分拣、闭环柔性输送装置、数控加工等。使用该系统应可以完成不同复杂程度、各种主要课题的教学培训，如:气动技术、机械技术、通信技术、机械手技术、传感器技术、PLC 技术、电气/电子技术
6、、自动控制技术、传动技术、物流技术、数控技术和系统管理等。 3 模块化工作站 构成柔性制造系统 FMS50 中的各工作站均包括独立的电气和可编程控制器单元，带有一个标准 vo 接口用于与 PLC 板的连接。机械和气动单元按照各工作站的不同生产功能可以由标准模块组装而成，灵活性较大，气动系统的控制原理相似。 以工件提取站为例，该站完成将工件从传送带上提取并将其放置在加工站上的分度盘上的任务。它的主要组成模块是完成 x 轴运动(运送工件)的无杆气缸 A、完成:轴运动(提放工件)的扁平气缸(提升缸)B，气动平行抓手 C(抓取工件)和由 3 片紧凑型阀组成阀岛 CPV10 及滑槽模块。气动控制回路图如
7、图 2 所示。图中 A 缸和 B 缸控制回路中的单向节流阀用于控制两缸的行进速度;A 缸控制回路中的两个气控单向阀在回路中形成气动锁，是一种安全措施，可使气缸在系统断电或停气时在任意位置保持不动。阀岛中的 3 个电磁阀 C,M,M 分别控制气缸 A,B,C。其中 C 型电磁阀由两个常断式单电控二位三通电磁阀组成;M 型电磁阀是单电控二位五通电磁阀。 模块化工作站的特点是工作站中的小型模块应该能够体现生产加工中的各种单独功能或组装加工，采用的控制模式与实际生产中相同，每个工作站均包含独立的电气及可编程序控制器单元且采用标准的电气接口，每个工作站本身可以单独用于教学实训，每个模块都具有相应的培训内
8、容，各工作站之间通过电缆或总线连接可以形成不同形式的柔性制造系统。 4 该系统的教学培训理念 FMS50 系统的模块化设计，可以单独训练 PLC 编程和机器人操作技术及各工作站，如工件自动装配、自动输送、缓冲仓储等。在教学实践中，采用模块化教学方法，教学的过程从基础简单的操作和控制逐步扩展到复杂操作的控制，具体操作是将学生分组训练，每组学生要完成从模块的机械、气动与电气元件组装安装到工作站的气动与电气回路连接，再根据工艺要求进行 PLC 编程，调试、操作、维修及故障排除。在工作站之间的连接和工作站与传送系统的连接过程中，学生可以了解到 vo 通信和总线控制技术。并且通过监视、控制以及数据采集软
9、件 vvnrcc，了解系统的物流和信息流运行情况。在整个训练过程中可以使学生将所学过的专业知识加以综合应用，并能培养学生的学习能力、独立思考能力及团队合作精神。由于该系统是开放式的，学生可以在训练中加人自己的创新思想，重新组合或开发新的工作站，组成不同的机电一体化系统。在高层次的训练中，可以对学生进行诸如远程控制、图像识别、机器人、交互式仿真系统 COS/MIR 软件(提供建模、运动仿真及三菱机器人编程仿真)等知识的培训。 5 结束语 这种系统由于集成真实工业元件、控制系统及软件，且采用的技术均是目前世界上在工业自动化领域内最先进最前沿的技术，具有综合性、模块化及可扩充等特点。它能满足学生不同的技术基础，具有较好的完整性、灵活性和适用性。实际教学证明，该系统成功地调动和开发了学生在机电一体化综合应用技术方面的个人学习潜力和创新能力，实用性强，能够满足对机电一体化高级技术人才的培养。
