《MPS模块化加工系统实验》课程教学大纲 - 教学大纲

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《MPS模块化加工系统实验》课程教学大纲

【添加时间：2015-07-31 09:59:46】【来源：】【作者：uestcetcmce】【阅读：】

适用专业：所有专业学时数： 32 学分数： 2 开课学期：第4学期
先修课程：电气控制及PLC
一、课程性质和目标
授课对象：所有专业
课程类别：专业核心课
教学目标：
随着工业自动化的发展和进步，现代加工系统越来越趋向系统化、自动化以及智能化，以气动执行元件为主的自动化系统，应用越来越广泛。模块化生产系统展现了实际生产环境，融合了很多学科的知识，其中包括了实际生产中各种装置，各类传感器以及代表国际先进技术的气动元器件，如气缸、阀岛等。通过对模块化生产系统的实际操作可加深了解气压传动技术、机电控制技术、测试测量技术、传感器技术等在先进的工业自动化领域中的地位和作用。学生可以从模块化生产系统中，更加感性，更加便捷的接触到这些先进的元器件和先进的控制技术，开阔知识面，对提高学习先进的科技知识的兴趣是大有裨益的。
二、课程内容安排和要求
（一）教学内容、要求及教学方法
MPS模块化生产实验系统是一个考虑到各种教学对象和专业水平的自动化教学系统。这种模块化的生产实验系统的安装和配置既适合职业培训，又适合进一步的深造培训，教学中再现了实际生产环境，适应了工业生产的要求。尤其是硬件部分，包括了实际生产中的各组成部分，同时针对教学目的，又进行了必要的改造。系统的操作台上配置了各种生动的模拟实际生产的装置，因此成为一种理想的获得技能的教学系统。该系统可以锻炼学生以下五方面的能力：
机械工程：操作的设计充分考虑了机械结构的合理性和机械技术的应用。
气动技术：一套完整的气动设备，运用了各种动作功能，如推、转、吸等。
传感器：恰当的运用多个、多类传感器，拓宽学生认识面。
PLC： PLC的编程和使用、操作装置的激活、编程中计数器的应用。
试验：对整个系统进行连续操作、调试，解决出现的问题，最终达到准确无误。
（二）自学内容和要求
过程控制理论；传感器工作原理；气压传动技术；PLC的网络化控制技术。
（三）实践性教学环节和要求
实验项目1
实验名称：基本指令实验
1、实验项目的目的和要求：
(1) 掌握常用基本指令的使用方法。
(2) 学会用基本逻辑与、或、非等指令实现基本逻辑组合电路的编程。
(3) 熟悉PLC的常用指令.定时器指令.计数器指令及RST.OUT指令的用法。
(4) 初步掌握利用现有指令编写PLC梯形图的方法，并加深理解这些指令的功能。
(5) 熟练使用STEP 7 MicroWIN软件编制.调试.运行PLC程序。
2、实验内容：
SIEMENS S7-200系列可编程序控制器的常用基本指令有10条。本次实验进行常用基本指令LD、LDN、A、AN、 NOT、O、ON、ALD、OLD、= 指令的编程操作训练。
3、项目需用仪器设备名称：
(1) 安装有WINDOWS操作系统的PC机一台（具有STEP 7 MicroWIN V4.0软件）
(2) PLC（S7-200 CPU224）一台。
(3) PC与PLC的通信电缆一根。
(4) 按钮开关板（输入）及指示灯板（输出）各一块（可用六站中的任一站取代）
4、所需主要元器件及耗材：
结构部件、插线板、伺服电机(舵机)、传感器等。
5、学时数：4
实验项目2
实验名称：上料检测单元（第一站）
1、实验项目的目的和要求：
(1) 了解掌握PLC控制系统 I/O分配、硬件构成、程序调试等。
(2) 将所学的知识运用于实践中，培养分析问题、解决问题的能力。利用所学的指令完成上料检测单元程序的编制。
(3) 本实验是六单元中的第一站，通过熟悉第一站，就可获得其它各站的相关内容，为整个六站的拼合与调试作准备。
2、实验内容：
编写程序实现：当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，提升气缸驱动的工件平台下降到位。然后进入工作运行模式，料盘旋转输出工件，当检测到工件平台中有工件后，料盘停止旋转，提升气缸动作，将工件平台提升至输出工位，对工件的颜色进行检测并保存下来，如果是白色工件，L1灯亮；如果是黑色工件，L2灯亮。按下“特殊”按钮，表示工件被取走，工件平台下降，料盘继续旋转输出工件，重复以上流程。
3、项目需用仪器设备名称：
(1) 安装有WINDOWS操作系统的PC机一台（具有STEP 7 MicroWIN V4.0软件）
(2) PLC（S7-200 CPU224）一台。
(3) PC与PLC的通信电缆一根。
(4) 上料检测单元（第一站）的设备。
4、所需主要元器件及耗材：结构部件、插线板、伺服电机(舵机)、传感器等。
5、学时数：4
实验项目3
实验名称：操作手单元（第二站）
1、实验项目的目的和要求：
(1) 了解掌握PLC控制系统 I/O分配、硬件构成、程序调试等。
(2) 将所学的知识运用于实践中，培养分析问题、解决问题的能力。利用所学的指令完成操作手单元程序的编制。
(3) 本实验是六单元中的第二站，通过熟悉第二站，就可获得其它各站的相关内容，为整个六站的拼合与调试作准备。
2、实验内容：
编写程序实现：当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，旋转气缸驱动的摆臂左转到最左端，摆臂缩回到位，夹爪打开，提取气缸上升到位。然后进入工作运行模式，按启动按钮，操作手单元先摆臂气缸后提取气缸依次伸出，提取气缸伸出到达下端后夹爪夹取工件，夹紧工件后，再按照先提取气缸后摆臂气缸的顺序依次缩回，然后摆臂气缸摆到右端，等待工件送出信号。再次按下启动钮，工件送出，摆臂气缸、提取气缸依次伸出，然后放下工件，再按照逆过程返回到初始位置。
3、项目需用仪器设备名称：
(1) 安装有WINDOWS操作系统的PC机一台（具有STEP 7 MicroWIN V4.0软件）
(2) PLC（S7-200 CPU224）一台。
(3) PC与PLC的通信电缆一根。
(4) 操作手单元（第二站）的设备。
4、所需主要元器件及耗材：结构部件、插线板、伺服电机(舵机)、传感器等。
5、学时数：4
实验项目4
实验名称：加工单元（第三站）
1、实验项目的目的和要求：
(1) 了解掌握PLC控制系统 I/O分配、硬件构成、程序调试等。
(2) 将所学的知识运用于实践中，培养分析问题、解决问题的能力。利用所学的指令完成加工站程序的编制。
(3) 本实验是六单元中的第三站，通过熟悉第三站，就可获得其它各站的相关内容，为整个六站的拼合与调试作准备。
2、实验内容：
编写程序实现：当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，钻孔电机上升缩回到位，检测头缩回到位，夹紧头缩回到位，旋转工作台旋转到位。然后进入工作运行模式，在输入工位上有工件的情况下，当按触启动按钮时，旋转工作台转动，将工件传送到加工工位进行钻孔加工；钻孔加工后，旋转工作台再转动一个工位，将工件送到检测工位进行钻孔质量的检测；最后工件被送到输出工位。输出工位的工件由人工取走。
3、项目需用仪器设备名称：
(1 ) 安装有WINDOWS操作系统的PC机一台（具有STEP 7 MicroWIN V4.0软件）
(2) PLC（S7-200 CPU224）一台。
(3) PC与PLC的通信电缆一根。
(4) 加工单元（第三站）的设备。
4、所需主要元器件及耗材：结构部件、插线板、伺服电机(舵机)、传感器等。
5、学时数：4
实验项目5
实验名称：安装搬运单元（第四站）
1、实验项目的目的和要求：
(1) 了解掌握PLC控制系统 I/O分配、硬件构成、程序调试等。
(2) 将所学的知识运用于实践中，培养分析问题、解决问题的能力。利用所学的指令完成安装站程序的编制。
(3) 本实验是六单元中的第四站，通过熟悉第四站，就可获得其它各站的相关内容，为整个六站的拼合与调试作准备。
2、实验内容：
编写程序实现：当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，夹爪打开、摆臂上抬到位，两个直线气缸驱动摆臂左转到最左端。进入工作运行模式，按启动按钮，摆臂下降夹取工件，抬起后转安装工位，摆臂下降后释放大工件，然后上抬等待小工件的安装（用计时器模拟安装好的信号），有信号后摆臂再次下降夹取工件，上抬后转输出工位；等待输出信号，按下启动按钮，摆臂下，放开工件，上抬后摆臂转左工位，再次等待下一个工作信号。
3、项目需用仪器设备名称：
(1) 安装有WINDOWS操作系统的PC机一台（具有STEP 7 MicroWIN V4.0软件）
(2) PLC（S7-200 CPU224）一台。
(3) PC与PLC的通信电缆一根。
(4) 安装搬运单元（第四站）的设备。
4、所需主要元器件及耗材：结构部件、插线板、伺服电机(舵机)、传感器等。
5、学时数：4
实验项目6
实验名称：安装单元（第五站）
1、实验项目的目的和要求：
(1) 了解掌握PLC控制系统 I/O分配、硬件构成、程序调试等。
(2) 所学的知识运用于实践中，培养分析问题、解决问题的能力。利用所学的指令完成安装搬运站程序的编制。
(3) 本实验是六单元中的第五站，通过熟悉第五站，就可获得其它各站的相关内容，为整个六站的拼合与调试作准备。
2、实验内容：
编写程序实现：当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，旋转气缸驱动的摆臂左转到最左端，摆臂缩回到位，换向气缸伸出，推料气缸缩回到位。然后进入工作运行模式，按启动按钮，摆臂向外摆出，推料气缸推出小工件，摆臂摆回吸取小工件后，向外摆出，至极限位置后，释放小工件，然后摆臂摆回，同时料仓在换向气缸的驱动下换向，为下次另一种小工件的输出作好准备。
每按一次启动按钮就执行一个工作循环，而在每一次工作循环后，料仓都必须交替自动换向。
3、项目需用仪器设备名称：
(1) 安装有WINDOWS操作系统的PC机一台（具有STEP 7 MicroWIN V4.0软件）
(2) PLC（S7-200 CPU224）一台。
(3) PC与PLC的通信电缆一根。
(4) 安装单元（第五站）的设备。
4、所需主要元器件及耗材：结构部件、插线板、伺服电机(舵机)、传感器等。
5、学时数：4
实验项目7
实验名称：立体存储单元（第六站）
1、实验项目的目的和要求：
(1) 了解掌握PLC控制系统 I/O分配、硬件构成、程序调试等。
(2) 将所学的知识运用于实践中，培养分析问题、解决问题的能力。利用所学的指令完成分类站程序的编制。
(3) 本实验是六单元中的第六站，通过熟悉第六站，就可获得其它各站的相关内容，为整个六站的拼合与调试作准备。
2、实验内容：
编写程序实现：当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，工件推块缩回到位，由丝杆驱动的工件平台归零（X、Y轴），按下“开始”钮后，工件平台去接收工位（单站控制时可自由定义）。然后进入工作运行模式，放入工件后，按启动按钮，工件平台携带着工件到达预定的仓位，然后将工件推入立体仓库；最后工件平台归零后再次去接收工位，等待下一个工作信号。
3、项目需用仪器设备名称：
(1) 安装有WINDOWS操作系统的PC机一台（具有STEP 7 MicroWIN V4.0软件）
(2) PLC（S7-200 CPU224）一台。
(3) PC与PLC的通信电缆一根。
(4) 立体存储单元（第六站）的设备。
4、所需主要元器件及耗材：结构部件、插线板、伺服电机(舵机)、传感器等。
5、学时数：4
三、考核方式
实验报告70%和具体实验操作30%
四、建议教材及参考资料
《MPS加工系统实验指导书》，自编
《典型生产线原理、安装与调试（西门子PLC版本）》，北京理工大学出版社
实验项目8
实验名称：FMS教学系统的AGV控制实验
1、实验项目的目的和要求：
(1) 了解掌握AGV系统（大学版智能机器人）编程控制技术。
(2) 掌握直行、等待、停止、数字信号输入等机器人控制函数。
(3) 运用机器人控制函数编写程序，实现AGV系统的运行。
2、实验内容：
图形化交互式C语言（简称流程图）是MT-UROBOT专用的开发系统。流程图编辑环境可在Windows 95/98 和 Windows NT 4.0以上版本的操作系统上运行。流程图是由图形化编程界面和C语言代码编程界面组成的，要求完成以下实验内容：

(1)用流程图语言实现AGV小车直线行走。

(2) 用C语言实现AGV小车直线行走

(3)应用碰撞开关实现AGV小车避障运行

(4)实现AGV小车红外避障功能
3、项目需用仪器设备名称：
(1) 大学版机器人MT-UROBOT一台。

(2) 大学版机器人编程软件Robot一套。
(3) 计算机一台。
(4) 大学版机器人MT-UROBOT附属件一套。
4、所需主要元器件及耗材：结构部件、插线板、伺服电机(舵机)、传感器等。
5、学时数：4
三、考核方式
实验报告70%和具体实验操作30%
四、建议教材及参考资料
《MPS加工系统实验指导书》，自编
《大学版智能机器人MT-UROBOT使用手册》，上海英集斯自动化技术有限公司

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