DLFMS-1700B现代工业生产装配实训系统

DLFMS-1700B现代工业生产装配实训系统

技术文件

一、设备概述：

DLFMS-1700B柔性制造系统是将微电子学、计算机信息技术、控制技术、

机械制造和系统工程有机地结合起来，是一种复杂技术、高度自动化系统，柔性

制造技术更是当前机械制造业适应市场动态需求及产品不断迅速更新的主要手

段，是先进制造技术的基础。

DLFMS-1700B柔性制造系统是基于西门子工业自动化PLC控制系统的基

础上开发而成的。该模块化柔性生产线，是针对高等教育及科研机构而开发的综

合性的实训平台，适用于各类高等院校的机电一体化、自动化、网络化、系统化、

先进制造业行业等专业的教学和从事相关专业的技术人员的综合应用，对工业现

场设备进行提炼和浓缩，并针对实训教学活动进行专门设计，有机地融全了光、

机、电、气、液于一体。该系统不仅可以作为自动化及网络的教学实训系统，还

可以与子系统相配合组成网络化平台，并从中作为拓展使用。

传统的自动化教学系统大多是以单一模块设备为核心进行监测与控制的，这

种模块可以完成一些简单的执行动作，但各模块之间缺乏复杂的连接和信息沟

通，教师若想及时了解并指导每台设备的操作也存在一定困难，因此各台模块设

备之间容易形成"自动化孤岛效应"。随着信息技术的不断发展，网络化的教学

设备已经成为发展方向。同样，在工业现场的各种生产设备和检测系统都已经形

成了网络化的通讯和管理调度。因此，对自动化网络通讯的学习已经成为自动化

教学非常重要的组成部分。DLFMS-1700B模块化柔性生产线正是以自动化网络

通讯实训为主体，并且有机地融合了电工、电力拖动、传感技术、气动技术、机

械手装配、PLC、变频器、工业自动化网络、自动化生产线的组装与调试等各项

实训内容，实现了对学生综合能力的考核提高了教学质量和对知识的拓展能力。

一、DLFMS-1700B利用工业标准的基本构件（机械元件/电气元件/气动元件）,

辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实

现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而

为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能，世界知名的德国西

门子、德国宝马、美国IBM等一大批著名公司都采用栋梁产品来论证生产流水

线实训任务包括安装和调试，故障诊断和排除，PLC编程和项目设计。通过工作

站的组合可以完成不同的培训主题，构建全部生产过程来反映实际的工业系统。

该系统共分为十七个工作单元（工作站）：总控单元、O

DLFMS-1700B柔性制造系统是采用以太网总线构成的柔性制造系统。可完

成工件的加工、检测、传输、搬运、仓储等过程，真实再现了工业实际生产过程。

该系统的各站是安装在带槽的铝型基板上，各站可容易的连接在一起组成一条自

动柔性制造生产线。每个站即可以自成一体，又可以跟其它各站相互衔接，构成

一个系统的统一体，各模块之间易于搭建、拆卸和维护，各工作站之间可随意组

合。站与站之间的信息交流通过以太网总线传递数据，各站的当前工作状态与数

据处理情况都汇总到总控平台，总控平台根据需要协调各站的相应动作，最终使

各站很柔和地、协调地完成系统下达的命令。

二、设备特点：

该系统的各站都安装在铝型材面板上，各站可容易的连接在一起组成一条自

动加工生产线。该生产线采用西门子PLC系统控制，通过以太网总线通讯方式

将各站联系起来。

高度集成：系统要求通过工业现场总线形式的网络通讯手段将系统中的所有

单机设备进行高度、高效集成。采用符合国际标准的多种总线，将系统中各个单

元有机地整合为一个具有实际操作能力、加工能力、简单装配和二次开发能力的

全自动生产加工装配系统。

高度开放性：包括硬件开放性和软件开放性，系统中应用精密运动控制技术

和工业现场总线通讯技术，向用户开放所有具有自主知识产权的软件源代码。此

外，系统中以运动控制技术为主的单元装备均具有良好的硬件开放性，可以和工

业上众多装备进行接口，进行系统集成。

模块化：系统中的单元设备应具有"联机/单机"两种操作模式。所有设备既

可以自成系统训练，也可以单元设备为平台，独立或与其他相邻模块相互组合,

进行研究与开发。

高犷展性能：包括电气扩展性能和机械扩展性能，在每个控制单元都留有扩

展接口，以便系统有条件通过外接其它品牌或系列的PLC或单片机对系统进行

控制与通讯，无论是系统功能还是实训功能，模块化设计使硬件有条件通过简单

的添加单元，来完成系统扩展和升级。

柔性化：各功能模块须设计独立，配高档脚轮，便于拆装，可选择性适用于

整机或单元实训I。控制模块和实训模块均应配备连杆支撑机构。

工作单元介绍：

该系统共分为十七个单元（站）：总控单元、供料单元、下料单元、加盖单

元、穿销单元、伸缩换向单元、检测单元、射频识别单元、液压单元、液压HMI

比例控制单元、图像视觉单元、分拣单元、码垛机立体仓库单元、废料单元、皮

带传输机、滚筒传输机、皮带转向机、工业机器人单元。

1、总控单元：主体采用铝合金结构与银金结构，完成电气器件安装单元配

置主站控制器、总控操作面板、控制/监控用计算机、上位机监控、系统总供电/

总气源；支持组态控制、按钮组操作、系统状态监控、总供电/供气等功能。本

站控制中心除了对柔性生产线进行总体控制外，还能对本站中可拆装机电一体化

装置执行控制功能。该装置有利于学生在上手开展整套柔性系统前的基础性铺垫

实训。也大大弥补了大型系统拆装实训困难的弱项。

总控单元配置清单：

序号名称数量单位

1工件主体20个

2工件上盖20个

3金属销钉10个

4尼龙销钉10个

5工件托盘20个

6工具箱1套

7软件、程序光盘1套

8配套资料1套

9电源1个

10PLC1214C1个

11数字量输出SM12231个

12过滤减压阀1个

13安装支架1个

14快插接头2个

15剩余电流动作断路器1个

16指示灯（电源）1个

17绿色带灯按钮（启动）1个

18红色带灯按钮（停止）1个

19黄色带灯按钮（复位）1个

20急停按钮1个

21蓝色带灯旋钮（网络）1个

22蓝色带灯旋钮（手/自动）1个

23黄色指示灯（故障）1个

2、上料单元：上料单元是整个装配生产线的起点，该单元的主要功能是根

据控制要求从料槽中抓取装配主体送入下料单元。

图片中依次为装配完毕的工件、托盘、料盒、上盖、销钉。

动作功能简述：光电传感器检测料槽是否有工件，气缸活塞杆与直流电磁吸

铁相连，下降将工件主体吸起；气缸A控制扬臂，带动工件上升至高于下料单

元料仓入口高度，由槽型光电传感器进行到位检测；直流电机A控制扬臂进行

90度顺时针旋转；直流电机B控制上料机构左行，可通过直流调速器对其速度

进行调节；上料单元左行到位后，气动回路的电磁换向阀再次动作，气缸活塞杆

伸出，带动扬臂终端电磁铁持工件下降；气缸活塞杆伸出到位后，电磁吸铁失电，

将工件放下；气动回路电磁换向阀复位，气缸活塞杆收回，扬臂终端电磁铁失电；

气缸回缩归位后，直流电机B驱动齿轮齿条动作，上料单元右行；上料单元右

行回位、直流电机A控制扬臂逆时针旋转90度、步进电机A控制扬臂下降。

上料单元配置表：

序号名称数量单位

11214C1个

2SM12231个

3绿色带灯按钮（启动）1个

4红色带灯按钮（停止）1个

5黄色带灯按钮（复位）1个

6急停按钮1个

7蓝色带灯旋钮（网络）1个

8蓝色带灯旋钮（手/自动）1个

9黄色指示灯（故障）1个

10模块式插座1个

11开关电源1个

12光电传感器1个

13凹槽型光电传感器7个

14微动开关7个

15步进电机1个

16步进电棚区动器1个

17直流电机2个

18直流调速盒1个

19继电器座5个

20继电器5个

21多层式信号灯1个

22软启动阀1个

23消声器3个

24电磁阀1个

25标准气缸1个

26单向节流阀2个

27行程开关安装组件2个

28接近开关2个

29直线导轨2副

30压力轴承1个

31同步带2条

32小同步轮2个

33大同步轮2个

2、下料单元：料仓入口接收待装配主体，托盘抵达下料仓出口，料仓中的待装

配主体通过直流电机驱动间歇机构带动同步齿型带，使其沿料仓通道间歇性

落料到托盘。

下料单元示意图

料仓中可连续放入工件，发出信号启动下料电机执行将工件主体下落动作,

通过光电式传感器检测库存是否仓满；电感式传感器检测到托盘是否到位，启动

下料电机继续执行将工件主体下落动作；光电传感器检测工件下落至托盘时，电

动挡停器处于放行状态；配置报警器，当工作中料仓空仓时进行报警提示。

下料单元配置表：

序号名称数量单位

11214C1个

2SM12231个

3绿色带灯按钮（启动）1个

4红色带灯按钮（停止）1个

5黄色带灯按钮（复位）1个

6急停按钮1个

7蓝色带灯旋钮（网络）1个

8蓝色带灯旋钮（手/自动）1个

9黄色指示灯（故障）1个

10开关电源1个

11直流电机1个

12直流电磁铁1个

13多层式信号灯1个

14同步带2条

15同步带轮4个

3、加盖单元：托盘带装配主体进入本站后，摆臂搬运料槽中的上盖至装配

主体，完成上盖的装配过程。

旋转机械手搬取上盖

电感式传感器检测托盘是否到位，光电式传感器检测来料是否有上盖；通过

继电器控制电机正反转，带动减速机使摆臂动作，主摆臂从料槽中取出上盖，翻

转180度，当碰到放件控制板时复位弹簧松开，此时摆臂碰到外限位开关后结

束加盖动作，上盖靠自重落入工件主体内，摆臂执行返回原位动作；摆臂返回后

内限位开关发出信号，摆臂结束返回动作；电动挡停器处于放行状态；配置报警

器，当摆臂执行多次动作未能装配上盖是进行报警提示。

加盖单元配置表：

序号名称数量单位

11214C1个

2SM12231个

3绿色带灯按钮（启动）1个

4红色带灯按钮（停止）1个

5黄色带灯按钮（复位）1个

6急停按钮1个

7蓝色带灯旋钮（网络）1个

8蓝色带灯旋钮（手/自动）1个

9黄色指示灯（故障）1个

10光电式传感器1个

11凹槽型光电传感器2个

12电感式传感器1个

13微动开关2个

14直流电机1个

15直流电磁铁1个

16继电器座2个

17继电器2个

18开关电源1个

19联轴器1个

4、穿销单元：托盘带加盖主体进入本站后，通过气缸带动轴向凸轮旋转机构，

将销钉装配到上盖与工作主体中，将直线往复运动转换为循环旋转运动。气缸上

配有两个接近开关，检测气缸当前状态，轴向凸轮旋转机构由旋转筒和往复推筒

构成，往复推筒上开有六个斜槽，将360度等分，每个斜槽首尾在圆周上沿展

60°,当推筒正向进给时，旋转筒上的滚珠突起进入斜槽，旋转筒在斜槽和滚珠

突起的共同作用下，顺时针旋转60。，从销钉料斗中取出销钉并将销钉定位到主

体工件销钉孔，推筒进给时带动轴线上的推杆将销钉能够顶入工件销钉孔。工件

成形。料槽中可放置金属和尼龙两种销钉。

电感式传感器检测托盘是否到位，光纤式传感器检测来料是否有销钉；通过

销钉气缸带动轴向凸轮旋转机构，执行装销钉动作；当安装在销钉气缸上用于检

测动作到位的接近开关检测有信号时，旋转机构退回，气动挡停器处于放行状态;

配置报警器，当销钉料仓空仓时进行报警提示。

穿销单元配置表:

序号名称数量单位

11214C1个

2SM12231个

3绿色带灯按钮（启动）1个

4红色带灯按钮（停止）1个

5黄色带灯按钮（复位）1个

6急停按钮1个

7蓝色带灯旋钮（网络）1个

8蓝色带灯旋钮（手/自动）1个

9黄色指示灯（故障）1个

10光纤放大器1个

11光纤元件1个

12电感式传感器1个

13多层式信号灯1个

14T型快插接头1个

15软启动阀1个

16快插接头3个

17消声器1个

18汇流板1个

19消声器2个

20电磁阀2个

21标准气缸1个

22标准气缸1个

23单向节流阀4个

24接近开关4个

25开关电源-国际品牌1个

5、伸缩换向单元：伸缩换向单元的主要功能是将前站传送过来的托盘及组装好

的工件经换向、提升、旋转、下落后伸送至传送带向下站传送。

工件传送至换向机构，光电传感器发出检测信号，换向传送带停转；换向气

缸输出带动转盘顺时针正转；换向气缸旋转90。到位后发出信号，启动换向传送

带反转，将工件送向直线单元II；工件传送至直线单元II时货叉下的托盘传感器

发出检测信号，换向传送带停转；换向气缸带动转盘逆时针反转回位，换向传送

带正转，处于准备接件状态，提升气缸启动持工件上升；提升气缸上升至终端,

启动旋转电机持工件顺时针正转旋转电机旋转180。到位后限位开关发出信号,

启动伸缩电机正转伸出送件；伸缩电机送件到位后限位开关发出信号，释放提升

气缸使其持工件下降；当提升气缸下降到位后发出信号，3秒后再次启动提升气

缸由下降转为上升；提升气缸上升至终端后发出信号，启动伸缩电机反转回缩；

伸缩电机回缩原位后限位开关发出信号，启动旋转电机逆时针反转回原位；当旋

转电机旋转180。回到原位后限位开关发出信号，释放提升气缸下降；当提升气

缸下降到位后系统初始。

伸缩换向单元配置表：

序号名称数量单位

11214C1个

2SM12231个

3绿色带灯按钮（启动）1个

4红色带灯按钮（停止）1个

5黄色带灯按钮（复位）1个

6急停按钮1个

7蓝色带灯旋钮（网络）1个

8蓝色带灯旋钮（手/自动）1个

9黄色指示灯（故障）1个

10开关电源1个

11光电式传感器1个

12电感式传感器1个

13凹槽型光电传感器2个

14微动开关6个

15直流电机4个

16直流电机1个

17继电器座6个

18继电器6个

19警灯1个

20直流调速盒1个

21软启动阀1个

22快插接头3个

23消声器2个

24汇流板1个

25消声器1个

26电磁阀2个

27快插接头4个

28插座接头2个

29标准气缸2个

30单向节流阀4个

31行程开关安装组件4个

32接近开关4个

33压力轴承1个

34压力轴承1个

35滚珠丝杠-CPC1根

36支撑-SBC1个

37联轴器1个

6、检测单元：将工件成品进行全面指标检测，包括工件颜色、装配情况、

销钉材质。并将该结果作为废品线分拣与分类入库的依据。

电感式传感器检测托盘是否到位，由电动挡停器限行。

产品检测如下：

对射式光电式传感器用于上盖检测（上盖为1/无上盖为0）；

电感式传感器销钉用于材质检测（金属销钉为1/尼龙销钉为0）；

色标式传感器用于色差检测（黄色工件为1/绿色工件为0）；

电容式传感器用于销钉检测（穿销为1/未穿销为0）；

检测完毕后，电动挡停器处于放行状态。

7、射频识别单元：当检测单元检测结束后，通过RFID读写头将工件全面

指标检测结果写入托盘底部RFID载码体，包括工件颜色、装配情况、销钉材质

等。

RFID读写头内置的传感器判断是否有载体进入，当检测有载体进入，且有

检测结果时，读写头接受读写命令，将工件检测结果写入载码体。

射频识别单元配置表：

序号名称数量单位

1读写控制器1个

2读写头2个

3载码体20个

4电源连接器1个

5连接器1个

89、液压单元和液压HMI比例控制单元：通过液压换向回路实现对工件成品

的盖章操作、对托盘进行进件和出件、并90。旋转送至下一单元。

液压换向单元由压紧、前推和旋转三个双作用液压缸构成系统。压紧缸驱动

四连杆机构，实现刻章动作；前推缸驱动链条机构，实现本单元对托盘的进件和

出件操作；旋转是由一个摆动缸带动整体液压单元进行90。换向。流量传感器和

压力传感器安装在总油路上，用于采集系统压力和流量，将采集到的值传送至

PLC,可通过触摸屏显示、设定及修改，压力表用于直观显示系统当前压力。可

通过电液比例控制器与比例阀完成动作幅度与速度控制。

由微动开关检测托盘载工件进入本站，前推油缸带动链轮链条将托盘接入；

压紧油缸压紧缸驱动四连杆机构，实现刻章动作，并由微动开关检测其动作状态;

一个摆动缸带动液压摆动主体进行90。换向，凹槽型光电传感器检测液压单元处

于零位或90。位置;摆动缸由电磁比例换向阀进行控制；前推油缸带动链轮链条

将托盘送出，由相邻直线单元上安装的光电式传感器检测托盘完全送出后，系统

复位至初始状态。

环液压单元和比例控制单元配置表：

序号名称数量单位

11214C1个

2SM12231个

3SM12311个

4SM12321个

5绿色带灯按钮（启动）1个

6红色带灯按钮（停止）1个

7黄色带灯按钮（复位）1个

8急停按钮1个

9蓝色带灯旋钮（网络）1个

10蓝色带灯旋钮（手/自动）1个

11黄色指示灯（故障）1个

12人机界面1个

13流量传感器1个

14压力变送器1个

15光电式传感器1个

16凹槽型光电传感器2个

17微动开关6个

18继电器座1个

19继电器1个

20多层式信号灯1个

21双作用油缸1个

22双作用油缸1个

23摆缸1个

24压力表1个

254/3电磁换向阀2件

264/3电磁比例换向阀1个

27比例换向阀放大器1个

28比例溢流阀1个

29比例溢流阀放大器1套

30液压源1套

31开关插座-国内品牌1个

32开关电源-国际品牌1个

10.图像识别单元：通过视觉系统对进入工件拍摄，对比以存储的标准

图像，判断产品类别及是否合格；

图像识别单元由识别控制器、镜头和光源三部分构成系统。镜头捕捉当前影

像信息，识别单元存储，判断及处理影像信息，并输出判断结果，通过10输出

送至PLC,另外，可通过显示屏显示，利用操作手柄设定及修改识别器参数及判

断条件等。

由电感式传感器检测托盘是否到位，当检测到位且稳定后触发视觉单元拍摄

图像，识别单元读入图像信息，对比预设的图像信息，根据设置的判断标准输出

判断结果。PLC接受到结果后放行工件，且输出给视觉识别器复位信号，清除图

像信号，等待下次判断。

图像识别单元配置表：

序号名称数量单位

11214C1个

2SM12231个

3绿色带灯按钮（启动）1个

4红色带灯按钮（停止）1个

5黄色带灯按钮（复位）1个

6急停按钮1个

7蓝色带灯旋钮（网络）1个

8蓝色带灯旋钮（手/自动）1个

9黄色指示灯（故障）1个

10控制器1个

11镜头1个

12光源1个

13开关电源-国际品牌1个

14电感式传感器-国际品牌1个

15直流电机-国际品牌1个

16直流电磁铁1个

17多层式信号灯-国际品牌1个

18同步带2条

19同步带轮4个

11、分拣单元：根据前端检测结果，采用气动机械手对工件成品进行分拣，

合格产品随托盘进入下一站入库；不合格产品放至废品线，空托盘放行。

当托盘载合格工件到达定位口时，电感式传感器发出托盘到位检测信号，气

动挡停器限行，等待码垛机立体仓库单元处于接收工件状态时，本站挡停器将工

件放行。

当托盘载不合格工件到达定位口时，电感式传感器发出托盘到位检测信号,

气动挡停器限行，启动短程气缸垂直下行。

短程气缸垂直下行到位发出信号，开启真空开关，聚胺脂吸盘压紧工件。

接收到真空检测信号（吸盘吸紧工件）后，短程气缸持工件垂直上行。

短程气缸持工件上行至位（返回原位）后，摆动缸动作使工件转动90。。

机械手持工件转动90。至位后，无杆缸动作使机械手水平左行。

机械手水平左行至位后，启动短程气缸垂直下行。

短程气缸垂直下行到位发出信号，停止真空开关，聚胺脂吸盘失真空使工件

下落。

真空检测信号消失后，短程气缸垂直上行。

短程气缸上行至位（返回原位）后，无杆缸动作使机械手水平右行返回，同

时摆动缸动作使其回转90。。

摆动缸（旋转1无杆缸（水平）均复位后,气动挡停器?税无盘放行。

分拣单元配置表：

序号名称数量单位

11214C1个

2SM12231个

3绿色带灯按钮（启动）1个

4红色带灯按钮（停止）1个

5黄色带灯按钮（复位）1个

6急停按钮1个

7蓝色带灯旋钮（网络）1个

8蓝色带灯旋钮（手/自动）1个

9黄色指示灯（故障）1个

3电感式传感器1个

4多层式信号灯1个

5软启动阀1个

6汇流板1个

7消声器2个

8电磁阀4个

9标准气缸1个

10单向节流阀8个

11接近开关4个

12导向驱动单元1个

13紧凑型气缸1个

14摆动气缸1个

15微型开关2个

16真空发生器1个

17吸盘2个

26开关电源1个

12、码垛机立体仓库单元：四自由度码垛机器手（可完成前后、左右、上下、

90度旋转外接出库的动作指令）接收分拣单元放行的合格产品，并根据产品种

类（检测单元输出的结果）搬运至相应库格。井道式仓储结构，仓库货架位于垛

机左右两侧，每个仓库设有3*3,9个库位。

当接受到前站分拣单元放行合格品信号后，垛机左行，同时垛机左限位电磁

铁吸合准备接件。

当垛机左行到位后，左限位开关发出信号，垛机停止左行等待接件，接入工

件后垛机接件换向右行。

当垛机载工件右行到中间位置且检测到工件后,中间限位开关和工件检测传

感器发出信号，垛机停止右行并释放左限位电磁铁，同时启动伺服电机，使垛机

载工件随升降梯定向上行运送工件。

码垛机到达指定层位高度停止上行，伺服电机启动向内运送工件。

伺服电机将垛机向内送到指定某排位，此时伺服电机停止内进，凸轮动作使

垛机提升30mm的行程；

凸轮上限位发出检测信号时凸轮电机停止动作，垛机左（右）行，左（右）

限位电磁铁吸合放行工件入库。

垛机左（右）行到位使左（右）限位开关发出信号后停止左（右）行，凸轮

动作放置托盘工件。

当凸轮下限位发出信号且库位微动开关动作后，入库动作结束，垛机右（左）

行。

当垛机右（左）行到中间位置时中限位开关发出信号停止右（左）行，并释

放左（右）限位电磁铁。此时启动伺服电机向外退出。

伺服电机向外退至原位后外限位开关动作停止外退，转为升降梯下行。

升降梯下行至底层（原位），底层限位开关动作，将升降梯停放在原位。

码垛机立体仓库单元配置表：

序号名称数量单位

11214C1个

2SM12231个

3绿色带灯按钮（启动）1个

4红色带灯按钮（停止）1个

5黄色带灯按钮（复位）1个

6急停按钮1个

7蓝色带灯旋钮（网络）1个

8蓝色带灯旋钮（手/自动）1个

9黄色指示灯（故障）1个

10光电式传感器