一、建設(shè)背景

智能機電一體化綜合實訓(xùn)考核設(shè)備、工業(yè)4.0智能控制實訓(xùn)臺,隨著中國版"工業(yè)4.0"《中國制造2025》的出臺，基于信息物理系統(tǒng)的智能裝備、基于工業(yè)機器人的智能工廠等智能制造正在制造方式的變革。而制造業(yè)乃國民經(jīng)濟之主體，是立國之本、興國之器、強國之基。打造具有國際競爭力的制造業(yè)，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設(shè)世界強國的必由之路。國家推進制造過程智能化，在重點領(lǐng)域試點建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間，加快人機智能交互、工業(yè)機器人、智能物流管理、增材制造等技術(shù)和裝備在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，促進制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實時監(jiān)測和自適應(yīng)控制。

為了適應(yīng)國家對智能制造設(shè)備所需要的高技能人才的培養(yǎng)，上海上益教育設(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)出系列工業(yè)機器人應(yīng)用與維護專業(yè)實訓(xùn)考核系統(tǒng)設(shè)備。該系統(tǒng)符合"四個定位"：即職業(yè)技能競賽的定位；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。并符合國家對"關(guān)于進一步深化中等職業(yè)教育教學(xué)改革的若干意見"的文件精神，緊緊圍繞以國家職業(yè)標準為依據(jù)，以綜合職業(yè)能力培養(yǎng)為目標，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)和工作過程，設(shè)計新的課程體系和內(nèi)容，按照工作過程的順序和學(xué)生自主學(xué)習(xí)的要求進行教學(xué)設(shè)計和安排教學(xué)活動，實現(xiàn)理論教學(xué)與實踐教學(xué)融通合一，能力培養(yǎng)與工作崗位對接合一，使實習(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、方法能力和社會能力。

基于目前對專業(yè)的全新建設(shè)，結(jié)合現(xiàn)有基礎(chǔ)和未來發(fā)展思路與目標，碩博公司在本次規(guī)劃貴校工業(yè)機器人系列實訓(xùn)基地和實訓(xùn)裝備建設(shè)方面，將全面結(jié)合學(xué)校開設(shè)的專業(yè)，以滿足教學(xué)實訓(xùn)，考核鑒定為基礎(chǔ)，重點突出功能，把握建設(shè)檔次，體現(xiàn)技術(shù)水平，力求實現(xiàn)適度超前的規(guī)劃原則。

二、建設(shè)目標

結(jié)合學(xué)院當前和未來的發(fā)展規(guī)劃目標，本次規(guī)劃設(shè)計的工業(yè)機器人技能技能工作室能達到以下目標：

--具備能夠滿足各專業(yè)教學(xué)實訓(xùn)的基本技能、綜合技能、創(chuàng)新技能，以及中級、高級、技師、高級技師的職業(yè)資格和人才培養(yǎng)的需求。

--具備能夠滿足現(xiàn)代先進技術(shù)并緊密結(jié)合先進制造業(yè)技術(shù)發(fā)展的新工藝、新知識、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。

--具備能夠滿足開展教學(xué)研討，開展技能競賽，開展學(xué)術(shù)交流，開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)計的一體化機電專業(yè)、電氣和自動化專業(yè)、工業(yè)自動化專業(yè)實訓(xùn)基地的實訓(xùn)裝備,本著實用性，實操性，職業(yè)性，綜合性為出發(fā)點，其技術(shù)優(yōu)勢如下：

技術(shù)的先進性 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)知點及應(yīng)會點，如工業(yè)機器人控制技術(shù)，智能監(jiān)控技術(shù)等。

技術(shù)的綜合性 集成了光、機、電、氣、液、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字控制等綜合技術(shù)的應(yīng)用，覆蓋現(xiàn)有機電專業(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，在滿足機電專業(yè)教學(xué)的前提下，結(jié)合相關(guān)工種的國家職業(yè)標準，既能進行培訓(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、高科技、高技能的特點，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)練教材及長期穩(wěn)定的師資培訓(xùn)計劃。

技術(shù)的兼容性 該方案的技術(shù)來源于生產(chǎn)實際，不但能夠用于教學(xué)訓(xùn)練，還能進行與生產(chǎn)實際相關(guān)的典型工作任務(wù)，使學(xué)校實訓(xùn)與生產(chǎn)實際接軌。

一、 技術(shù)性能要求

1. 輸入電源：單相220V±10% 50Hz

2. 工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃  相對濕度＜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. 臺面平鋪2020歐標工業(yè)鋁材、右側(cè)臺面鋪400×1000mm軟絕緣膠墊，中部抽拉式電氣接線板。

7. 安全保護：具有漏電壓、漏電流保護裝置，安全符合國家標準

二、基本配置及功能要求

★1、實訓(xùn)裝置包括電氣接線模塊、上料模塊、輸送線模塊、視覺識別模塊、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、小車運動控制模塊、溫控箱變頻控溫模塊。提供符合上述要求的裝置整體設(shè)計效果圖。

2、以上模塊對應(yīng)以下單元：PLC單元、485通信單元、工業(yè)視覺識別單元、RFID產(chǎn)品溯源單元、氣動控制基本單元、變頻調(diào)速單元、觸摸屏單元、以太網(wǎng)交換機、伺服系統(tǒng)控制單元等組成、溫度檢測變送單元。

2.1  PLC單元 西門子主機1511C

帶顯示屏的 CPU；工作存儲器可存儲 175 KB 代碼和 1 MB 數(shù)據(jù)；位指令執(zhí)行時間 60 ns；4 級防護機制，工藝功能，運動控制，閉環(huán)控制，計數(shù)與測量；跟蹤功能；PROFINET IO 控制器，支持 RT/IRT，性能升級 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，恒定總線循環(huán)時間，路由功能；運行系統(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 個一組；數(shù)字量輸出模塊 DQ 16xDC24V/0.5A，16 個一組；模擬量輸入模塊 AI 4xU/I、AI 1xRTD，16 位，5 個一組；模擬量輸出模塊 AQ 2xU/I，16 位，2 個一組；6 個通道用于計數(shù)與測量，帶增量式編碼器 24 V（最高 100 kHz）；4 個通道用于 PTO，脈寬調(diào)制，頻率輸出（最高 100 kHz)

視覺識別單元

一、基本要求：

1、工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)包括相機、鏡頭、處理軟件、光源等組成。工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)放置在輸送線一測，對工件進行顏色，尺寸，標識等信息檢測。

2、檢測結(jié)果通過總控通訊，為后續(xù)擺放等作業(yè)做好準備。

3、600 萬像素 1/1.8" CMOS 千兆以太網(wǎng)工業(yè)面陣相機，傳感器類型CMOS、卷簾快門，傳感器型號 Sony IMX178，像元尺寸 2.4 m × 2.4 ?m，靶面尺寸 1/1.8"，分辨率 3072 × 2048，動態(tài)范圍 71.3 dB，曝光時間 25 μs ~ 2.5 sec，快門模式 支持自動曝光、手動曝光、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）

4、鏡頭：鏡頭接口 C-Mount 外形尺寸 29 mm × 29 mm × 42 mm

5、連接電纜與支架

二、軟件要求

1、軟件可進行曝光時間，白平衡設(shè)置。

2.進行四點相機標定，能快速讀取標定模板的像素值，可獲取對應(yīng)的位置值。

3、可進行日志顯示，并可以清楚歷史日志。

4、可進行至少8個模板匹配，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，視覺返回s1,0,0,0數(shù)據(jù)給機器人，機器人發(fā)命令繼續(xù)匹配模板；

5.可進行發(fā)送可接收數(shù)據(jù)顯示。

6、軟件輸出4個數(shù)據(jù)：類型、X、Y、旋轉(zhuǎn)量

7.支持繪制的模板可以進行集合運算；

8.繪制模板可以使用長方形，圓形，自由繪制等方式進行繪制模板；

9、在機器人視覺系統(tǒng)軟件中，拍照的圖像可以自由的拖動及放大；

10.支持實時采集及單獨拍照；

11、在機器人視覺系統(tǒng)軟件中，有紅色十字光標方便安裝調(diào)節(jié)相機位置。

3、RFID識別單元：RFID射頻單元帶集成天線的方型讀寫器（RS422）；50×50×30 mm（L×D×H）

標簽使用螺紋式小尺寸標簽。

三、觸摸屏單元

3.1顯示模塊：≥7"TFT

3.2顯示色彩：≥65536彩色

3.3分辨率：≥800×480像素

3.4背光類型：≥LED 亮 度 300cd/m2

3.5液晶壽命: ≥50000小時

3.6觸控面板:4線精密電阻網(wǎng)絡(luò)（表面硬度不低于4H）

3.7CPU: ≥800MHz RISC

3.8存儲器: ≥128MB閃存+64MB 內(nèi)存 RTC

3.9通訊接口:COM0:RS485-2W/4W, RS232; COM2: RS232

四. 以太網(wǎng)交換機：

4.1以太網(wǎng)交換機采用非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng) 100MBIT/S交換機，自帶5個雙絞線端口，RJ45 接口；

4.2用于構(gòu)建小型星形和總線形拓撲結(jié)構(gòu)；自帶LED診斷顯示，供電電源DC 24V 。

4.3不低于IEC/EN 61000-4工業(yè)級防護，不低于IP30防護，9.6-60VDC三冗余電源輸入，多重保護。

五. 變頻調(diào)速單元：

5.1單相220V供電，輸出功率0.37KW。

5.2集成RS-485通訊接口，提供操作面板；

5.3具有線性V/F控制、平方V/F控制、可編程多點設(shè)定V/F控制，磁通電流控制、直流轉(zhuǎn)矩控制；

5.4集成4路數(shù)字量輸入，2路模擬量輸入；

5.5具備過電壓、欠電壓保護，變頻器、電機過熱保護，短路保護等。

六. 小車運動控制單元：主要由運動小車（直流電機驅(qū)動）、同步帶輪傳動機構(gòu)、直流電機、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、行程開關(guān)等組成，通過傳感檢測、PLC編程，實現(xiàn)運動距離測量、傳動控制、鍵值優(yōu)化比較行走控制、定向控制、報警運行控制、點動控制等，能實現(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動控制單元設(shè)計效果圖。

七. 三維模組控制單元：

7.1三維絲桿或同步帶控制單元主要由伺服驅(qū)動和步進驅(qū)動組成。

7.2伺服驅(qū)動用于控制X軸，采用交流伺服驅(qū)動，工作電壓AC220V，輸出功率200W。

7.3采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，智能功率模塊（IPM） 內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強的抗干擾的能力。

7.4支持位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制。

7.5步進電機驅(qū)動用于控制Y軸，采用交流伺服驅(qū)動，工作電壓DC24V，輸出功率>=30W；

7.6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等功能。

八、 溫控箱變頻控溫模塊：加熱板通電加熱，溫度變送器檢測加熱板到達一定溫度后，PLC控制系統(tǒng)控制臺達變頻器使電機旋轉(zhuǎn)，帶動扇葉加強空氣流動，快速散熱，使箱內(nèi)環(huán)境溫度穩(wěn)定。

九、溫變變送器。

9.1二線制輸出，無需補償導(dǎo)線；

9.2溫變變送器結(jié)構(gòu)簡單安裝方便，使用壽命≥10000次；

9.3結(jié)構(gòu)簡單，合理安裝方便；小型化，安全可靠，使用壽命長；

9.4插頭式溫度變送器，量程0-100OC，電源24VDC，輸出0-10V。

十、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。

十一、 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。控制輸出：伺服準備好、定位完成、零偏差、零速度、報警檢出、緊急停止檢出，

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。