光电传感柔性生产综合实训系统

光电传感柔性自动生产线必须将微电子学、计算机信息技术、控制技术、机械制造和系统工程有机地结合起来，要求高度自动化系统，柔性制造技术更是当前机械制造业适应市场动态需求及产品不断迅速更新的主要手段，是先进制造技术的基础。

控制系统主站采用S7-300(CPU315-2DP)，从站采用S7-200(CPU226)，各站之间使用ProfiBus-DP总线进行通讯，S7-200从站主要用于控制与驱动设备层，并对现场反馈的信号进行采集，S7-300主站采集各从站数据，协调各站运行，并为上位机的监控程序提供数据，同时系统还配有工业以太网通信模块和10.4英寸彩色工业触摸屏，可以完成可编程控制器实训装置系统控制网络的集成。

一、技术性能

1.   输入电源：三相四线～380V±10% 50Hz

2.   工作环境：温度-10℃～+40℃  相对湿度≤85%（25℃） 海拔＜4000m

3.   装置容量：＜3.5kVA

4.   外形尺寸：8000mm×5000mm×2400mm

安全保护：具有漏电保护，安全符合国家发动机翻转台架标准

二、产品特点

1.   系统将机械、气动、液压、电气控制、电机传动、传感检测、PLC以及工业网络控制技术有机地进行整合，按照结构模块化，便于组合，可以完成各类单项技能训练和综合性项目训练。可以进行机械部件安装与调试、气动系统的安装与调试、液压系统的安装与调试、电气控制电路的安装和PLC编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试、工业网络控制系统安装与调试于一体，能较好地满足实训教学、工程训练的需要。

该实训考核装置PLC模块I/O端子、各常用模块接线端子，均采用安全型插座，使用带安全插头的导线进行电路连接；各指令开关、光电开关、传感器和指示元件的电路通过端子排进行连接。插拔线连接电路与端子排连接电路相结合，既保证学生基本技能的训练、形成和巩固，又保证电路连接的快速、科鲁兹发动机实训台安全和可靠。

2.   系统无论机械结构还是控制，都采用统一标准接口，具有很高的兼容和扩展性，随工业现场技术的快速发展，本系统可以紧跟现场技术升级扩展，深入地满足实训教学的需要。

3.   本系统可以锻炼学习者创造性的思维和动手能力，学习者可以利用本系统从机械组装、电气设计、接线、PLC编程与调试、现场总线组建与维修等方面进行工程训练。

三、系统组成

1、总控平台：总控平台主要由三相电网电压指示、电源控制部分、控制主机、状态指示灯、二位选择开关、启动和停止开关、急停开关、复位开关、10.4英寸工业彩色触摸屏等组成，主要完成监视各分站的工作状态并协调各站运行，完成工业控制网络的集成，并配合射频识别系统单元和四轴工业机器人柔性加盖单元完成对工件柔性组合及数量的制冷空调实验台任务下单。

2、上料单元：由方形井式工件架、顶料气缸、挡料气缸、皮带传输装置、光电传感器、导料装置、电控阀、直流减速电机、安装支架等组成。主要完成将工件库中待加工工件自动落到供料传输线上。

3、落料单元：落料单元由四槽轮、锁止弧、传动齿轮、同步轮带、推料转盘、落料平台、光电传感器、电感传感器、阻挡气缸、直流减速电机、安装支架等组成，主要完成将工件安放到滑撬托盘上。

4、喷涂烘干单元：喷涂单元由喷涂室、加热装置、温度传感器、模拟喷头、冷却风扇、交流调压模块、智能温度显示仪、触摸屏、加热指示器、光电传感器、电感传感器、阻挡气缸、直流减速电机等组成，主要完成对工件先喷涂后加热烘干固化及冷却过程的模拟。

5、光电传感器单元（上位机系统要与硬件配套）：由滑道式工件架、蜗轮蜗杆减速机、摇臂、同步轮带、直流减速电机、挡料气缸、托料气缸、伸缩气缸、真空吸盘、光电传感器、电容传感器、电感传感器、行程开关、磁性传感器、电控阀、安装支架等组成，主要完成对工件的加盖装配工作。本系统采用全3D仿真技术，界面生动美观、易学易用电工技能实训台，以此学生学习的兴趣，加深学生对知识的理解和运用。系统通过产品说明、零件展示、装配演示、原理展示四个方面，讲述了霍尔位移传感器、霍尔转速传感器、压电传感器、湿敏传感器、气敏传感器、电涡流传感器、磁电传感器、差动电容传感器、差动变压器、金属箔应变传感器、扩散硅压力传感器、光纤位移传感器、光电转速传感器、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、PT100铂电阻等17个常用传感器。零件展示：单独展示传感器的各个组成元件，观察零件的结构、材质以及材质类型。装配演示：以3D仿真的形式展示传感器的装配过程，让学生直观了解传感器的组成结构和装配方法。具有快速装配、慢速装配、放大、缩小、旋转视图等功能。原理展示：通过位移测量、振动测量、转速测量、环境测量等具体应用实例来展示传感器的基本原理，并可动态显示实验结果，以此加深学生对传感器的了解。

6、供电系统单元：供配电系统：采用交互式动画技术与3D虚拟仿真技术相结合的方式，界面生动美观、易学易用，可以提高教师教学和学生学习的兴趣电控发动机实训台，可实现以下功能：配电房：支持漫游功能的3D虚拟配电房场景，主要元件的介绍及三维结构展示，以及主要开关柜的操作与维护。配电房环境，支持任意视角漫游、360度旋转等。三维结构展示包括：带电显示器、避雷器、电压互感器、接地开关、电流互感器、高压熔断器、刀开关、电容器、隔离开关、漏电断路器、塑壳断路器、无功电度表、限流电抗器、有功电度表、真空断路器、万能断路器等。日常巡视：完成高低压电缆线路和桥架、变压器、低压配电柜、电容补偿柜、配电房环境的日常巡视任务仿真。电气部分：包含供配电一次主接线认知与考核部分，及供配电二次回路的接线和汽车发动机实验台工艺。一次主接线：含双“T”接线、外桥接线、内桥接线、双母线接线、双母线旁路接线、单母线及单母线分段接线。二次回路的接线和工艺：接线工艺及工具介绍，以及电流、电压测量回路和断路器控制回路的二次接线。

7、检测单元：由触摸屏、直流减速电机、挡料气缸、检测气缸、光电传感器、光纤传感器、对射传感器、色标传感器、电感传感器、磁性传感器、电控阀、安装支架等组成，主要完成对工件的外形、柔性组合的要求，颜色的检测，并传送给后续单元使用。

8、分拣输送单元：由直线无杆气缸、导杆薄型气缸、阻挡气缸、摆动气缸、气夹、磁性传感器、光电传感器、电感传感器、电磁阀、同步带轮、直流减速电机、工件传输装置、废品回收装置等组成，主要完成将检测完毕后不合格工件分离的工作，同时合格工件与传输用滑撬托盘也进行分离，不合格工件传送到废料存储箱，合格工件进入汽车驾驶模拟器物流仓储单元。

9、物流仓储单元：由步进电机、交流伺服电机、直流减速电机、直线无杆气缸、摆动气缸、平行机械夹、阻挡气缸、同步带轮、磁性传感器、光电传感器、电容传感器、电磁阀、同步带皮带传输线、立体库架、直齿圆柱齿轮、滚珠丝杆、涡轮蜗杆减速箱等组成。主要完成对成品工件分类入库的工作。

10、行车机械手单元：由平行气夹、长程导杆气缸、交流减速电机、直流减速电机、齿轮齿条机构、主动式红外传感器、镜面漫射传感器、光电对射传感器，霍尔传感器、电感传感器、定位装置、紧急按钮盒组成，主要完成将滑撬托盘从环形生产线的结束工位搬运到起始工位的工作。

11、直角转向转角单元：由转盘、旋转气缸同步带同步轮直流减速电机组成，主要完成生产线的90°转向。

12、链条辊道传输单元：由链条、链轮、辊轮、直流减速电机、玻璃防护罩组成，主要完成托盘和工件的传输工作。

13、皮带传输单元：由传输带、同步带，同步轮、直流减速电机组成，完成托盘和工件的传输，为环形线主要传送单元

五、实验室通讯及安全：

1.  工业网络通讯系统

3、气压系统：采用多媒体技术与交互式动画技术相结合的方式，阐述液压与气动整个课程的主要教学内容，包括从元件的基础的定义、原理到内部结构动画，从理论的液压与气动回路到实际液压与气动系统的应用。本软件结合目前常用液压与气动系统的功能、结构、各部件的作用等多方面，全面解剖液压与气动系统工作原理及过程，主要包含内容如下：液压传动和气压传动的工作原理、基本功能、液压典型元件的工作原理、结构和维修电工实训考核装置功能仿真、典型元件的拆装动画仿真、典型液压系统的搭建与运行、典型液压系统回路的运行仿真、典型气动系统回路的运行仿真

4、数据采集系统（须包含数据采集卡）：本软件在电脑屏幕上构建了3D虚拟环境，全面展现各种复杂的整体工艺流程，利用采集卡采集PLC 的输入输出信号，实现采集卡与计算机的通讯，从而控制软件中的3D模型的动作，使得虚拟仿真技术实时展现PLC 的运行状态，再现了工业现场中的各种复杂场景。软件通过自动、手动和PLC控制三种模式再现了以下虚拟工业场景：自动封盖、机械手控制、物料分拣（按颜色分拣）、物料分拣（按高度分拣）、码垛堆积、自动仓储、自动挑选、运料小车、电镀生产线、多种单片机实验台液体混合、自动混合生产线、水塔水位自动控制、机械手控制、自动送料装车、

5、DDC控制系统：采用Excel 50可编程DDC控制器，Excel 50控制器内设有通信功能，可作为房间/区域控制器集成到霍尼韦尔EXCEL5000系统或开放式LonWorks网络上，与Excel 10控制器或第三方产品进行通信。该控制器可以独立或联网执行复杂的控制、监视管理功能。根据DDC在楼控系统中的应用，以霍尼韦尔Excel 50 DDC控制为核心，设置有温度控制模块、调光模块、安防模块3种被控对象单元，可用于学习Honeywell CARE软件和DDC编程控制，提供多种类型的探测器设备如：门磁、调光控制器、灯、温度控制单元等可以组建一个基本的包含安防、照明和温度控制的实验系统。可以开展霍尼韦尔Excel5000系统的网络架构学习，掌握DDC编程方法和CARE监控软件的操作使用。DDC控制器具有8个模拟输入/4个模拟输出、4个数字输入/6个数字输出，其中数字输出最大可直接驱动三位执行器。温度控制单元：可实现对温度的PID控制，具有恒温控制功能。安防单元 ：由指示灯、门磁和蜂鸣器等组成。

6、实训室电能管理及优化系统：具有双DSP控制器，两个DSP控制器之间预留高速并行(双口RAM)通讯总线，用于高速数据交换。面板上绘有原理框图，留有CAN接口、USB接口、串行接口、编码器信号接口、霍尔信号接口、驱动与反馈信号接口及仿真器JTAG接口。电路安装在机箱内，主要由双CPU板及其辅助电路，信号调理单元，转速与位置信号处理单元，PWM驱动输出单元及通信接口单元等组成，实现智能家居系统实训装置反馈信号、编码器和霍尔信号处理与采样，PWM信号电平转换及通信等功能。信号调理单元

采用高精度运放TL072作信号变换，TL072具有高线性度、高稳定度、频带宽等优点，输出采用3.3V稳压管限伏，以免送到DSP电压过高损坏DSP。

1)    转速与位置信号处理单元

转速与位置信号首先经高速光耦4504隔离，然后将光耦输出脉冲经过差分接收器DS26LS32进行处理，最后送入CPU控制板。

2)    PWM驱动输出单元

采用74LS641，3.3V转5V，5V供电双向8位，3态输出。OE和DIR为低电平时为B to A bus；OE为低电平，DIR为3.3V时为A to B bus。

3)    通信接口单元

232串行通信：采用进口芯片HIN202，3.3V供电，接口采用通用的9孔接口。

CAN通信：采用PCA82C250，3.3V供电，引出CANH和CANL信号至铝面板。

USB通信：控制板具有USB变频空调实验台通信方式，芯片采用赛普拉斯公司的CY7C68013。

4）由多个电压型两电平逆变器级联组成，采用特定谐波消除PWM（SHEPWM）调制和载波移相PWM（PSPWM）调制等多种控制策略，可获得多级电压输出和较大的输出电压，波形更接近正弦波，谐波含量少。

7、实验室安全保护系统

A、安全用电系统：系统生动地模拟了安全用电基础知识、人体阻抗的认识和测试、直接触电的认识和实训操作、人体在遭受电击时的电流途径、间接触电的认识和实训操作、IT供电系统、TT供电系统、TN-S供电系统、TN-C供电系统、TN-C-S供电系统、指令标识的认识、电气火灾产生的原因及处理方法等。

B、电气类实训室安全教育系统：系统能够使学生掌握电气类实训室各种安全操作规程、用电安全、人身的触电方式及触电急救方法、过电压及防火防爆、火灾的预防、各种灭火器的使用和火灾逃生的方法等。对学生进行用电安全、消防教育，提高学生的安全意识，以及熟悉各种电气事故产生的原因和处理电气事故的实用操作措施，提高解决电气机床电气电路实训考核鉴定装置事故的能力。

四、实训项目要求：

任务1：同步带传动机构的安装与调整

任务2：圆柱、圆锥齿轮传动机构的安装与调整

任务3：圆锥齿轮传动机构的安装与调整

任务4：传输线链条传动机构的安装与调整

任务5：链条链轮机构的安装与调整

任务6：直线导轨的安装与调整

任务7：滚珠丝杆的安装与调整

任务8：元间歇轮的安装与调整

任务9：不完全齿轮的安装与调整

任务10：齿轮齿条机构的安装与调整

任务11：工作机构其电控部分全部按照工业标准和习惯进行设计，并且以附件方式提供全部设计图纸和说明书。学员在该设备上可学习电路原理图分析、PLC各I/O地址查对和设备电路连线方法

任务11：传感器的应用：系统使用的传感器数量达100多个，有电感式、电容式、光电式、光纤式、霍尔式、电磁式、红外以及色标传感器等，每一种传感都有着各自的特性。学员可通过了解工作中各类传感器的工作特性来加强对这些传感器的感性认识，再结合项目中传感器安装与调整、测试应用技能训练，可使学员快速掌握传感器在自动线中的使用

任务11：气动技术应用：该系统上使用了大量的气动元件，包括多种电控气动阀、多种气动缸、气动夹爪、真空吸盘、真空发生器、过滤减速阀等。电工电子实验装置不但可以单独学习每一种分离元件，而且还可以在学习时了解各种气动元件之间以及气动元件与其它元件之间是如何配合起来进行协调工作的

任务12：PLC程序编制和程序调试

任务12：工业网络通信：组态监控软件的运行使用及与PLC的通信、触摸屏工程的编写、STEP7编程软件使用、PROFIBUS-DP模块的学习与使用、PROFIBUS通讯协议的学习与使用、S7-300主站与从站RFID之间的通讯、PROFIBUS主站与从站之间的通讯

任务13：系统维护和故障检测

任务14：实训室电能管理及优化系统的运用