CN1959767B - 基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，包括多个或单个工作单元，所述工作单元包括工作台及连接工作台的实训操作台，所述实训操作台包括台体、及位于台体上的电源、控制单元、信息点分布图和安全插孔；所述电源、控制单元及安全插孔之间互连互通。本发明的多个工作单元既可独立工作又可柔性地组成多种生产系统，为学生提供了几十种实训项目，且利用实训操作台使学生可更直观、形象地了解各工作单元的工作原理，并提高了学生的学习兴趣及效率；另外还集可编程控制器技术、传感器技术、气动技术、传动技术、伺服技术、变频调速技术、现场总线技术及机械加工技术为一体，学生可在该系统中进行编程、接线、调试等多项实践操作。

Description

基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统

技术领域

本发明涉及一种用于机电类学科的教学设备领域，特别是指一种基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统。

背景技术

随着PLC、变频器、传感器、驱动与定位和网络控制等新技术的飞速发展，使机电设备的技术集成度和自动化水平不断提高；因此，高等院校和职业技术学校对以自动生产线为代表的机电类实践教学设备提出了更高的要求。然而目前的自动生产线实践教学设备主要存在以下问题：

1、对新技术的集成度不高，仅偏重于某几方面，不能使学生对各项新技术的综合应用有全面深入地了解。

2、未能从教学角度出发，对自动生产线进行二次开发，而是简单地将实际生产线完整地搬入实验室中。因自动线系统庞大，连线复杂，连接端不便于多次连接和拆卸等原因，使学生每完成一个教学项目，都相当于一次设备安装；学生不能十分方便快捷地对电气系统进行反复地连接、修正和调试，教学效率低，不利于灵活地组织教学，不利于提高学生的实践能力。

3、由于自动生产线实践教学系统必须集成较多的新型电气控制元件，因此，电气元件输入、输出的信息点分布广、功能多、类型杂、信息量大，电气图纸与控制系统实物之间存在很大距离，学生不易在短时间内理解和掌握，应开发一种介于电气原理图与系统实物之间的信息点分布图。

4、现有的自动线实践教学系统不易分解成独立的加工单元，不便于进行单项的(如定位驱动、变频调速、检测、气压传动)实践教学，因此设备的应用范围较窄，利用率较低。

5、设备的功能单一，能开出的实训项目少，因此设备的利用率低，不能使有限教学资源发挥最大的社会和经济效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，其可使学生更为方便直观地掌握各个工作单元的机械结构、元器件布局、电气控制原理、元器件作用和联接方法等，有效地提高学生的学习兴趣和效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：提供一种基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，包括多个或单个工作单元，所述工作单元包括工作台及连接工作台的实训操作台，所述实训操作台包括台体、及位于台体上的电源、控制单元、信息点分布图和安全插孔，信息点分布图是与工作台实物相对应的；所述电源、控制单元及安全插孔之间互连互通。

其中所述控制单元包括PLC、触摸屏、计算机、通信模块和或变频器，它们之间互连互通，其中PLC用于处理各种逻辑和数字运算；触摸屏作为人机交互界面，用于发送各控制命令、参数设置及运行参数和状态显示；计算机通过组态软件进行监控；通信模块用于多个工作单元的通信；变频器用于控制工作单元的运行速度。

其中所述信息点分布图是与工作台实物相对应的，并标识出了信息点所处的位置、功能、相互关系和信息类型。

其中所述安全插孔包括PLC输入/输出插孔、信息点插孔、通信插孔和电源插孔。

其中所述安全插孔通过叠插插头联接。

其中所述通信模块包括远程通信模块，或所述通信模块包括变频器通信模块及传感器通信模块，或所述通信模块包括远程通信模块、变频器通信模块及传感器通信模块。

其中该系统包括原料供应单元、检测加工单元、机械组装单元、质量检测单元和入库仓储单元这五个工作单元，还包括监控中心和环形流水皮带单元；所述监控中心包括主站通信模块；当工作单元的通信模块包括远程通信模块时，该系统通过主站通信模块、工作单元的远程通信模块组成CC-Link网络，实现各工作单元的PLC与PLC之间的CC-Link通信；当工作单元的通信模块包括变频器通信模块及传感器通信模块时，该系统通过变频器通信模块实现PLC与变频器的CC-Link通信，通过传感器通信模块实现PLC与传感器的CC-Link通信。

其中所述系统通过RS485-BD模块或RS232-BD模块，实现各个工作单元的PLC与PLC之间的一对一的网络通信；或者该系统通过RS485-BD模块实现各个工作单元的PLC与变频器之间的RS485网络通信；或者该系统通过RS232-BD模块实现各个工作单元的PLC与变频器之间的RS232网络通信。

其中所述环形流水皮带单元包括两个变速电机、两个变频器和两台步进电机，连接所述若干个工作单元，循环运动。

本发明的有益效果是：本发明为每个工作台设一相应的实训操作台，其上绘有该工作台的信息点分布图，标识了各信息点的所处位置、功能、相互关系、信息类型，可使学生对该单元的机械结构、元器件布局、电气控制原理、元器件作用和联接方法有更为直观、形象、全面地了解；能有效地提高学生的学习兴趣和效率；另外，各类电气联接点均由安全插孔引出，通过叠插插头可十分方便、安全、快速的完成各类电气元件和系统的联接，提高了实训效率；本系统还运用现场总线技术，增强了上位机的监控能力，使柔性加工生产线的组成、控制和管理更加灵活方便，为学生实训提供了良好的平台；且该系统能较好地兼顾实践教学和科研开发两方面的需求，为机电类教师的教学和科研提供了良好的平台。

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明的一实施例的系统结构图。

图2是本发明的一实施例的系统模块。

图3是本发明的实训操作台的结构示意图。

图4是本发明的检测加工单元的实训操作台的操作面板结构示意图。

图5是本发明的检测加工单元的实训操作台的信息分布图的放大图。

具体实施方式

本发明的柔性自动生产线的实践教学系统主要包括工作台和与工作台相配合的实训操作台，工作台用于具体的机械生产工序的演示，实训操作台用于对工作台实现控制的实训平台。

实训操作台包括台体、及位于台体上的电源、控制单元、信息点分布图和安全插孔；其中电源、控制单元及安全插孔之间互连互通。

其中控制单元包括PLC、触摸屏、计算机、通信模块和变频器，它们之间互连互通，其中PLC用于处理各种逻辑和数字运算；触摸屏作为人机交互界面，用于发送各控制命令、参数设置及运行参数和状态显示；计算机通过组态软件进行监控；通信模块用于多个工作单元的通信，实现网络控制；变频器用于控制工作单元的运行速度。

信息点分布图是与工作台实物相对应的，并标识出了信息点所处的位置、功能、相互关系和信息类型，可使学生对该单元的机械结构、元器件布局、电气控制原理、元器件作用和联接方法有更为直观、形象、全面地了解；能有效地提高学生的学习兴趣和效率。

上述安全插孔包括PLC输入/输出插孔、信息点插孔、通信插孔和电源插孔。各个安全插孔通过叠插插头联接，可十分方便、安全、快速的完成各类电气元件和系统的联接，提高了实训效率。

其中实训操作台的控制单元的通信模块包括远程通信模块，或所述通信模块包括变频器通信模块及传感器通信模块，或所述通信模块包括远程通信模块、变频器通信模块及传感器通信模块。

如图1所示，自动生产线系统的工作单元共包括五个工作单元，分别为原料供应单元、检测加工单元、机械组装单元、质量检测单元、入库仓储单元；还包括监控中心及环形流水皮带单元组成一完整的自动生产线系统，各个工作单元可分别独立工作，并可分别组成多种不同的小生产线系统。

其中，原料供应单元是将工件由料仓送到转盘，转盘转动一定角度后，将钢珠送至工件上，转盘再转动到机械手下方，由机械手将工件抓起运至皮带线上的小车中，进行下一工序。

检测加工单元是将工件从皮带线上的小车中抓取至工作台上，再由汽缸将工件送至冲压汽缸下，冲压工件，冲压后将工件送至机械手下方，机械手抓起工件到检测传感器处进行检测，如未检测到钢珠则报警，如检测到钢珠则将工件送至达皮带线上的小车中，进行下一工序。

机械组装单元是将料仓中的工件盒抓取至工作台上，然后将工件从皮带线上的小车中抓取至工件盒中，再将另一料仓中的盖子抓取至工件盒上完成组装，再将组装后的工件运至皮带线上的小车中，进行下一工序。

质量检测单元是由机械手从皮带线上的小车中抓取组装后的产品至颜色检测传感器上方，检测产品颜色，不合格产品送至废品台上，合格产品则由机械手将产品送至材质检测传感器上方，检测产品材质，不合格产品送至废品台上，合格产品则放回小车，进行下一工序。

入库仓储单元是抓取皮带线上的小车中的检测后的产品，根据仓库的储存情况将产品运至三层仓库中进行储存。

环形流水皮带线单元是连接上述五个单元，让小车随环形皮带线做环行运动，使五个单元循环工作。所述环形流水皮带单元包括两个变速电机、两个变频器和两台步进电机，连接所述原料供应单元、检测加工单元、机械组装单元、质量检测单元和入库仓储单元，循环运动。

监控中心包括主站通信模块，其将五个工作单元及环形流水皮带线通过CC-Link现场总线组成网络，如图2所示。监控中心能将整个系统的现场信息以数据、文本、图形等形式通过CC-Link现场总线实时呈现在实训操作台的触摸屏前，也可通过CC-Link现场总线的网络模块在校园网和Internet网上随时进行在线远程查询和控制。

本系统还可以进行CC-Link网络实训，当该系统包括上述原料供应单元、检测加工单元、机械组装单元和入库仓储单元，且通信模块包括远程通信模块时，通过监控中心的主站通信模块、实训操作台的远程通信模块(图2、图4所示的FX2N-32CCL)的组成CC-Link网络，实现各工作单元的PLC(图2、图4所示的FX2N-32MT)与PLC之间的CC-Link通信；当该系统包括上述原料供应单元、检测加工单元、机械组装单元、质量检测单元和入库仓储单元，且所述通信模块包括变频器通信模块及传感器通信模块时，也可通过变频器通信模块实现各工作单元的PLC与变频器的CC-Link通信，通过传感器通信模块实现各工作单元的PLC与传感器的CC-Link通信。

以下详细描述本系统的实训操作台，如图3所示，为本系统的实训操作台机械结构示意图。实训操作台包括台体，在台体的操作面板上集成了安全插孔、PLC、变频器、信息点分布图、电源、计算机及触摸屏，操作面板直观、真实地反映出该工作台的机械和传动系统结构和加工过程，可方便学生了解机械部件。学生可在操作面板上对工作台进行编程、电气联线和调试。

另外，所述系统通过RS485-BD模块或RS232-BD模块，实现各个工作单元的PLC与PLC之间的一对一的网络通信；或者该系统通过RS485-BD模块实现各个工作单元的PLC与变频器之间的RS485网络通信；或者该系统通过RS232-BD模块实现各个工作单元的PLC与变频器之间的RS232网络通信。

以下以检测加工单元的实训操作台的操作面板为例详述本系统的操作面板。如图4所示，检测加工单元的操作面板的安全插孔包括：PLC输入/输出插孔、RS-484插孔、CC-LinK插孔、常开按扭插孔、通信总线插孔、信息点分布图中的各信息点插孔、报警插孔，电源插孔。如图5所示，检测加工单元的操作面板的信息点分布图所绘制的是检测加工单元的机械结构，包括冲压气缸、送料气缸、升降气缸、机械手、工件检测传感器等的机械结构，并标识出了各工件的功能及作用，使学生可直接通过信息点分布图清楚地了解检测加工单元的机械结构及工作原理，另外，信息点分布图还通过安全插孔将各信息点引出，学生可通过叠插插头将各安全插孔联接，控制检测加工单元工作，并可反复多次实践，设计多种检测加工方案，学生通过此种直观、形象的方式大大提高了学生兴趣和效率。

另外，触摸屏作为人机交互界面，用于学生发送各种命令、设置运行参数、并显示出检测加工单元的运行状态与结果。PLC将学生所编好的程序进行调试、控制检测加工单元按程序工作，若检测加工单元与其他工作单元组成一生产系统，PLC通过CC-Link总线或RS-485总线与其他工作单元的PLC或变频器进行通信，共同完成整个生产加工过程，其中PLC的输入插孔不可外接电源。在本实施例中五个工作单元中只有入库仓储单元具有变频器，其用于控制入库仓储单元的运行速度。

本系统集可编程控制器技术、传感器技术、气动技术、传动技术、伺服技术、变频调速技术、现场总线技术及机械加工技术等为一体，学生可在该系统中进行编程、接线、调试等多项实践操作。多个工作单元可柔性地组成多种生产系统，可供学生完成几十种实训项目。

Claims (9)

1.一种基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，包括多个或单个工作单元，其特征在于：所述工作单元包括工作台及连接工作台的实训操作台，所述实训操作台包括台体、及位于台体上的电源、控制单元、信息点分布图和安全插孔，信息点分布图是与工作台实物相对应的；所述电源、控制单元及安全插孔之间互连互通。

2.如权利要求1所述的基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，其特征在于：所述控制单元包括PLC、触摸屏、计算机、通信模块和变频器，它们之间互连互通，其中PLC用于处理各种逻辑和数字运算；触摸屏作为人机交互界面，用于发送各控制命令、参数设置及运行参数和状态显示；计算机通过组态软件进行监控；通信模块用于多个工作单元的通信；变频器用于控制工作单元的运行速度。

3.如权利要求1所述的基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，其特征在于：所述信息点分布图是与工作台实物相对应的，并标识出了信息点所处的位置、功能、相互关系和信息类型。

4.如权利要求1所述的基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，其特征在于：所述安全插孔包括PLC输入/输出插孔、信息点插孔、通信插孔和电源插孔。

5.如权利要求1或4所述的基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，其特征在于：所述安全插孔通过叠插插头联接。

6.如权利要求2所述的基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，其特征在于：所述通信模块包括远程通信模块，或所述通信模块包括变频器通信模块及传感器通信模块，或所述通信模块包括远程通信模块、变频器通信模块及传感器通信模块。

7.如权利要求6所述的基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，其特征在于：该系统包括原料供应单元、检测加工单元、机械组装单元、质量检测单元和入库仓储单元这五个工作单元，还包括监控中心和环形流水皮带单元；所述监控中心包括主站通信模块；当工作单元的通信模块包括远程通信模块时，该系统通过主站通信模块、工作单元的远程通信模块组成CC-Link网络，实现各工作单元的PLC与PLC之间的CC-Link通信；当工作单元的通信模块包括变频器通信模块及传感器通信模块时，该系统通过变频器通信模块实现PLC与变频器的CC-Link通信，通过传感器通信模块实现PLC与传感器的CC-Link通信。

8.如权利要求7所述的基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，其特征在于：所述系统通过RS485-BD模块或RS232-BD模块，实现各个工作单元的PLC与PLC之间的一对一的网络通信；或者该系统通过RS485-BD模块实现各个工作单元的PLC与变频器之间的RS485网络通信；或者该系统通过RS232-BD模块实现各个工作单元的PLC与变频器之间的RS232网络通信。

9.如权利要求7所述的基于网络控制的柔性自动生产线的实践教学系统，其特征在于：所述环形流水皮带单元包括两个变速电机、两个变频器和两台步进电机，连接所述原料供应单元、检测加工单元、机械组装单元、质量检测单元和入库仓储单元，循环运动。

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