電氣自動(dòng)化專業(yè)課程主要有 PLC 技術(shù)、變頻技術(shù)、傳感器技術(shù)等。并且主要為技術(shù)性的實(shí)踐內(nèi)容，實(shí)訓(xùn)質(zhì)量將直接影響到學(xué)生的技能水平。通過對(duì)目前典型柔性生產(chǎn)線各個(gè)部分的研究，在為了使教學(xué)設(shè)備與實(shí)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(xué)設(shè)備的框架模型,主要由傳送分揀單元、搬運(yùn)加工單元、立體倉(cāng)庫(kù)單元組成。該教學(xué)設(shè)備設(shè)計(jì)為一套半開放式的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，在使用的時(shí)候可以根據(jù)自己的需求選擇單獨(dú)單元、多個(gè)單元以及單元中的某個(gè)部分進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。各個(gè)單元均安裝在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上，便于單元中機(jī)械機(jī)構(gòu)以及氣動(dòng)元件的安裝、控制線路的布線、氣動(dòng)電磁閥以及氣管等的安裝。各個(gè)單元的設(shè)計(jì)在滿足功能以及教學(xué)需求前提下，還應(yīng)考慮選用器件的性價(jià)比及實(shí)用性，如搬運(yùn)加工系統(tǒng)中的數(shù)控加工部分由于體積較大，價(jià)格較貴，且一般學(xué)校都有專門的數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)室，所以該設(shè)備中不必設(shè)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(xué)設(shè)備的研制目的是為電氣自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生提供一個(gè)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。根據(jù)本專業(yè)課程標(biāo)準(zhǔn)以及人才培養(yǎng)目標(biāo)，該平臺(tái)不僅要完成單門專業(yè)課程的典型實(shí)訓(xùn)，還要能夠進(jìn)行多門課程的綜合性實(shí)訓(xùn)。根據(jù)電氣自動(dòng)化專業(yè)《PLC 技術(shù)》、《變頻技術(shù)》、《氣動(dòng)技術(shù)》、《觸摸屏應(yīng)用》、《傳感器技術(shù)》等課程的要求，本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)能夠開設(shè)如下實(shí)訓(xùn)：
（1） PLC 及特殊模塊的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)（該實(shí)訓(xùn)主要讓學(xué)生了解 PLC 的基本知識(shí)；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(shí)訓(xùn)（該實(shí)訓(xùn)主要讓學(xué)生完成對(duì)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(shè)置）；
（3） 氣動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)（該實(shí)訓(xùn)主要讓學(xué)生了解氣動(dòng)傳動(dòng)和控制方法、繪制簡(jiǎn)單氣動(dòng)回路）；
（4） 人機(jī)界面技術(shù)實(shí)訓(xùn)（該實(shí)訓(xùn)主要讓學(xué)生熟悉觸摸屏的操作、觸摸屏界面的制作以及觸摸屏的應(yīng)用）；
（5） 工控設(shè)備之間的通信實(shí)訓(xùn)（該實(shí)訓(xùn)主要讓學(xué)生熟悉通信方式的種類；掌第二章 柔性生產(chǎn)線教學(xué)設(shè)備的總體設(shè)計(jì)握各種工控設(shè)備之間的通信連接、程序設(shè)計(jì)等）；
（6） 傳感器技術(shù)實(shí)訓(xùn)（該實(shí)訓(xùn)主要讓學(xué)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(shí)訓(xùn)（為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)、技能競(jìng)賽等提供實(shí)訓(xùn)平臺(tái)）
2.3 教學(xué)設(shè)備總體設(shè)計(jì)
當(dāng)具體的實(shí)訓(xùn)要求確定下來之后，為了實(shí)現(xiàn)以上實(shí)訓(xùn)功能，就必須為每個(gè)實(shí)訓(xùn)找到相應(yīng)的載體模塊,將具體的自動(dòng)化器材設(shè)備融入到各個(gè)單元模塊中。本節(jié)主要對(duì)各個(gè)單元的布局以及主要用到的電氣設(shè)備做了介紹。
2.3.1 教學(xué)設(shè)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(jiǎn)單的布局方式，各個(gè)單元按照直線排放，工件主要由小車或者傳送進(jìn)行運(yùn)輸，這種布局方式適合于工件品種較少且裝配簡(jiǎn)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(shè)計(jì)成一個(gè)圓環(huán)，各個(gè)單元沿著這個(gè)圓環(huán)布置，這種布局方式可以提高設(shè)備的容錯(cuò)性，當(dāng)其中的某個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)也不會(huì)導(dǎo)致整條生產(chǎn)線的停止運(yùn)行。根據(jù)學(xué)校實(shí)訓(xùn)室場(chǎng)地以及工件種類較少的情況，本柔性生產(chǎn)線教學(xué)設(shè)備采用直線型加圓環(huán)型的布局。
2.3.2 教學(xué)設(shè)備的組成
通過對(duì)典型柔性生產(chǎn)線的功能研究，并結(jié)合教學(xué)設(shè)備的功能需求，對(duì)本文中教學(xué)設(shè)備的組成進(jìn)行確定。教學(xué)設(shè)備由傳送分揀單元、搬運(yùn)加工單元和立體倉(cāng)庫(kù)單元三個(gè)主要部分組成。
（1） 傳送分揀單元
將傳送分揀單元設(shè)定為整個(gè)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(duì)工件進(jìn)行分揀并為下一個(gè)部分提供工件。當(dāng)系統(tǒng)開始啟動(dòng)時(shí)，上料部分傳感器感應(yīng)到工件后，推料氣缸將工件推至傳送帶，傳送帶啟動(dòng)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(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其速度由變頻器控制，相應(yīng)的位置控制由與三相異步電動(dòng)機(jī)同軸的光電編碼器以及 PLC 完成。主要用到的電氣設(shè)備有 PLC、變頻器、觸摸屏、傳感器、氣動(dòng)元件以及按鈕等。
（2）搬運(yùn)加工單元
本單元包括搬運(yùn)和加工兩個(gè)部分。搬運(yùn)功能由一臺(tái)在絲杠上左右運(yùn)動(dòng)的三自由度機(jī)械手完成，機(jī)械手的左右、上下、旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。加工主要是對(duì)工件進(jìn)行加熱以及簡(jiǎn)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(shè)備有 PLC 及 FX2N-2LC 特殊模塊、觸摸屏、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及步進(jìn)電機(jī)、氣動(dòng)元件以及按鈕等。
（3）立體倉(cāng)庫(kù)單元
本單元負(fù)責(zé)對(duì)加工完畢的工件進(jìn)行分類倉(cāng)庫(kù)，主要由堆垛機(jī)、立體倉(cāng)庫(kù)以及相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成。堆垛機(jī)的定位移動(dòng)由 FX2N-20GM 模塊控制兩個(gè)伺服電機(jī)在水平和垂直面運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。本單元主要電氣設(shè)備有 PLC、觸摸屏、伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī)、氣動(dòng)元件、按鈕等。2.4 本章小結(jié)本章通過對(duì)目前實(shí)際生產(chǎn)中典型柔性生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行研究分析，在此基礎(chǔ)上并根據(jù)學(xué)�，F(xiàn)狀提出該柔性生產(chǎn)線教學(xué)設(shè)備應(yīng)具備的功能，同時(shí)對(duì)該教學(xué)設(shè)備需滿足的專業(yè)課程實(shí)訓(xùn)范圍提出了明確的要求。根據(jù)電氣自動(dòng)化課程標(biāo)準(zhǔn)，為每個(gè)實(shí)訓(xùn)找到相應(yīng)的載體模塊，并對(duì)載體模塊進(jìn)行組合，初步規(guī)劃出柔性生產(chǎn)線教學(xué)設(shè)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(xué)設(shè)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(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)是柔性生產(chǎn)線教學(xué)設(shè)備的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)整個(gè)教學(xué)設(shè)備各個(gè)單元數(shù)據(jù)的接受和處理并向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送信號(hào)。針對(duì)于教學(xué)設(shè)備靈活多變的特殊性，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面盡量使其具有開放性，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。
3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
根據(jù)電氣自動(dòng)化專業(yè)課程標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合實(shí)際柔性生產(chǎn)線的控制方式，本控制系統(tǒng)采用“電氣”結(jié)合的設(shè)計(jì)思路。“電氣”結(jié)合是指在各個(gè)單元信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化為“氣”，通過“電氣”結(jié)合的方式驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的氣缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。“電氣”結(jié)合控制方式的優(yōu)勢(shì)在電信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，氣動(dòng)信號(hào)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(diǎn)進(jìn)行分離式安裝，如電回路可以安裝在遠(yuǎn)離惡劣環(huán)境的操作室，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以安裝在惡劣環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)。本教學(xué)設(shè)備雖然在工作時(shí)不存在惡劣環(huán)境，但是可以通過對(duì)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)了解電氣信號(hào)控制和氣動(dòng)信號(hào)控制的特點(diǎn)。
第三章 柔性生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2 電源部分設(shè)計(jì)
電源部分在本系統(tǒng)中起著重要的作用，不同的控制器對(duì)電源有著不同的需求，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該嚴(yán)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(shí)還存在一些順序要求，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到各個(gè)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)置必要的開關(guān)以及中間繼電器。為防止使用者誤操作導(dǎo)致的一些故障，在電源模塊中應(yīng)設(shè)置熔斷器等保護(hù)裝置。
