机电教学实训装备的开发_机电实训

机电教学实训装备的开发

1.实训装置研制 1.1实训系统的总体方案 根据教学需要，机电气一体化自动生产线教学实训装置 必须做到一机多能，要将机、电、气、测、控等技术有机地 结合起来，满足多门课程的实训需要，要涵盖机械传动、液 压与气动技术、传感检测技术、电气控制技术等课程知识。

所以本文设计的自动生产线教学实训系统是模拟完成现代 化生产装配过程的自动上料、传输、物料检测和自动分拣的 一个小型自动生产线系统，本教学实训系统包括五个模块， 即由气动元件控制的供料装置和运输装置；
由光电传感器、 霍尔传感器和颜色传感器组成的检测装置；
机械手分拣装 置；
PLC电气控制系统。生产线的工作过程是：先将物料放入料仓→供料机构动作→输送机构动作→分拣机械手动作 →将物料分类分拣到相应的料仓。根据以上工作过程设计系 统方案如图1所示：
1.2供料装置和运输装置的设计 供料装置和运输装置均采用气动传动机构，其气动回路 示意图如图2所示，供料装置由一个垂直储料筒和一直线往 复式双动送料气缸6组成，送料气缸动作一次，就将储料筒 中的一个物料推到运输装置的运输平台7上；
运输装置由无 杆汽缸8构成，在活塞上安装有一运输平台7，可在无杆汽缸 8的动作下做左右方向的往复直线运动，以运输工件或货物， 平台的移动距离有安装在无杆汽缸两端的霍尔传感器控制。

1.3分拣装置的设计 系统中的分拣装置采用由机械传动的机械手实现对物 料的搬运和分拣。本装置设计的机械手采用直流电机驱动， 由机架底座、转盘、电机齿轮箱、大臂和手抓等组成，其结 构如图3所示。

1.4检测装置和控制系统的设计 检测装置的功能主要是判断物料的有无、各气缸运动的 行程、机械手行程的位置和物料的颜色等，以便机械手能将 不同颜色的物料搬运到不同的物料区域。所以系统中的检测 装置主要由光电传感器、霍尔传感器、电感传感器和辨色传 感器等构成。控制系统采用西门子S7-200可编程控制器实现， 根据生产线的控制信号和被空对象确定PLC控制系统的I/O地址，地址分配表如下：
1.5系统的控制程序设计 在设计本系统的控制程序时首先应清楚本装置的生产 动作过程，其动作过程如下：将物料放入料仓→供料机构动 作→输送机构动作→分拣机械手动作→将物料分类分拣到 相应的料仓。根据系统的这个动作流程来考虑设计PLC的控 制程序，把供料机构的控制、输送机构的控制和分拣机械手 的控制分别作为子程序，这样可以使程序编写层次分明，更 有条理，也更简单。所以系统主程序流程图设计如图5所示。

机械手动作过程如下：机械手下降→机械手抓紧物料→机械 手上升→机械手左转（或右转）→机械手下降→机械手松开 →机械手上升到初始位置。所以由于机械手分拣物料的动作 过程比较复杂，机械手分拣过程的控制单独设计成一个子程 序。其流程图如图6所示。

2.实训装置研制的意义 文章所开发的实训装置结构虽简单，但也是一个完整的 小型仿真自动生产线系统，所涵盖的知识内容较多，包括机 械传动、气动技术、传感检测技术、PLC控制技术等多门课 程，目前已研制完成，并且投入到教学中，取得了不错的效 果。

通过对整个系统进行教学并让学生动手装配、调试并模 仿设计，学生可以在传感器的设计选型、气动元件的选型、 气动回路的设计、结构系统设计、控制系统设计、PLC编程、系统装配、电气连接、系统调试等多方面进行全方位的学习 和实践，达到理论教学难以达到的效果，培养学生的感性认 识和实际动手能力。在全面掌握该系统的基础上，学生将具 有设计装配一般实际工程系统的能力，达到技能教学的目的 与效果。