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機(jī)電創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，機(jī)電一體化智能創(chuàng)新平臺(tái)
2024-10-22 08:10
一、建設(shè)背景
隨著中國(guó)版"工業(yè)4.0"《中國(guó)制造2025》的出臺(tái)，基于信息物理系統(tǒng)的智能裝備、基于工業(yè)機(jī)器人的智能工廠等智能制造正在引領(lǐng)制造方式的變革。而制造業(yè)乃國(guó)民經(jīng)濟(jì)之主體，是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的制造業(yè)，是我國(guó)提升綜合國(guó)力、保障國(guó)家安全、建設(shè)世界強(qiáng)國(guó)的必由之路。國(guó)家推進(jìn)制造過(guò)程智能化，在重點(diǎn)領(lǐng)域試點(diǎn)建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間，加快人機(jī)智能交互、工業(yè)機(jī)器人、智能物流管理、增材制造等技術(shù)和裝備在生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)控制。為了適應(yīng)國(guó)家對(duì)高端智能制造設(shè)備所需要的高技能人才的培養(yǎng)，上海頂邦教育設(shè)備制造有限公司經(jīng)多方調(diào)研及深度校企合作研發(fā)出電氣智能化系統(tǒng)安裝技術(shù)綜合考核實(shí)訓(xùn)裝置。該系統(tǒng)符合"四個(gè)定位"：即職業(yè)技能競(jìng)賽的定位；技能培訓(xùn)與鑒定的定位；做一體化教學(xué)改革的定位；符合高技能人才培訓(xùn)基地的定位。并符合國(guó)家對(duì)"關(guān)于進(jìn)一步深化中等職業(yè)教育教學(xué)改革的若干意見(jiàn)"的文件精神，緊緊圍繞以國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以綜合職業(yè)能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以典型工作任務(wù)為載體，以學(xué)生為中心，根據(jù)典型工作任務(wù)和工作過(guò)程，設(shè)計(jì)新的課程體系和內(nèi)容，按照工作過(guò)程的順序和學(xué)生自主學(xué)習(xí)的要求進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和安排教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融通合一，能力培養(yǎng)與工作崗位對(duì)接合一，使實(shí)習(xí)與頂崗工作學(xué)做合一，最終培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)能力、方法能力和社會(huì)能力。
基于目前對(duì)專業(yè)的全新建設(shè)，結(jié)合現(xiàn)有基礎(chǔ)和未來(lái)發(fā)展思路與目標(biāo)，在本次規(guī)劃貴校工業(yè)機(jī)器人系列實(shí)訓(xùn)基地和實(shí)訓(xùn)裝備建設(shè)方面，將全面結(jié)合學(xué)校開(kāi)設(shè)的專業(yè)，以滿足教學(xué)實(shí)訓(xùn)，考核鑒定為基礎(chǔ)，重點(diǎn)突出功能，把握建設(shè)檔次，體現(xiàn)技術(shù)水平，力求實(shí)現(xiàn)適度超前的規(guī)劃原則。
二、建設(shè)目標(biāo)
結(jié)合學(xué)院當(dāng)前和未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)，本次規(guī)劃設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人技能技能工作室能達(dá)到以下目標(biāo)：
--具備能夠滿足各專業(yè)教學(xué)實(shí)訓(xùn)的基本技能、綜合技能、創(chuàng)新技能，以及中級(jí)、高級(jí)、技師、高級(jí)技師的職業(yè)資格和人才培養(yǎng)的需求。
--具備能夠滿足現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)并緊密結(jié)合先進(jìn)制造業(yè)技術(shù)發(fā)展的新工藝、新知識(shí)、新技能、新任務(wù)的需求。
--具備能夠滿足緊缺人才培訓(xùn)，高技能人才培訓(xùn)，農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移培訓(xùn)，退役士兵培訓(xùn)，職業(yè)能力轉(zhuǎn)換培訓(xùn)等綜合培訓(xùn)、鑒定的需求。
--具備能夠滿足國(guó)家骨干師資培訓(xùn)，一體化教學(xué)師資培訓(xùn)及其他雙師型師資培訓(xùn)等綜合性師資培訓(xùn)的需求。
--具備能夠滿足開(kāi)展教學(xué)研討，開(kāi)展技能競(jìng)賽，開(kāi)展學(xué)術(shù)交流，開(kāi)展課程改革等等需要的多功能綜合性基地的需求。
規(guī)劃設(shè)計(jì)的一體化機(jī)電專業(yè)、電氣和自動(dòng)化專業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地的實(shí)訓(xùn)裝備,本著實(shí)用性，實(shí)操性，職業(yè)性，綜合性為出發(fā)點(diǎn)，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：
技術(shù)的先進(jìn)性 整套方案體現(xiàn)出現(xiàn)代制造業(yè)領(lǐng)域中所包含的PLC控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等先進(jìn)控制理念及管理系統(tǒng)。
--技術(shù)的前瞻性 本套方案在基于現(xiàn)代控制理念的基礎(chǔ)上，突出體現(xiàn)現(xiàn)代制造業(yè)前沿科技的應(yīng)知點(diǎn)及應(yīng)會(huì)點(diǎn)，如工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)，智能監(jiān)控技術(shù)等。
技術(shù)的綜合性 集成了光、機(jī)、電、氣、液、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字控制等綜合技術(shù)的應(yīng)用，完全覆蓋現(xiàn)有機(jī)電專業(yè)教學(xué)大綱及流行教材的訓(xùn)練內(nèi)容。
技術(shù)的職業(yè)性 方案所涉及的訓(xùn)練內(nèi)容，在滿足機(jī)電專業(yè)教學(xué)的前提下，結(jié)合相關(guān)工種的國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，既能進(jìn)行培訓(xùn)練習(xí)又能用于鑒定考核。
技術(shù)的可操作性訓(xùn)練載體體現(xiàn)高起點(diǎn)、高科技、高技能的特點(diǎn)，該套方案配備了完整系統(tǒng)的解決措施，具備配套的課程體系、教學(xué)大綱、訓(xùn)練教材及長(zhǎng)期穩(wěn)定的師資培訓(xùn)計(jì)劃。
技術(shù)的兼容性 該方案的技術(shù)來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際，不但能夠用于教學(xué)訓(xùn)練，還能進(jìn)行與生產(chǎn)實(shí)際相關(guān)的典型工作任務(wù)，使學(xué)校實(shí)訓(xùn)與生產(chǎn)實(shí)際零距離接軌。
三、 技術(shù)性能要求
1. 輸入電源：?jiǎn)蜗?20V±10% 50Hz
2. 工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對(duì)濕度＜85%(25℃) 海拔≤4000m
3. 裝置容量：≤1kVA
4. 重量：100kg左右
5. 外形尺寸：約1300mm×1200mm×750mm
6. 臺(tái)面平鋪2020歐標(biāo)工業(yè)鋁材、右側(cè)臺(tái)面鋪400×1000mm軟絕緣膠墊，中部抽拉式電氣接線板。
7. 安全保護(hù)：具有漏電壓、漏電流保護(hù)裝置，安全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
四、基本配置及功能要求
★1、實(shí)訓(xùn)裝置包括電氣接線模塊、上料模塊、輸送線模塊、視覺(jué)識(shí)別模塊、三維模組控制模塊、稱重模塊、RFID產(chǎn)品溯源模塊、物料擺放模塊、小車運(yùn)動(dòng)控制模塊、溫控箱變頻控溫模塊。提供符合上述要求的裝置整體設(shè)計(jì)效果圖。
2、以上模塊對(duì)應(yīng)以下單元：PLC單元、485通信單元、工業(yè)視覺(jué)識(shí)別單元、RFID產(chǎn)品溯源單元、氣動(dòng)控制基本單元、變頻調(diào)速單元、觸摸屏單元、以太網(wǎng)交換機(jī)、伺服系統(tǒng)控制單元等組成、溫度檢測(cè)變送單元。
2.1 、 PLC單元 西門子主機(jī)1511C
帶顯示屏的 CPU；工作存儲(chǔ)器可存儲(chǔ) 175 KB 代碼和 1 MB 數(shù)據(jù)；位指令執(zhí)行時(shí)間 60 ns；4 級(jí)防護(hù)機(jī)制，工藝功能，運(yùn)動(dòng)控制，閉環(huán)控制，計(jì)數(shù)與測(cè)量；跟蹤功能；PROFINET IO 控制器，支持 RT/IRT，性能升級(jí) PROFINET V2.3，雙端口，智能設(shè)備，支持 MRP、MRPD，傳輸協(xié)議 TCP/IP，安全開(kāi)放式用戶通信，S7 通信，Web 服務(wù)器，DNS 客戶端，OPC UA 服務(wù)器數(shù)據(jù)訪問(wèn)，恒定總線循環(huán)時(shí)間，路由功能；運(yùn)行系統(tǒng)選件，固件版本 V2.5，帶 DI16/DQ16，AI5/AQ2，數(shù)字量輸入模塊 DI 16xDC24V，16 個(gè)一組；數(shù)字量輸出模塊 DQ 16xDC24V/0.5A，16 個(gè)一組；模擬量輸入模塊 AI 4xU/I、AI 1xRTD，16 位，5 個(gè)一組；模擬量輸出模塊 AQ 2xU/I，16 位，2 個(gè)一組；6 個(gè)通道用于計(jì)數(shù)與測(cè)量，帶增量式編碼器 24 V（最高 100 kHz）；4 個(gè)通道用于 PTO，脈寬調(diào)制，頻率輸出（最高 100 kHz)
視覺(jué)識(shí)別單元
2.2、工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)包括相機(jī)、鏡頭、處理軟件、光源等組成。工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)放置在輸送線一測(cè)，對(duì)工件進(jìn)行顏色，尺寸，標(biāo)識(shí)等信息檢測(cè)。
2.2.1、檢測(cè)結(jié)果通過(guò)總控通訊，為后續(xù)擺放等作業(yè)做好準(zhǔn)備。
2.2.3、600 萬(wàn)像素 1/1.8" CMOS 千兆以太網(wǎng)工業(yè)面陣相機(jī)，傳感器類型CMOS、卷簾快門，傳感器型號(hào) Sony IMX178，像元尺寸 2.4 m × 2.4 ?m，靶面尺寸 1/1.8"，分辨率 3072 × 2048，動(dòng)態(tài)范圍 71.3 dB，曝光時(shí)間 25 μs ~ 2.5 sec，快門模式 支持自動(dòng)曝光、手動(dòng)曝光、一鍵曝光模式，支持 Global Reset 和 Trigger Rolling功能，像素格式Mono 8/10/12 Bayer RG 8/10/10Packed/12/12Packed YUV422Packed，YUV422_YUYV_Packed RGB 8，BGR 8，數(shù)據(jù)接口 Gigabit Ethernet（1000Mbit/s）兼容 Fast Ethernet（100Mbit/s），數(shù)字 I/O 6-pin P7接頭提供供電和 I/O：1路光耦隔離輸入（Line0），1路光耦隔離輸出（Line1）， 1 路雙向可配置非隔離 I/O（Line2）
2.2.4、鏡頭：鏡頭接口 C-Mount 外形尺寸 29 mm × 29 mm × 42 mm
2.2.5、連接電纜與支架
2.2.6、軟件要求
① 軟件可進(jìn)行曝光時(shí)間，白平衡設(shè)置。
② 進(jìn)行四點(diǎn)相機(jī)標(biāo)定，能快速讀取標(biāo)定模板的像素值，可獲取對(duì)應(yīng)的位置值。
③ 可進(jìn)行日志顯示，并可以清楚歷史日志。
④ 可進(jìn)行至少8個(gè)模板匹配，即觸發(fā)1次拍照，匹配模板1，模板1匹配成功，發(fā)出模板1數(shù)據(jù)；若模板1未能匹配成功，視覺(jué)返回s1,0,0,0數(shù)據(jù)給機(jī)器人，機(jī)器人發(fā)命令繼續(xù)匹配模板；
⑤ 可進(jìn)行發(fā)送可接收數(shù)據(jù)顯示。
⑥ 軟件輸出4個(gè)數(shù)據(jù)：類型、X、Y、旋轉(zhuǎn)量
⑦ 支持繪制的模板可以進(jìn)行集合運(yùn)算；
⑧ 繪制模板可以使用長(zhǎng)方形，圓形，自由繪制等方式進(jìn)行繪制模板；
⑨ 在機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)軟件中，拍照的圖像可以自由的拖動(dòng)及放大；
⑩ 支持實(shí)時(shí)采集及單獨(dú)拍照；
11 在機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)軟件中，有紅色十字光標(biāo)方便安裝調(diào)節(jié)相機(jī)位置。
2.3、RFID識(shí)別單元：RFID射頻單元帶集成天線的方型讀寫器（RS422）；50×50×30 mm（L×D×H）
標(biāo)簽使用螺紋式小尺寸標(biāo)簽。
2.4、觸摸屏單元
1.顯示模塊：≥7"TFT
2.顯示色彩：≥65536彩色
3.分辨率：≥800×480像素
4.背光類型：≥LED 亮 度 300cd/m2
5.液晶壽命: ≥50000小時(shí)
6.觸控面板:4線精密電阻網(wǎng)絡(luò)（表面硬度不低于4H）
7.CPU: ≥800MHz RISC
8.存儲(chǔ)器: ≥128MB閃存+64MB 內(nèi)存 RTC
9.通訊接口:COM0:RS485-2W/4W, RS232; COM2: RS232
2.5、 以太網(wǎng)交換機(jī)：
1.以太網(wǎng)交換機(jī)采用非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng) 100MBIT/S交換機(jī)，自帶5個(gè)雙絞線端口，RJ45 接口；
2.用于構(gòu)建小型星形和總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；自帶LED診斷顯示，供電電源DC 24V 。
3.不低于IEC/EN 61000-4工業(yè)級(jí)防護(hù)，不低于IP30防護(hù)，9.6-60VDC三冗余電源輸入，多重保護(hù)。
2.6、 變頻調(diào)速單元：
1.單相220V供電，輸出功率0.37KW。
2.集成RS-485通訊接口，提供操作面板；
3.具有線性V/F控制、平方V/F控制、可編程多點(diǎn)設(shè)定V/F控制，磁通電流控制、直流轉(zhuǎn)矩控制；
4.集成4路數(shù)字量輸入，2路模擬量輸入；
5.具備過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)，變頻器、電機(jī)過(guò)熱保護(hù)，短路保護(hù)等。
2.7、小車運(yùn)動(dòng)控制單元：主要由運(yùn)動(dòng)小車（直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)）、同步帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流電機(jī)、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、行程開(kāi)關(guān)等組成，通過(guò)傳感檢測(cè)、PLC編程，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量、傳動(dòng)控制、鍵值優(yōu)化比較行走控制、定向控制、報(bào)警運(yùn)行控制、點(diǎn)動(dòng)控制等，能實(shí)現(xiàn)小車的精確定位。該系統(tǒng)外觀精美，體積緊湊，重量輕。提供符合上述功能的小車運(yùn)動(dòng)控制單元設(shè)計(jì)效果圖。
2.8、三維模組控制單元：
1.三維絲桿或同步帶控制單元主要由伺服驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)組成。
2.伺服驅(qū)動(dòng)用于控制X軸，采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，工作電壓AC220V，輸出功率200W。
3.采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，智能功率模塊（IPM） 內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。
4.支持位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制。
5.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)用于控制Y軸，采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，工作電壓DC24V，輸出功率>=30W；
6.內(nèi)部集成控制電路和功率電路，具有自檢線圈和短路保護(hù)等功能。
2.9、 溫控箱變頻控溫模塊：加熱板通電加熱，溫度變送器檢測(cè)加熱板到達(dá)一定溫度后，PLC控制系統(tǒng)控制臺(tái)達(dá)變頻器使電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)扇葉加強(qiáng)空氣流動(dòng)，快速散熱，使箱內(nèi)環(huán)境溫度穩(wěn)定。
2.10、溫變變送器。
1.二線制輸出，無(wú)需補(bǔ)償導(dǎo)線；
2.溫變變送器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝方便，使用壽命≥10000次；
3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理安裝方便；小型化，安全可靠，使用壽命長(zhǎng)；
4.插頭式溫度變送器，量程0-100OC，電源24VDC，輸出0-10V。
2.11、加熱器：工作電壓AC220V、持續(xù)功率30W-150W、外殼材質(zhì)鋁合金、尺寸不大于160*100。
2.12、 伺服系統(tǒng)控制單元：輸入電源單相或三相AC220V，-15~+10%，50/60HZ，調(diào)速比1：5000，脈沖頻率<500KHZ,控制輸入：伺服使能、報(bào)警復(fù)位、緊急停止、指令脈沖禁止、脈沖偏差清除、零件速鉗位、正向行程限位、反向行程限位、內(nèi)部速度選擇1等�？刂戚敵觯核欧䴗�(zhǔn)備好、定位完成、零偏差、零速度、報(bào)警檢出、緊急停止檢出，
2.13、稱物體重量或壓力并觸摸屏顯示重量值：稱重傳感器、重量變送器、稱重不銹鋼承重板，可稱重0-10KG。
DBK-SXA 電氣智能化系統(tǒng)安裝技術(shù)綜合考核實(shí)訓(xùn)裝置
參考圖
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