机电一体化综合教学实训方案

一、政策背景

《中国制造2025》明确规划了中国制造业未来10年的工业之路是一条智能化、自动化之路;在国民经济“十三五”发展规划中也清晰规划了重点发展的领域，智能制造装备产业作为高端制造业的一个重点领域，其发展得到了国家和地方层面的大力支持。

二、项目概述

   此方案针对机电一体化综合教学实训，基于一条包含 6 个工作 站的模块化产线。方案中包含仿真软件 CIROS7，可搭配硬件进行教 学和实训。CIROS7 还可模拟多个品牌的机械手，可用于 PLC 编程教 学实训。方案中包含在线教学平台 LX Basic 可进行教学、练习、考核。后期可增加其他工作站。

三、方案设计

此方案针对机电一体化综合教学实训，基于一条包含 5 个工作 站的模块化产线 MPS。后期可增加其他工作站。 MPS 支持完全拆装，可将实训设备拆到零件级，再组装成原 样。这对职业教育来说是重要的教学环节。MPS 每次拆后都可以安 装成原样，并且不损坏，不仅仅是让学生看设备如何运动，还能真 正训练实际操作。 MPS 起源与德国职业教育，后来被世界技能大赛机电一体化赛 项采用，受到更多关注，而后在全球职业教育领域被更加广泛地使 用。目前在国内各学校实训室、公共实训中心、比赛基地都有广泛 使用。 方案中包含仿真软件 CIROS7，可搭配硬件进行教学和实训。可 仿真方案中的硬件设备，验证 PLC 程序。CIROS7 中还包含各主流品 牌的机械手，可验证 PLC 程序。在线教学实训平台 LX Basic 中的课程涉及到气动技术、电气气 动技术、机电一体化技术、工业 4.0过程控制等。形式为在线课件、练习题、考试题。可对学生账号分组，分配不同的教学及考核内容。

配置清单:

 1、电操作手站

功能：

电操作手工作单元配备灵活的双轴提取装置。光学漫反射传感 器会检测到插入夹具中的工件。提取装置会在气抓手的协作下从该 位置抓起工件。气动抓手上装有光学传感器，该传感器能够区分“黑 色”和“非黑色”工件。按照此标准可将工件置于不同的滑槽上。如果 工作单元与其他工作单元组合，还可规定其他分类标准。工件还可 被传输至下游工作单元。

2、供料/传输/ 分配站

功能：

   供料工作单元可以分离叠放料箱管道内的加工工件。由一个双 作用气缸将工件逐个推出。传送带模块负责向右或向左输送加工工 件。如果有需要，也可以将工件停置在传送带上并进行分离传输。

3、检测/测量站

功能：

   测量站从流水线中拣出工件，然后将其放在测量台上并测定高 度。随后，传送带将工件输送至旋转/升降模块。接着，通过升降和 旋转运动将工件置于漫反射式传感器下方。然后，再将其放回流水 线中。最后，根据测量结果由 90° 摆动驱动器将工件拣选到滑块 上，或者将其运送至传送带终点。其中，配有光纤电缆的光电传感 器可监控传送带上的物料流。传送带可双向运行。

4、提取安装站

功能：

MPS Pick&Place 取放站 D 还涉及到自动化工序中真空技术的 基础知识和应用。 气动式夹紧器和传送带模块负责工件的运输。 该工作站具有一个 Pick&Place 双轴取放模块 和一个传送带模 块。光学传感器、反射光传感器或光栅 能够检测放置在传送带上的 工件外壳。传送带将工件传送至电动输送隔离器。Pick&Place 取放 模块将工件嵌件 从物料供应滑槽上取下并将嵌件放置在工件外壳 上。输送隔离器释放 完整的工件（外壳和嵌件）。 传送带模块将 工件输送至末端位置。 通过 MPS Pick&Place 取放站 D 可以实现各种操作任务： -供应工件（外壳或缸体） -分拣工件（外壳或缸体） 此外还可以解决单独的操作任务。 所使用的 Festo 导向单元 使得挡块和缓冲器可变 且固定装置全向可调节。

MPS 工作站清楚地展示了 真空应用的主要组成部分： 真空发 生器、压力开关、真空过滤器和真空吸盘相互之间以最佳方式协调。

5、成品分装站 （分拣站）

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功能：

该工作站将工件分到三个滑道内。放到在传送带始端的工件被 反射光传感器探测出来。分拣前，内置有阀门的启动闭锁装置将工 件停住。闭锁装置前的传感器识别出工件特征（黑色、红色、金属 性）。通过电分隔器可以使圆柱形工件被分拣到相应的滑道内。反 射光栅监控滑道的填充状态。

6、机械手站

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功能：

  机器人工作站配备了三菱电机的新型 6 轴关节臂机器人 RV-2FB。 这款工业机器人既具备坚固的工程设计和结构，又具有大工作范围 和高移动速度。 在基本型中，该工作站配备了机器人控制器、示教箱、安全外壳、 气源处理装置和多功能气爪。其他 MPS 模块可用于您的个性化机器 人应用。

主题：

工业机器人在灵活自动化领域，工业机器人是最重要的组件之一。通过工业机 器人，可以实现自动化过程的快速调整。借助 MPS 机器人工作站及 其设备水平，得以在工业生产中调试和调整基于机器人的工作单元 所需的过程和任务。 费斯托（中国）有限公司教学与培训事业部 26 / 45。

适合研究：

实时界面机器人的控制器能够通过网络连接将设定值用于轴。这样，您便可 以开发自己的机器人控制器。

7、PA 加工工件

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功能：

用于 MPS® PA 灌装工作单元的液体灌装。 该工件与 MPS® 工作单元兼容。 例如，这套工件中的端盖可以扣合在 Pick & Place 工作单元中的加工工件机壳上。

8、控制面板

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功能：

     SysLink 控制面板（MPS® ） 通过该控制面板可以对 MPS® 工作单元进行简单操作。 SysLink 或 AS-Interface – 多种接口，保证了使用的灵活性。 控制 面板上集成了操作面板、通信面板、空板以及带 SysLink 接口的安 装支架。

薄膜键盘：

带 LED 的启动键、停机键、带 LED 的复位键，2 个可灵活分配的控制灯（见订货号 195766）。 4 mm 安全插座， 带用于显示 I/O 连接状态的 LED 灯（见订货号 195767）。面板 的背面有 SysLink 和 Sub-D 型插座，用于连接任意的 PLC。 AS-I 控制面板（MPS® ）

控制面板上集成了操作面板、通信面板、空板以及带 SysLink 接口的安装支架。

9、Edutrainer （PLC 及接口模块）

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功能：

PLC 和通用型 EduTrainer® （接口模块，或称支架系统）。采 用西门子 1512 系列 PLC。

10、MPS® 底车

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功能：

底车紧凑、可移动。工作单元可以方便地安装到底车上。底车 侧面和背面相应的通孔用于有序的电缆布置。因为底车结构对称， 两侧都提供了操作面板、间隔板和抽屉的安装可能。电接口安装板 和 PLC 机架位于底车内的两侧。通过 DIN-A4 规格的安装型材可以 在底车上安装其他的 EduTrainer® 。可选配安装门用于保护底车内部的装置。 尺寸（高 = 包括滚轮直至底车上缘 x 宽 x 长）：750 x 350 x 700 mm。

11、CIROS 7，通用三维仿真系统 CIROS

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功能：

   虚拟学习环境中的专业培训 CIROS 是一个经过工业验证的、极其强大的平台，用于创建和 应用自动化技术的三维仿真模型。 通过教学机制和材料的强化， CIROS 可以在学习环境中以多种方式使用。无论是预制模型、机器 人和控制器的工业接口，还是通过 Python 进行的方法研究。CIROS在一个通用界面下结合了以下功能：

– 具有建模机制的离散时间 3D 仿真。

– STEP、IGES、STL、VRML、Collada 的 CAD 导入过滤器和常见格式的导出过滤器

– 基于模型库和应用模块的系统和生产线建设

– 包含1100多种机器人模型

– 使用以下编程语言进行机器人编程，其中包括：工业机器人语言 (IRL)、三菱 MELFA BASICV、库卡机器人语言 (KRL)、ABB Rapid

- 连接到制造执行系统 MES4，以作为教学数字双胞胎来运营学习型工厂。

– 拥有30个独立自由度的虚拟人广泛的模型库包括：

– 介绍基本主题的初学者模型

– 中的更多课程文件（需要免费注册）

– 学习系统的虚拟图像，例如 MPS 和 Robotino，用于在模拟 设备和物理设备之间转移学习成绩

– 为工业接口准备的示例，例如 PLC SIM Advanced

– 该模型通过集成的 STEP7 PLC 控制、使用其他解释器（如 IRL）或 PLCSIM 和 PLCSIM Advanced 的外部接口进行控制

– 也可以使用 OPC UA 或 EzOPC 连接到其他基于 OPC 的接口，例如 CODESYS – 使用 EasyPort，最多可同时使用四个外部硬件 PLC 进行模拟控制（硬件在 环）

– 在 Matlab、Python 和 EtherCAT 的帮助下，可以连接外部仿真控制器并对 系统行为进行建模。

– 在具有组件可扩展行为的错误模拟模式下，可以记录发现和消除错误。学习 结果可以在模拟环境中设置的故障情况下进行系统调试和维修的有效培训。

– 提供了广泛的相机路径和模式，以优化任务和项目结果的准备，这些结果可 以导出为视频或 HTML5 容器，以进行独立于设备的显示。

 系统要求

- 英特尔酷睿 i5（第 7 代）或同等产品

– 8 GB RAM，至少 200 GB HDD/SSD

– Windows 10 1709 64 位或更新版本。

- 显卡

简单型号：Intel HD 530 或更高

虚拟现实中的复杂模型或表示：NVIDIA GeForce GTX 1070 或更高

CIROS 支持 OpenVR。使用虚拟现实的先决条件是免费的 Steam 帐户。

购买许可证可以永久运行当前可用的版本。此外，还包括接下来两年的所有更新。 CIROS 支持 OpenVR。使用虚拟现实的先决条件是免费的 Steam 帐户。

教学与培训事业部 36 / 45 购买许可证可以永久运行当前可用的版本。此外，还包括接下来两年的所有更新。CIROS 适应学习情境。从机器人工作站的单个工作站到虚拟学习工厂的教室。以下功能有助于调整：CIROS工作室版（Studio版） 包含教师和研究人员的许可证。在CIROS Studio中，可以为课程创建和 准备新的学习场景。现成的项目、存储的错误行为和用于分布式工作的配置是 可能调整的一些示例。此外，此许可证可用于连接到选定的物理机器人控制器。

12、在线教学平台 LX Basic

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教学与培训数字化学习门户。50个账户授权，1年有效期。

定制化培训体验 与学生分享专业知识和学习经验是大多数教育工作者的主要目标。而设计全面的学习情境需要细致的课程规划和丰富的课程内容。为了帮助教育工作者更便捷地建立与符合工业应用发展的教学 内容，我们推出了 供学员和教师访问 并创建个性化学习方案的在线门户网站。 这个独特的在线平台基于开放的网络社区，提供为许多技术领 域适用的教学资源，以及多种教学工具，可以让您在使用费斯托教 学培训设备的同时创建独具吸引力的课程。

13、仿真盒 

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该仿真盒还可以模拟和显示模拟量信号 (0 - 10 V)。仿真盒连接电缆不在供货范围之内。