光机电一体化实训装置的基本操作指南

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技术文章

作者：管理员发布时间：2025-04-10 08:33:45

　　 MY-19光机电一体化实训装置融合了多种先进技术与设备，为机电相关专业的教学、实训及竞赛提供了全面且实用的平台。本指南将详细介绍该实训装置的基本操作方法，帮助使用者快速上手。

一、实训装置概述
光机电一体化实训装置由铝合金导轨式实训台、典型的机电一体化设备的机械部件、PLC 模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、模拟生产设备实训模块、接线端子排和各种传感器、计算机等组成。其整体结构采用开放式和拆装式，具有高度的灵活性。既可以利用现有的机械部件组装生产设备，也能添加新的机械部件来组装其他生产设备，以满足不同教学或竞赛要求，组装出具有生产功能的机电一体化设备。
模块采用标准结构和抽屉式模块放置架，互换性强。并且按照具有生产性功能和整合学习功能的原则确定模块内容，使得在教学或竞赛时能够方便地选择所需模块。该设备不仅符合电工电子全国职业技能大赛的要求，还具备可拓展功能，能够组成更加大型的生产模拟系统，满足不同用户学校不同层次、不同专业的教学及培训需求。
二、实训装置的配置

序号	名称	主要元件或型号、规格	数量
1	实训桌	1998mm×960mm×780mm（桌台采用的是 4040 的铝型材）	1 张
2	触摸屏模块	7 英寸，昆仑通态	1 块
3	PLC 模块	选用西门子 SR40 4 台西门子 ST40 1 台通信线、5 根，能完成（1）网络的硬件连接、调试；（2）网络参数设置、调试；（3）基于以太网现场总线多台 PLC 的复杂网络数据读写程序编写与调试。	1 套
4	变频器模块	西门子 V20 功率≥0.37KW	1 块
5	电源模块	三相电源总开关（带漏电和短路保护）1 个，熔断器 3 只，单相电源插座 2 个，安全插座 5 个；	1 块
6	按钮模块	24 V/6 A、12 V/2 A 各一组；急停按钮 1 只，转换开关 2 只，蜂鸣器 1 只，复位按钮黄、绿、红各 1 只，自锁按钮黄、绿、红各 1 只，24V 指示灯黄、绿、红各 2 只；	1 套
7	物料传送机部件	三相交流减速电机（AC380V，输出转速 130r/min）1 台，送料盘 1 个，光电开关 1 只；	1 套
8	气动机械手部件	单出双杆气缸 2 只，气手爪 1 只，旋转气缸 1 只，磁性开关 6 只，气流阀 6 只，非标螺丝 2 只，双控电磁换向阀 1 只；单控电磁阀 2 只，电磁阀和气缸都采用日本 SMC	1 套
9	皮带输送机部件	三相减速电机（380 V，输出转速 40r/min）1 台，平皮带 1400X98X1.5 mm 1 条；	1 套
10	加工机构	主要由物料台、物料夹紧装置、龙门式二维运动装置、主轴电机、刀具以及相应的传感器、磁性开关、电磁阀（日本 SMC）、直流电机、滚珠丝杆副、支架、机械零部件构成。	1 套
11	物件包装机构	主要由井式供料单元、三工位旋转工作台、平面轴承、冲压装配单元、光电传感器磁性开关（欧姆龙）、电磁阀（日本 SMC）、直流电机、支架、机械零部件构成。	1 套
12	物件分拣部件	单出杆气缸 3 只，金属传感器 1 只，光传感器 2 只，磁性开关 6 只，物件导槽 3 个，单控电磁换向阀 3 只，气缸和电磁阀均采用日本 SMC	1 套
13	接线端子模块	接线端子和安全插座	1 块
14	物料	金属 5 个，尼龙黑白各 5 个	15 个
15	安全插线		1 套
16	气管	Φ4Φ6，气管为蓝色，每台配有足量气管	1 套
17	PLC 编程线缆		1 条
18	触摸屏与计算机通信线		1 条
19	触摸屏与 PLC 通信线		1 条
20	配套工具		1 套
21	产品配套光盘		1 套
22	线架		1 个
23	电脑推车		1 台
24	空气压缩机	0Mpa - 1.0Mpa，气泵噪音≦65 分贝，符合国家标准	1 台

三、技术参数
1.交流电源：三相五线 AC 380V±10% 50 Hz；
2.工作温度：-10～40 ℃；环境湿度：≤90%（25℃）；
3.外形尺寸：长 × 宽 × 高 = 1998mm×960mm×1500mm；
4.整机功耗：≤1.5 kW；
5.安全保护措施：具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国家标准。采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。
四、实训装置结构
实训装置台架为铝合金导轨式。实训考核装置 PLC 模块的 I/O 端子、变频器的接线端子、各常用模块与 PLC 的连接端子，均与安全插座连接，使用带安全插头的导线进行电路连接；各指令开关、光电开关、传感器和指示元件的电路，则通过端子排进行连接。这种插拔线连接电路与端子牌连接电路相结合的方式，既保证了学生基本技能的训练、形成和巩固，又确保了电路连接的快速、安全和可靠。
1.铝合金导轨式实训台：可安装送料机构、机械手、传输分拣机构。实训模块及 PLC 主机等可放置在拉出式的支架上。
2.触摸屏模块：TPC7062TI 模块材料要求为高强度塑料外壳、重量轻，面板是铝塑板，图案、文字符号采用进口油墨丝印。
3.PLC 模块及变频器模块：PLC 为 40 点以上 IO 西门子；变频器为西门子；模块材料要求为高强度塑料外壳、重量轻，面板是铝塑板，图案、文字符号采用进口油墨丝印。
4.电源模块：三相电源总开关（带漏电和短路保护）1 个，熔断器 3 只，单相电源插座 2 个，安全插座 5 个；按钮模块包括 24 V/6 A、12 V/2 A 各一组；急停按钮 1 只，转换开关 2 只，蜂鸣器 1 只，复位按钮黄、绿、红各 1 只，自锁按钮黄、绿、红各 1 只，24V 指示灯黄、绿、红各 2 只。
5.一体化接线排：接线排壳体上两侧相对设置有一初级接线区（接线端子）和一次级接线区（安全插座）；接线端子与对应的安全插座通过导电弹性件连接；接线排壳体边缘卷折，设有固定用的螺孔，可固定在实训桌上。
6.井式上料机构：井式工件库 1 件，物料推出机构 1 件，光电传感器 2 只，磁性开关 2 只，单缸气缸 1 只，单控电磁阀 1 只，警示灯 1 只，主要完成将工件库中的工件依次推出。气缸及附属传感器选用 SMC。
7.气动机械手装置：四自由度气动机械手，气缸及附属传感器选用 SMC；整个搬运机构能完成四个自由度动作，即手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧。气缸及附属传感器选用 SMC。
8.加工机构：主要由物料台、物料夹紧装置、龙门式二维运动装置、主轴电机、刀具以及相应的传感器、磁性开关、电磁阀、步进电机及驱动器、主轴电机、滚珠丝杆副、支架、机械零部件构成。
9.物件包装机构：主要由井式供料单元、三工位旋转工作台、平面轴承、冲压装配单元、光电传感器磁性开关、电磁阀（日本 SMC）、直流减速电机、支架、机械零部件构成。
10.物料分拣装置：传送带通过三相异步电动机驱动，在传送带端点处设计有落料口，通过光电传感器检测物料；传送带上装有三个出料槽，对应位置有电感传感器、光纤传感器等，同时正对料槽位置装有推料气缸，共计三个气缸。传送带采用可拆卸的铝合金支架。气缸及附属传感器选用 SMC。
五、操作前准备
1、场地检查：确保实训场地干净整洁，无杂物阻碍操作。实训桌应放置平稳，周围空间足够操作人员活动及设备的展开。
2、设备检查：
检查实训装置各部件是否齐全，有无损坏或缺失。特别注意检查机械部件的连接是否牢固，如物料传送机部件、气动机械手部件、皮带输送机部件等的各连接部位螺丝是否松动。
查看各类模块，如触摸屏模块、PLC 模块、变频器模块、电源模块、按钮模块等外观是否完好，有无明显的划痕、破裂或元件脱落等情况。
检查各传感器，如光电开关、金属传感器、光传感器等，确保其安装位置正确，无遮挡物，且传感器表面无污垢影响检测精度。
确认气管、线缆连接是否正确且牢固。气管应无扭曲、破损，连接部位紧密；各类线缆，包括 PLC 编程线缆、触摸屏与计算机通信线、触摸屏与 PLC 通信线等，插头应插紧，无松动迹象。
3、工具及物料准备：准备好配套工具，根据实训内容准备好相应的物料，如金属和尼龙物件等，并确保物料数量足够且无损坏。
4、电源检查：确认交流电源为三相五线 AC 380V±10% 50 Hz，检查电源插头、插座及电源线是否完好无损，无短路、断路等情况。同时，检查电源模块上的三相电源总开关（带漏电和短路保护）、熔断器等是否正常工作。
六、基本操作步骤
（一）设备通电
合上电源模块上的三相电源总开关，此时电源指示灯应亮起，表明电源已接通。注意观察是否有异常声响或异味，若有，应立即断开电源进行检查。
检查电源模块上的单相电源插座和安全插座，确保其正常通电。可使用万用表等工具进行电压测量，确认电压是否符合要求。
（二）模块启动与设置
触摸屏模块：打开触摸屏电源开关，等待触摸屏启动。触摸屏启动后，根据实训要求进行相应的参数设置或界面操作。例如，若进行自动生产线控制实训，可在触摸屏界面上设置生产线的运行速度、物料种类等参数。
PLC 模块：
将 PLC 模块的电源开关拨至 ON 位置，PLC 模块开始初始化。初始化完成后，PLC 上的指示灯应显示正常工作状态。
根据实训项目要求，使用 PLC 编程线缆将计算机与 PLC 模块连接。打开相应的编程软件，进行 PLC 程序的编写、下载和调试。例如，若进行电动机正反转控制程序编写，在编程软件中编写好梯形图程序后，下载至 PLC 模块，并进行调试运行，观察电动机的正反转情况是否符合程序设定。
变频器模块：
接通变频器模块的电源，变频器面板上的指示灯亮起。
根据实训需求，通过变频器的操作面板进行参数设置。例如，设置电动机的运行频率、加减速时间等参数。若进行电动机调速控制实训，可设置变频器的频率给定方式（如面板给定、外部端子给定等），并观察电动机转速的变化情况。
（三）气动系统操作
连接气管：根据实训项目要求，使用气管将气源（空气压缩机）与气动执行元件（如单出杆气缸、单出双杆气缸、旋转气缸等）以及气动控制元件（如单控电磁换向阀、双控电磁换向阀等）连接起来。注意气管的连接方向和密封性，确保连接牢固且无漏气现象。
启动空气压缩机：打开空气压缩机的电源开关，启动空气压缩机。调节空气压缩机的压力调节旋钮，将输出气压调节至合适范围（一般为 0.4 - 0.6MPa）。观察空气压缩机的运行状态，确保其正常工作，无异常噪音或振动。
气动回路调试：
对于气动方向控制回路，通过操作单控电磁换向阀或双控电磁换向阀，观察气缸的运动方向是否符合控制要求。例如，在单控电磁换向阀通电时，气缸应伸出或缩回；断电时，气缸应保持在当前位置。
对于气动速度控制回路，通过调节气流阀的开度，观察气缸的运动速度变化情况。增大气流阀开度，气缸运动速度加快；减小开度，气缸运动速度减慢。
对于摆动控制回路，调节旋转气缸的相关控制元件，观察旋转气缸的摆动角度和速度是否符合要求。
对于气动顺序控制回路，按照预先设计的顺序，依次操作各个控制元件，观察气缸等执行元件是否按照预定顺序动作。
对于气动机械手装置，通过控制相应的电磁阀，使机械手完成手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧等动作。调试过程中，注意观察机械手的动作是否平稳、准确，各限位开关和磁性开关的工作是否正常。
（四）电气控制电路操作
电动机正反转控制电路：根据电路原理图，使用带安全插头的导线将 PLC 模块的输出端子与电动机正反转控制电路中的接触器线圈等元件连接起来。在 PLC 程序中编写好电动机正反转控制程序后，下载至 PLC 模块。通过操作按钮模块上的正转、反转按钮，观察电动机的正反转运行情况。同时，注意观察控制电路中的指示灯是否正常显示电动机的运行状态。
电动机调速控制电路：将变频器的输出端子与电动机连接，输入端子与 PLC 模块或其他控制元件连接。在变频器中设置好调速相关参数，在 PLC 程序中编写控制变频器频率的程序。通过操作按钮模块或触摸屏等控制设备，改变变频器的输出频率，观察电动机转速的变化情况。
（五）机电设备安装与调试操作
传动装置同轴度的调整：对于需要调整同轴度的传动装置，如皮带输送机的电机与传动滚筒之间的连接，使用专业的测量工具（如百分表等）测量两轴的同轴度误差。通过调整电机的安装位置或使用调整垫片等方式，使两轴的同轴度误差控制在允许范围内，确保传动装置运行平稳，减少振动和噪声。
皮带输送机的安装与调整：
将皮带输送机部件的各个部分按照设计要求进行组装，包括安装支架、固定三相减速电机、安装平皮带等。确保各部件安装牢固，皮带张紧度适中。
调整皮带输送机的水平度，使用水平仪等工具测量并调整支架的高度，使皮带输送机在运行过程中保持水平，避免物料在输送过程中出现偏移或滑落现象。
接通电机电源，启动皮带输送机，观察皮带的运行情况。如有跑偏现象，通过调整皮带输送机的张紧装置或调整滚筒的位置等方式进行纠正。
搬运机械手设备安装与调试：
按照设计图纸，将气动机械手部件的各个气缸、气手爪、旋转气缸等进行安装和连接。确保各部件安装正确，连接牢固，气管和线缆布置整齐。
在安装完成后，进行机械手的调试。通过控制相应的电磁阀，使机械手完成各个自由度的动作，如手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧等。调试过程中，观察机械手的动作是否灵活、准确，各限位开关和磁性开关是否能够及时准确地反馈机械手的位置信息。如有异常，及时检查和调整。
物件分拣设备的安装与调试：
安装物件分拣部件的各个部分，包括传送带、出料槽、推料气缸、传感器等。确保各部件安装牢固，位置准确。
调试物件分拣设备时，先启动传送带电机，观察传送带的运行情况。然后，将物料放置在传送带上，通过光电传感器、金属传感器和光传感器等检测物料的特性，当物料运行到相应的出料槽位置时，控制推料气缸动作，将物料分拣到对应的出料槽中。调试过程中，检查传感器的检测精度和推料气缸的动作准确性，如有问题，及时调整传感器的安装位置或气缸的控制参数。
送料设备的安装与调试：对于井式上料机构等送料设备，安装好井式工件库、物料推出机构、光电传感器、磁性开关、单缸气缸等部件。调试时，启动送料设备，观察物料是否能够按照预定顺序从工件库中依次推出，光电传感器和磁性开关是否能够准确检测物料的位置和状态。如有故障，检查设备的安装连接是否正确，传感器是否正常工作，气缸的动作是否顺畅等。
自动生产线设备安装与调试：将各个机电设备部件，如送料设备、搬运机械手设备、加工机构、物件包装机构、物件分拣设备等，按照自动生产线的工艺流程进行安装和连接。连接好各设备之间的物料传输机构、电气控制线路和气动控制管路等。在调试自动生产线时，先分别调试各个设备部件，确保其正常工作。然后，按照生产线的运行逻辑，编写 PLC 控制程序，实现整个生产线的自动化运行。调试过程中，观察生产线各设备之间的协同