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第一章MPS自动生产线实训设备概述1.1机电一体化技术1.2MPS教学系统简介1.1机电一体化技术1.1.1机电一体化技术的基本概念机电一体化技术是以大规模集成电路和微电子技术高度发展并向传统机械工业领域迅速渗透，机械、电子技术高度结合的现代工业为基础，将机械技术、电力电子技术、微电子技术、信息技术、传感测试技术、接口技术等有机地结合并综合应用的技术。在综合应用这些技术时，要根据系统的功能目标和优化组织结构的目标，合理配置布局驱动系统、控制系统、传感检测系统、信息的传输与接收系统、执行机构等，并使它们在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起，达到预期的功能。因此，机电一体化技术是在高性能、高质量、高可靠性的意义上的实现特定功能的系统工程。机电一体化的主要技术特征有：（1）机械技术、电子技术和信息技术的功能交互，以机械系统的微型计算机控制的形式出现。下一页返回1.1机电一体化技术（2）在一个具体的物理单元中，在不同子系统空间上的集成。（3）机电一体化系统控制功能的智能化，越来越先进的控制功能取代了许多操作人员的推理和判断。（4）柔性化使得机电一体化产品能够灵活地满足各种要求，适应各种环境。（5）采用微处理器控制的系统，易于增加或改变功能，而无须增加硬件成本。（6）控制功能采用电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术来实现，因此，对用户来说，机电一体化系统的内部运行机制是隐蔽的。（7）在机电一体化技术中，设计思想与制造技术紧密联系在一起，二者是并行发展的。1.1.2机电一体化的分类机电一体化技术随着微电子技术及其他相关技术的迅速发展上一页下一页返回1.1机电一体化技术而在不断地发展着，其应用领域也在不断扩大，并形成了种类繁多的机电一体化产品，主要种类有：（1）在原有的机械本体上采用了电子控制设备，实现了高性能和多功能的系统，如数控机床、机器人、发动机控制系统和自动洗衣机等。（2）用电子设备局部置换机械控制结构形成的产品，如电子缝纫机、电子打印机、自动售货机和电子电动机等。（3）与电子设备有机结合的信息设备，如电报机、传真机、打印机、复印机、录音机、磁盘存储器及办公自动化设备等。（4）用电子设备全面置换机械结构的信息处理系统，如石英钟、电子计算机、电子秤、电子交换机和电子计费器等。（5）与电子设备有机结合的检测系统，如自动探伤机、形状识别装置、CT扫描仪和生物化学分析仪等。（6）利用电子设备代替机械本体工作的系统，如电火花加工机床、线切割放电加工机、激光测量机和超声波缝纫机等。上一页返回1.2MPS教学系统简介1.2.1概述模块化生产培训系统（ModularProductiontrainingSystem，MPS）是由上海英集斯自动化技术有限公司研制的教学设备。MPS体现了机电一体化技术的实际应用。MPS是一套开放式的设备，用户可以根据自己的需要选择设备组成单元的数量、类型。目前最多可由9个单元组成，一个单元亦可自成一个独立的控制系统，而由多个单元组成的生产系统可以体现自动生产线的控制特点。在由多个MPS工作单元组成的系统中，综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、电力电子技术、传感器应用技术、PLC控制技术、组态控制技术和信息技术等。利用该系统可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学生处在一个非常接近于实际的教学设备环境中。学生在学习过程中可以很自然地将理论应用到实际，实现理论与实践的完美结合，从而缩短理论教学与实际应用之间的距离。下一页返回1.2MPS教学系统简介1.2.2MPS的基本组成多个单元组成的MPS系统可以较为真实地模拟出一个自动生产加工流水线的工作过程。如图1-1所示。其中，每个工作单元都可以自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。各个单元的执行机构主要是气动执行机构和电机驱动机构，这些执行机构的运动位置都可以通过安装在其上面的传感器的信号来判断。在MPS设备上应用多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体的通过状态、物体的颜色、物体的材质和物体的高度等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。在控制方面，MPS设备采用PLC进行控制，用户可根据需要选择不同厂家的PLC（上海英集斯公司主要使用三菱公司的FX2N系列PLC、西门子公司的S7-200系列PLC和S7-300系列PLC）。上一页下一页返回1.2MPS教学系统简介MPS设备的硬件结构是相对固定的，但学生可以根据自己对设备的理解、对生产加工工艺的理解，编写一定的生产工艺过程，然后再通过编写PLC控制程序实现该工艺过程，从而实现对MPS设备的控制。1.2.3MPS的基本功能MPS设备给学生提供了一个半开放式的学习环境，虽然各个组成单元的结构已经固定，但是，设备的各个执行机构按照什么样的动作顺序执行，各个单元之间如何配合，最终使MPS模拟一个什么样的生产加工控制过程，MPS作为一条自动生产流水线具有怎样的操作运行模式等，学生都可根据自己的理解，运用所学理论知识，设计出PLC控制程序，使MPS设备实现一个最符合实际的自动控制过程。MPS系统中每个单元都具有最基本的功能，学生可在这些基本功能的基础上进行流程编排设计。图1-2为上料检测单元。上一页下一页返回1.2MPS教学系统简介功能简介：完成整个系统的上料工作，将工件输出，判断出其颜色，并将其信息发给后一站。此站可配合触摸屏或组态控制作为整个系统的主站。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：回转料斗、提升装置、光电识别组件。图1-3为供料单元。功能简介：为加工过程逐一提供加工工件。由双作用气缸从料仓中逐一推出工件，转换模块上的真空吸盘将工件吸起，在旋转缸的驱动下将工件移动至下一个工作站的传输位置。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：真空组件、旋转模块、供料模块。图1-4为检测单元。上一页下一页返回1.2MPS教学系统简介功能简介：检测加工工件的各种特性，如颜色、材质、高度等。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：工件高度检测模块、提升模块、工件材质及颜色识别组件。图1-5为加工单元。功能简介：工件将在旋转平台上被检测及加工。通过具有四个工位的加工旋转平台，进行加工模拟，并进行加工质量的模拟检测。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：旋转平台、模拟钻孔模块、模拟检测组件。图1-6为搬运单元。上一页下一页返回1.2MPS教学系统简介功能简介：该搬运单元由无杆气缸、椭圆形活塞气缸和夹爪等部件组成，通过移动、上下伸缩、抓取等动作，将前一单元上的工件传入下一执行单元。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：提升模块、气动夹爪组件、直线运动无杆缸。图1-7为安装单元。功能简介：该单元提供两色小工件，气缸将料仓中的两色小工件交替推出，由真空吸盘吸取，通过转臂输入到大工件的空腔中。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：送料模块、旋转模块、真空组件。图1-8为安装搬运单元。上一页下一页返回1.2MPS教学系统简介功能简介：将工件从前一站搬运至下一站，并可在本站上完成大、小工件的组装。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：直线转旋转运动模块、气动夹爪装置。图1-9为操作手单元。功能简介：该单元由不同的气动执行部件组成，通过摆动、伸缩、气动抓取等动作，将前一单元上的工件传入下一执行单元的输入工位。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：伸出及提升模块、旋转模块、气动夹爪组件。图1-10为立体存储单元。上一页下一页返回1.2MPS教学系统简介功能简介：该单元为仓库存储的模拟，它将系统加工完成的合格产品按照不同类别进行分类立体存放。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。步进电机及驱动器：Start。组成模块：步进电机控制模块、滚珠丝杆模块、工件推出组件、立体仓库。图1-11为机械手单元。功能简介：该单元是一个6个关节的机械手，它可以用来完成抓取动作，可以进行工件的组装，产生一个完整的产品。手臂本体：日本莫托曼HP3。扩展模块：控制器、变压器。上一页下一页返回1.2MPS教学系统简介组成模块：手臂本体、手臂控制器、气动夹爪。图1-12为分类工作单元。功能简介：将工件从传送带的前端输送到后端。它带有工件滑槽及导向装置，能够将工件按类别进行存储。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：传送带、阻挡装置、工件滑槽。1.2.4MPS的公共模块和器件1.供电电源模块供电电源模块及电路原理如图1-13和图1-14所示。外部供电电源为三相五线制AC380V/220V，三根相线经三相三线漏电保护开关后连接到三个安全导线插孔处，零线和接地线也连接到安全导线插孔处。另外，模块上还提供两个单相电源插座，为PLC模块和按钮/指示灯模块提供AC220V电源。上一页下一页返回1.2MPS教学系统简介图1-14为供电电源模块一次回路原理图。2.气源处理组件气源处理组件及其回路原理图分别如图1-15和图1-16所示。气源处理组件是气动控制系统中的基本组成器件，它的作用是除去压缩空气中所含的杂质及凝结水，以调节并保持恒定的工作压力。在使用时，应注意经常检查过滤器中凝结水的水位，在超过最高标线以前，必须排放，以免被重新吸入。气源处理组件的气路入口处安装了一个快速气路开关，用于启/闭气源，当把气路开关向左拔出时，气路接通气源，反之，把气路开关向右推入时气路关闭。气源处理组件的输入气源来自空气压缩机，所提供的压力为0.6MPa～1.0MPa，输出压力为0～0.8MPa可调。输出的压缩空气通过快速三通接头和气管输送到各工作单元。1.2.5MPS的发展上一页下一页返回1.2MPS教学系统简介模块化生产培训系统是先进工业自动化及制造的基本部分，将先进制造系统的物料供给、分拣、加工、检测和立体仓库等主要单元展现给学生，同时学生可以自己动手实践，学习PLC编程、生产管理、流程设计等机械设计制造及自动化的相关课程。随着技术的发展，工控技术的不断完善，上海英集斯自动化技术有限公司在原有的MPS系统中加入了触摸屏控制系统、组态监控系统和生产管理执行系统，进一步提升了模块化生产培训系统的科技含量，使学生在“用最先进的技术培训今天的学生，为未来而服务！”这样的理念下前进。触摸屏是一个智能化操作部件，是极富吸引力的全新多媒体操作装置，用户只要用手指轻轻地触摸显示屏上的图符或文字就能实现对设备操作，可显示设备运行状况和运行参数。组态监控程序的应用解决了人-机界面控制中的动画显示问题，监控信息将以更加形象、生动的动画方式显示出来。上一页下一页返回1.2MPS教学系统简介尽管触摸屏和组态监控软件的出现至今只有短短的几年时间，但实际应用已经证明，触摸屏和组态监控软件可以取代设备的操作面板和仪表。生产管理执行系统（MES）的应用是模块化生产培训系统的一次飞跃，它引入了信息管理技术，真正实现了对生产的有效管理。上一页返回图1-1多单元组成的MPS系统返回图1-2上料检测单元返回图1-3供料单元返回图1-4检测单元返回图1-5加工单元返回图1-6搬运单元返回图1-7安装单元返回图1-8安装搬运单元返回图1-9操作手单元返回图1-10立体存储单元返回图1-11机械手单元返回图1-12分类工作单元返回图1-13供电电源模块返回图