CIMS实验指导书

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1、CIMSCIMS 实验指导书实验指导书目录目录1 1 实验设备简介实验设备简介2 2 实验一：实验一：FMSFMS 系统操作实验系统操作实验2 2 实验二：立体仓库与搬运装置实验（综合）实验二：立体仓库与搬运装置实验（综合）3 3 实验三：物流传输线实验（综合）实验三：物流传输线实验（综合）4 4 实验四：三维装配站实验（综合）实验四：三维装配站实验（综合）5 5 实验五：分布式数控系统实验（综合）实验五：分布式数控系统实验（综合）6 6 实验六：机械手实验（综合）实验六：机械手实验（综合）实验设备简介实验设备简介随着科学技术的迅速发展，在生产过程的各个方面（设计、制造和管理）引进了微电 子学

2、、机器人技术、自动化和信息技术等大量新技术，因而在最近的冶金和机械加工市场 经历了重大的变化。 TS-CIMS-02 柔性制造系统是参考德国(BiBB)和西班牙(Fatek)FMS 的实际生产线而设计， 面向中高等院校教学设计的一套机电一体化实训系统。系统采用目前工业现场中广泛应用 的 Siemens 可编程控制器为主控设备，辅以 Panasonic 伺服电机系统和 TS_501 教学机器 人和上位机 PC 画面控制，方便的实现多种控制，运用了机械、电气、自动化等多方面的知 识。 TS-CIMS-02 柔性制造系统主要功能是：首先我们在上位机中设定好了控制过程后，三 维立体库中的机械手自动把工

3、件从库中取出放到传输线上，通过传输线把工件移送到机器 人控制单元，由 TS-501 机器人拿取工件，放到机床上进行加工，加工完毕后再由机器人放 回到线上，传送到装配站进行装配，最后图像识别系统进行识别，再放回三维立体库中。 在整个过程中主要应用了以下技术： 装配； 装卸装置； 输送和传输链条 线性装置 机床加工 气动装置 可编程控制技术 单片机技术 机器人技术 数控机床技术 交流电机控制技术 伺服电机控制技术 步进电机控制技术 变频控制技术 传感器技术 计算机通讯技术 画面控制技术 配线技术 Profibus DP 工业网络技术 FMS 柔性加工系统从机械结构上说可分为封闭传输线、三维立体库、

4、TS-501 机器人行 走单元、三维装配站四部分。1 1、封闭传输线、封闭传输线动作过程：动作过程：工作盘通过传输带在线上移动，当某一号码的托盘要求在某个工作站做 工作时，则该盘在该工作站内被止动气缸阻挡后，由托起气缸顶起，用机械 定位方法定位，然后由相关的单元进行加工。托起的工作盘上的工件被取走 后，工作盘根据要求在工作站等待或转入下道工序。当工作站内工作盘不是 所选时，识别后止动气缸放行。如果工作站内有被顶起的工作盘时，则移到 站前的工作盘将在等待位被长时间阻挡，直到工作站内的工作盘结束工作被 放行后，此工作盘才进入工作站进行下一步工作。2 2、三维立体库、三维立体库动作过程：动作过程：三

5、维机械手初始位置在零位。当可编程控制器接受到上位机中的命令时， 三维机械手开始执行不同的命令，其工作方式有以下四种： i.取件动作：从三维库中指定位置取工作盘放到传输线的工作站托盘上 ii.放件动作：从传输线的工作站托盘上取工作盘放到三维库的指定位置 iii.取放件动作：从三维库中指定位置取工作盘放到传输线的工作站托盘上， 在工件经过加工和装配再回到库的工作位时，从传输线的工作站托盘上取 工作盘放到三维库的指定位置 iv.移库动作：把三维库中的工件从一个库位移到另一个指定库位机械手通过直流电机控制左右横移；通过伺服电机控制上下移动；通过气 缸控制手爪的旋转、伸出、夹紧，以达到移取工作件的目的。

6、3 3、TS-501TS-501 机器人直线行走单元机器人直线行走单元动作过程：动作过程：当传输线上的工作盘被托起后，TS-501 机器人执行某一指令，拿取工件， 然后机器人在线性位移装置上横移到车床或铣床位，将机器人放到机床中进行 加工；当加工完成后，TS-501 机器人再从机床中取回工件，横移到 O 位，将工 件再放到传输线上托起的工作盘上，机器人复位，等待下次工作。4 4、三维装配站、三维装配站动作过程：动作过程：本单元主要包括两种工作方式：I. 线-站：在传输线装配位置工作站上，三维装配机构用吸盘 从被顶 起的托盘上吸拿零件，移放到装配站指定托盘的孔中； II. 站-线：当没有工件的工

7、作盘在传输线装配位置被顶起后，三维装配 机构用吸盘从装配站的指定托盘中拿取工件，放到传输线上的托盘中， 然后回到 O 位5 5、TS-CIMS-02TS-CIMS-02 的的通讯网络及现场总线通讯网络及现场总线目前，通讯网络和现场总线技术在工业现场和人们的生活中得到了日益广泛的应用,在 遍布全球的自动化控制系统中，通讯网络和现场总线系统随处可见。这就对我们广大师生 提出了新的要求，因此为了配合师生的学习，TS-CIMS-02 柔性制造系统采用了多种目前广 泛应用的通讯及总线协议，使广大师生能得到更好的认识。 PROFIBUS DP 总线通讯：PROFIBUS 是一种功能强大、开放、坚固耐用的串

8、行通讯总线 系统，是目前最成功的开放现场总线，满足 IEC61158/EN50175 国际标准的要求。 PROFIBUS 定义串行现场总线系统的技术和功能特性，通过 PROFIBUS 可以将较低层的分 布式自动化设备（执行器/传感器）联网到中高层（单元层）的性能范围。PROFIBUS 分为 主站和总站，用户要求开放和制造商中立的通讯系统促使建立 PROFIBUS 协议的技术规范和标准化。 PROFIBUS-DP 是专门设计用于在自动化系统和分布式 I/O 站以及现场设备之间进行通讯。 它的特点是：最小化的响应时间和高亢干扰度。可以替代价格昂贵的 24V，4(0)到 20mA 测 量转换值的并行

9、传输信号。 由于 PROFIBUS 的开放性，理所当然，它能连接不同制造厂商的标准化部件，在世界范 围内，已有多于 500 家制造厂商能提供种类繁多的带有 PROFIBUS-DP 接口的现场设备。 TS-CIMS-02 柔性制造系统采用的是 SIEMENS S7-300 可编程控制器。我们把 S7 300 作为主 站。通过集成在 CPU 上的 PROFIBUS-DP 接口连接到 PROFIBUS-DP 网络上。网络中下挂 7 个 子站，采用 SIEMENS S7-200 PLC ，通过 EM277 通讯模块连接到 PROFIBUS-DP 网络中。实验一：实验一：FMSFMS 系统操作实验系统操

10、作实验一、实验目的：一、实验目的： 在了解计算机集成制造系统（CIMS）和柔性制造系统（FMS）的基本概念、主要结构、 特征及相关技术基础上，在一套实际的 FMS 系统上： （一） 了解 FMS 系统启动、运行的全过程； （二） 熟悉各部分连接及操作。 二、实验主要仪器设备和器材二、实验主要仪器设备和器材 TS-CIMS-02 柔性制造系统 三、实验步骤三、实验步骤 1 系统如果初次上电，机器手将自动复位，在机器手复位结束前严禁操作画面；当系 统初次上电时，在按装配站启动按钮前必须先按本站的复位按钮； 2 点击综合控制信号的自动控制按钮，待自动控制框变绿； 3 点击综合控制信号的启动按钮，待启

11、动控制框变绿，并确认急停键已经解除。 4 选择启动站点的选择框，待对勾出现在选择框中。 5 （1）如果选择了三维立体库必须选好想执行的操作方式和填好源库，目标库的准确 数字； （2）封闭传输线上的工作盘选择传输速度必须预先设定； （3）机器人单元的选择必须想好执行的操作方式和确认机器手急停没有按下； （4）三维装配站必须选好执行的装配位和是否进行装盖选择。 6 等执行完所有的动作后，如需新的自动控制动作，可重新执行 3，4，5 步； 7 需要结束自动程序时，关闭自动操作画面。 注意： 1机械手还在动作时，严禁操作下一动作。 2做完实验后，要拔下电源插头，清理完现场后方可离开。 思考题：思考题：

12、 1 柔性制造系统的定位采用何种方式？ 2 柔性制造系统中有那些传动方式？并举例说明。实验二：立体仓库与搬运装置实验实验二：立体仓库与搬运装置实验一、实验目的：一、实验目的： （一） 了解立体仓库在 FMS 中的作用，以及搬运装置上传感器与气动装置的作用； （二） 熟悉 PLC 控制立体仓库和搬运装置工作状态的方式； （三）熟悉立体仓库以及搬运装置的基本的手动和自动操作方法 二、实验设备二、实验设备 Ts-cims-02 立体仓库及搬运装置三、实验步骤三、实验步骤 在进行本实验前，应该首先阅读实验步骤，以便获得运行的基本原理和如何正确操 作的基本概念。在操作过程中，应严格按操作规则来进行，如果

13、系统出现故障错误， 请立刻告诉实验指导老师，予以排除。打开 FMS 操作画面进行分别进行取件，放件，去放件和移库的操作，并用编程电缆连接西 门子 S7-200PLC 进行程序的读取，改进设计并写入使之顺利的完成上述动作。 搬运装置以及立体仓库的上述动作流程如下：思考题思考题 1 各种传感器以及气动元件的作用？ 2 PLC 控制立体仓库有什么优点？ 3 简述西门子 PLC 编程软件的使用步骤。实验二实验二 物流传输线实验物流传输线实验一、实验目的：一、实验目的： （一） 了解物流传输线在 FMS 中的作用，以及封闭传输线上传感器与气动装置的作用； （二） 熟悉 PLC 控制物流传输线工作状态的方

14、式； （三）熟悉物流传输线装置的基本的手动和自动操作方法 二、实验设备二、实验设备 Ts-cims-02 物流传输线装置三三 实验步骤实验步骤 在进行本实验前，应该首先阅读实验步骤，以便获得运行的基本原理和如何正确操 作的基本概念。在操作过程中，应严格按操作规则来进行，如果系统出现故障错误， 请立刻告诉实验指导老师，予以排除。了解传输线上速度控制的特点，本传输线采用一个 变频器驱动四个电机。 物流传输线的组成以及各元件的定义Siemens S7-200 PLC 1 套 CPU 6ES7 226-2BD22-0XB0 1 个 通讯模板 6ES7 277-0AA22-0XA0 1 个 扩展模板 6

15、ES7 221-1BF22-0XA0 1 个 972 通讯插头 6ES7 972-0BA41-0XA0 1 个 交流电机（180W） 4 台 空气开关(Q3) 1 个 直流电源(VC2) 1 个 中间继电器(KA9-20) 12 个 KA9 1#位止动 KA10 2#位止动KA11 3#位止动 KA12 4#位止动 KA13 1#位等待 KA14 2#位等待 KA15 3#位等待 KA16 4#位等待 KA17 1#位托起 KA18 2#位托起 KA19 3#位托起 KA20 4#位托起 端子 传感器 24 个 I0.2-I0.5 止动位检测信号 I0.7-I1.2 等待位检测信号 I1.7-I1.7 1#位工作盘辨别信号 I2.1-I2.4 2#位工作盘辨别信号 I2.6-I3.1 3#位工作盘辨别信号 I3.3-I3.6 4#位工作盘辨别信号打开 FMS 操作画面进行分别进行工件的