上海同育 工業4.0--風扇智能組裝生產線教學平臺

工業4.0--風扇智能組裝生產線教學平臺

一．總體要求

工業4.0--風扇智能組裝生產線系統利用先進的控制策略與服務軟件，將硬件設備進行集成，實現人、組裝件與機器的智能通訊與協同工作。在組裝過程中，各工件攜帶電子標簽，內有所有用戶定制化的加工任務，它可自行與機器人、組裝設備進行通訊，完成既定的裝配任務。該智能生產線系統應具有前瞻性、引導性、開放性、實用性，能使學生可以完成工業4.0智能工廠實驗室系統中的設計、組裝、編程、調試、操作及維護等一系列課題的培訓，能使教師可以完成相應的教學與科研工作。

二.工作站組成

整線共有七個工作站和一個總控制臺構成：

（1）底座送料工作站

（2）線圈送料工作站

（3）銅套送料工作站

（4）扇葉磁環組裝工作站

（5）視覺檢測及裝盒工作站

（6） AGV搬運工作站

（7）堆垛機及立體倉儲系統工作站

（8）上位機總控臺

三.工作流程

1站風扇底座送料→2站風扇線圈組裝→3站風扇銅套組裝→4站磁環和葉片組裝→5站視覺檢測將合格品與不合格品進行分揀→AGV運送合格產品到立體貨架中。工業顯示屏可以直觀地顯示出整條流水線的工作狀態。

四.生產線設計要求

控制系統主站采用西門子S7-1500，從站采用S7-1200，各站之間使用工業以太網總線進行通訊，S7-1200從站主要用于控制與驅動設備層，并對現場反饋的信號進行采集，S7-1500主站采集各從站數據，協調各站運行，并為上位機的監控程序提供數據，可以完成系統控制網絡的集成。生產線融機、光、電、氣于一體，包含了PLC、機器人、傳感器、氣動、工業控制網絡、電機驅動與控制、計算機、機械傳動等諸多技術領域，整個系統由WINCC監控系統、主控PLC和下位PLC通過網絡通訊技術構成一個完整的多級計算機控制系統，通過訓練，能強化了學生對復雜柔性自動生產線的設計、安裝、接線、編程、調試、故障診斷與維修等綜合職業能力。

五.系統具備以下功能

教學設備，但其組成機構、控制元件都是工業用器件，同時又能模擬出與實際生產過程相接近的控制環境，具有結構簡單、直觀且實用的特點，便于實現教學。

六.技術指標

（1）實訓設備為模塊化開放式設計結構，不僅可作為獨立的系統單獨使用，也可以作為子系統與其它類似設備組合，構成自動化生產線系統，具有功能的任意組合性，可擴展性等優點；

（2）各種氣動元件、電氣元件以及機械運動執行機構的工作過程及運行狀態具有直觀性；

（3）具有良好的安全性能。

（4）輸入電源:三相AC380V±10%；

（5）氣源壓力：0.4～0.6MPa；

（6）工作環境：溫度-5oC～+40oC；濕度85%（25oC）；海拔＜4000m；

（7）組裝生產線外形尺寸：8000X5000MM

七．各站技術參數

1．上位機總控臺 

控制臺主要由S7-1500西門子二位選擇開關、啟動和停止開關、急停開關、復位開關、上位機計算機，網絡監控單元等組成，主要完成監視各分站的工作狀態并協調各站運行，完成工業控制網絡的集成。

（1）標準控制柜  一臺

800*800*1600MM，鋁型材骨架，配有可移動腳輪，封板表面噴塑處理。

（2）電器控制板           一塊

開放式安裝, 西門子CPUS7-1500 及電源一套，漏電開關，交流接觸器，開關電源1套

（3）開關控制面板          一塊

可點動，可整機控制工作站的啟停.

（4）生產管理系統

生產管理系統的主要功能是通過該系統接受生產訂單信息，可通過手機在線下單APP，也可接受互聯網智能終端傳遞的生產訂單信息?？偪嘏_電腦裝有總控組態軟件，可實時監控生產線各設備狀態、報警、故障以及產品的出入庫信息；可以向各設備發送指令，控制各設備的運行、停止和等待；記錄生產調度的歷史信息；統計生產的產品數量類型；與客戶端互動，定時或按要求向客戶端發送生產進度信息，使客戶了解當前訂單加工狀態。

2. 底座送料工作站 

 一站底座送料

四軸直角坐標機器人將風扇底座從原料庫中取出放入生產流水線上，另一氣動機械手回收物料盤

（1）三軸直角坐標機器人

   X,YZ均為步進驅動，同步帶機構，各配3個光電傳感器抓取機械手配Ф16指夾缸（1條），配電磁閥1個

（2）推料模塊

 Ф20X400無桿缸一條，光電傳感器2個，配電磁閥1個

（3）雙軌輸送帶模塊

雙軌編織帶機構，配15W單相調速電機，軌道寬度可調

（4）鏈條送料模塊

     不銹鋼鏈條，錐齒傳動，配調速電機。

（5）搬運機械手模塊

無桿缸推動，配真空系統，帶限位傳感器，配電磁閥2個

（6）電器控制板                      一塊

西門子S7-1500PLC一臺，外圍電路一套

（7）開關盒            一套

開關控制按鈕

（8）臺架      一臺

鋁型材骨架，冷板封板，表面噴塑處理

帶腳輪，腳杯，尺寸為≤1500X800X800MM

3.線圈送料工作站 

機械手將風扇線圈從倉儲中抓出放入四工位轉盤中，并由四軸關節機器人從轉盤中取出在生產流水線上裝入已在等待的風扇底座中，流入下一工位。

（1）四軸關節機器人    一套

機器人本體配備輕型鋁合金馬達，伺服步進混合驅動，結構輕巧、功率強勁，可 實現機器人高加速運行，在任何應用中都能確保優異的精 準度與敏捷性，其具體參數如下：

1、工業機械手工作半徑：不少于300mm；

2、抓持載荷：不低于1kg；

3、自由度數：4；

4、安裝方式：地面安裝方式；

5、機械手各關節轉動范圍要等于或者大于：

軸1：水平移動

軸2：±300°，

軸3：+70－-70°，

軸4：±160°，

（2）壓緊模塊    一套

  Ф30迷你氣缸一條，Ф20迷你缸1條，配定位傳感器，配電磁閥2個。

（3）線圈轉盤模塊

  轉盤直徑≤400MM，4工位，步進電機驅動，配減速機。

（4）三軸機械手 一套

   X,Y步進（各1臺）驅動，滾珠絲桿機構，各配3個光電傳感器

Z軸雙軸缸驅動，，配真空系統，配電磁閥2個。

抓取機械手配Ф16指夾缸（1條），配電磁閥1個

（5）立體倉儲機構

3X3X3倉儲一個，鋁質材料，表面陽極氧化處理。

（6）雙軌輸送帶模塊

雙軌編織帶機構，配15W單相調速電機，軌道寬度可調

（7）電器控制板                      一塊

西門子S7-1200PLC一臺，外圍電路一套

（8）開關盒            一套

開關控制按鈕

（9）臺架      一臺

鋁型材骨架，冷板封板，表面噴塑處理，帶腳輪，腳杯，尺寸為≤1500X800X800MM

4．銅套送料工作站 

震動盤將風扇銅套送出至定位機構中，6軸機器人將其裝入上工序流過來的風扇半成品中，并由壓制機構壓緊。再流入下一工位。

（1）六軸工業機器人（國產）  一臺

機器人本體配備輕型鋁合金馬達，伺服步進混合驅動，結構輕巧、功率強勁，可 實現機器人高加速運行，在任何應用中都能確保優異的精 準度與敏捷性，典型的機器人運動控制方式，其具體參數如下：

主要技術參數：

工業機械手工作半徑：不少于550mm；

抓持載荷：不低于3kg；、

自由度數：6；

防護等級：IP30或更高；

安裝方式：地面、墻壁、倒裝等多種方式；

機械手重量：不超過30kg；

位置重復精度：0.01mm；

手腕集成信號源：至少10路；

機械手轉動范圍：
軸1：±165°，250°/s；
軸2：±110°，250°/s；
軸3：+70－-90°，250°/s；
軸4：±160°，320°/s；
軸5：±120°，320°/s；
軸6：±400°，420°/s；

TCP最大速度：6.2m/m；0－1m/s

加速時間：0.07s；

功率：0.25kW。

（2）壓緊模塊  一套

   Ф25標準缸一條，配機械底座，配電磁閥1個。

（3）振動盤模塊  一套

   盤徑≤200MM,帶調速

（4）銅套定位模塊   一套

Ф20旋轉缸一條，定位夾具一套，配電磁閥1個。

（5）雙軌輸送帶模塊

雙軌編織帶機構，配15W單相調速電機，軌道寬度可調

（6）電器控制板                      一塊

西門子S7-1200PLC一臺，外圍電路一套 

（7）開關盒            一套

開關控制按鈕

（8）臺架      一臺

鋁型材骨架，冷板封板，表面噴塑處理，帶腳輪，腳杯，尺寸為≤1500X800X800MM

5.扇葉磁環組裝工作站 

三軸機器人將磁環裝入扇中，再由氣動機械手將扇葉裝入上工序流過來的風扇半成品中，整個風扇組件組裝完畢。

（1）三軸直角坐標機器人

   X,Y均為步進驅動，同步帶機構，各配3個光電傳感器。Z軸配Ф16指夾缸（1條），配電磁閥1個

（2）搬運機械手模塊    一套

       X軸為Ф20無桿缸，Y軸步進驅動，同步帶機構，配3個光電傳感器，配真空系統，配電磁閥2個

（3）磁環轉盤模塊  一套

轉盤直徑≤250MM，4工位，步進電機驅動，配減速機。配Ф15無桿缸，Ф20三軸缸，配電磁閥1個2個

（4）扇葉輸送帶模塊   一套

單相調速電機驅動輸送帶傳動，皮帶末端配光帶開關1個。

（5）雙軌輸送帶模塊 一套

雙軌編織帶機構，配15W單相調速電機，軌道寬度可調

（6）電器控制板 一塊

西門子S7-1200PLC一臺，外圍電路一套

（7）開關盒   一套

開關控制按鈕

（8）臺架  一臺

鋁型材骨架，冷板封板，表面噴塑處理，帶腳輪，腳杯，尺寸為≤1500X800X800MM

6. 視覺檢測及裝盒工作站 

視覺系統檢測已組裝好的風扇質量并由并聯機器人將良品放入物料盒中

（1）并聯機器人（國產）  一臺

機器人本體配備輕型鋁合金馬達，伺服步進混合驅動，結構輕巧、功率強勁，可 實現機器人高加速運行，在任何應用中都能確保優異的精 準度與敏捷性，典型的機器人運動控制方式，負載2kg，行程800mm。

（2）物料盒輸送帶模塊

   塑料拖鏈機構，配調速電機。

視覺檢測系統 一套

1.檢測方法：光學視覺檢測；

2.視覺相素：≥500萬；

3.有效測量行程(X-Y)：300mm×200mm；

4.通訊方式：TCP/IP；

5.處理器：Intel Core i7；

6.并行IO極性：PNP/NPN通用；

7.并行處理：支持；

8.可連接相機數：2臺；

（4）雙軌輸送帶模塊

雙軌編織帶機構，配15W單相調速電機，軌道寬度可調

（5）電器控制板   一塊

西門子S7-1200PLC一臺，外圍電路一套

（6）開關盒  一套

開關控制按鈕

（7）臺架  一臺

鋁型材骨架，冷板封板，表面噴塑處理，帶腳輪，腳杯，尺寸為≤1500X800X800MM

7. AGV搬運工作站 

將裝好盒的風扇送到客戶指定位置，AGV運料系統由下部車架和上部輸送裝置組成。下部車架由電機、驅動輪、輔助輪、電池和框架等零件組成。2個電機帶動驅動輪控制小車沿磁導運動，4個輔助輪控制小車的平衡。上部輸送裝置采用直角坐標機器人，機器配有24A/H動力車用鋰電池一組，機器質量約50kg。

AGV小車參數

8. 堆垛機及立體倉儲系統工作站 

用于存放AGV送來的物料，包裝好的風扇經輸送線送至堆垛機及立體倉儲系統工作站中，堆垛機裝有識別傳感器，每個產品的放置位置通過識別傳感器傳輸到數據庫中。產品的入庫、出庫、調撥、移庫移位、盤點等各個作業環節的數據進行自動化的采集，保證倉庫管理各作業環節數據輸入的效率和準確性，并可與ERP系統集成，確保企業和ERP及時準確地獲得庫存的真實數據，合理保持和控制企業庫存。通過科學的編碼，還可方便地對物品的批次、保質期等進行管理。運用條形碼、RFID技術的WMS是實現現代化倉庫管理，充分利用倉庫空間，減低運作成本、提高企業敏捷度、增加企業效益的手段。

9、MES制造執行系統

制造執行系統，包括：生產過程監控與控制-可以動態實時的查看各個任務的所有工序任務的計劃及實際進度完成情況。系統提供以甘特圖、表格、列表等多種方式來監控進度計劃和完成情況。也可監控所有設備類型及各個設備的稼動率、負荷率，也進行柱狀圖、折線圖等形式查看設備負荷的平衡性和負荷率的變化趨勢。根據生產工藝控制生產過程，防止生產過程中的跳站，漏站，錯站等問題發生；

數據采集-主要采集兩種類型的數據，一種是基于自動識別技術（BarCode、RFID）的數據采集，主要應用于離散行業的裝配數據采集，另一類是基于設備的儀表數據采集，主要應用于自動控制設備和加工物料信息采集；

物料追蹤-可根據批次物料的質量缺陷，追蹤到所有使用了該批次物料的成品，也支持從成品到原料的逆向追蹤?？梢宰匪菽钞a品的工藝數據、出現廢品的類型、加工工作人員信息等。

10.設備可實訓內容

（1）機器人應用研究

（2）MES(Manufacturing Execution System)制造執行系統應用研究

（4）網絡通訊技術和總線技術

（4）組態監控及人機界面技術

（5）伺服控制技術

（6）PLC的設計與應用

（7）傳感器技術及應用

（8）氣動控制技術

（9）運動控制系統

（10）機械結構訓練技術

（11）故障檢測技術技能培訓

11.生產線主要配置

表7-1 智能制造生產線實訓室配置清單

上海同育聯系方式：