一、產(chǎn)品簡(jiǎn)介

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)臺(tái)涵蓋電氣控制技術(shù)、PLC編程技術(shù)、嵌入式接口技術(shù)、AI機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)、平臺(tái)運(yùn)維技術(shù)等，可以支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、電氣自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)學(xué)生的工業(yè)設(shè)備認(rèn)知，電氣控制設(shè)計(jì)，工業(yè)設(shè)備過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制，工業(yè)機(jī)器人、視覺(jué)檢測(cè)等課程實(shí)訓(xùn)。

實(shí)訓(xùn)臺(tái)依托工業(yè)背景，具有較完整的模塊化產(chǎn)線，包括感知設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、可編程邏輯控制器、HMI觸摸屏、工業(yè)網(wǎng)關(guān)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)等，能夠開(kāi)展絲桿滑臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)控制、轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)械手坐標(biāo)調(diào)試及多自由度運(yùn)動(dòng)控制、傳送帶控制及調(diào)速、工件到位檢測(cè)、氣缸分揀控制、機(jī)器視覺(jué)殘次品檢測(cè)、加工軸轉(zhuǎn)速溫度振動(dòng)多參數(shù)監(jiān)測(cè)、氣動(dòng)壓力檢測(cè)、工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上云、工件殘次品統(tǒng)計(jì)分析等工業(yè)控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，為相關(guān)專業(yè)升級(jí)和改革提供教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和科研支撐。

二、產(chǎn)品功能

1、直線運(yùn)動(dòng)控制：可以控制立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)的x、y、z三軸絲桿進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、行程定點(diǎn)控制。與庫(kù)位狀態(tài)檢測(cè)傳感器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)庫(kù)存信息動(dòng)態(tài)感知和工件上下架。

2、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制：可控制加工轉(zhuǎn)臺(tái)按加工順序轉(zhuǎn)動(dòng)，定點(diǎn)停止，控制主軸電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)模擬加工，具有上料、加工、檢測(cè)、下料不停歇并行加工功能。

3、多自由度運(yùn)動(dòng)控制：可控制機(jī)械臂和末端抓手相互配合，具有旋轉(zhuǎn)、伸縮、抓放等多個(gè)自由度控制和精準(zhǔn)抓放，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配、搬運(yùn)。

4、流水線傳輸控制：可控制電機(jī)帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，具有調(diào)速器，可旋轉(zhuǎn)旋鈕調(diào)節(jié)傳輸速度并顯示轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)檢測(cè)接近開(kāi)關(guān)信號(hào)，判斷工件是否到位。

5、AI機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)：利用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前加工件形狀、顏色等不同維度進(jìn)行殘次品檢測(cè)，實(shí)時(shí)發(fā)布工件的檢測(cè)結(jié)果。

6、殘次品分揀：傳送帶安裝擋料氣缸、推料氣缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可驅(qū)動(dòng)擋料氣缸阻斷工件傳送，推料氣缸負(fù)責(zé)將殘次品推入次品筐。

7、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)：網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)讀取堆垛機(jī)、加工臺(tái)、機(jī)械手、傳送帶等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及加工主軸的轉(zhuǎn)速、溫度、振動(dòng)，氣缸壓力等參數(shù)，并顯示，同時(shí)上傳到平臺(tái)。

8、數(shù)值分析功能：可對(duì)實(shí)訓(xùn)臺(tái)傳感器的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線趨勢(shì)分析、性能統(tǒng)計(jì)分析、傅立葉變換、最小二乘曲線擬合等。

9、多協(xié)議網(wǎng)關(guān)解析：支持工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)及平臺(tái)接入?yún)f(xié)議的組包、及協(xié)議轉(zhuǎn)換。

10、平臺(tái)可視化展示：動(dòng)態(tài)顯示庫(kù)位占用情況、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)曲線、工件的殘次品統(tǒng)計(jì)餅狀圖等。

11、工藝流程：實(shí)時(shí)檢測(cè)原料庫(kù)，有料——>堆垛機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，取料,放入加工臺(tái)上料位——>加工臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬加工——>加工臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)——>加工臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，下料位，機(jī)械手抓料——>放到傳送帶——>分揀，次品推入次品筐，成品堆垛機(jī)存入成品庫(kù)，完成整個(gè)工藝流程。

三、硬件配置及參數(shù)

實(shí)訓(xùn)臺(tái)由立體倉(cāng)儲(chǔ)單元、轉(zhuǎn)臺(tái)模擬加工單元、視覺(jué)檢測(cè)單元、搬運(yùn)單元、流水線單元、次品分揀單元、電氣控制箱等組成。配備PLC主控模塊、HMI觸摸屏、電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊等，包含步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、變頻器、氣缸，及光電傳感器、金屬接近傳感器、編碼器等各類(lèi)常用傳感器。

1、立體倉(cāng)儲(chǔ)單元

由立體倉(cāng)庫(kù)、堆垛機(jī)、電氣控制模塊組成，用于工件原料與成品的存取。立體庫(kù)采用20mm*20mm鋁合金型材框架設(shè)計(jì)，2行6列，共包含 12 個(gè)料位，每個(gè)庫(kù)位安裝有光電傳感器，用于檢測(cè)庫(kù)位有無(wú)物料。堆垛機(jī)由三組絲桿滑臺(tái)、180°旋轉(zhuǎn)氣缸和夾料氣缸組成，分別由三個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、氣泵驅(qū)動(dòng)模塊控制滑塊直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、末端裝置運(yùn)動(dòng)。

2、轉(zhuǎn)臺(tái)模擬加工單元

由轉(zhuǎn)臺(tái)間歇機(jī)構(gòu)減速電機(jī)、扭矩電機(jī)加工主軸、X軸進(jìn)階加工電機(jī)、Y軸進(jìn)階加工電機(jī)組成，用于原料的模擬加工。加工轉(zhuǎn)臺(tái)直徑260mm，采用400w電機(jī)加渦輪蝸桿減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有4個(gè)物位，分別是上料、加工、檢測(cè)、下料，通過(guò)金屬接近開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行90度旋轉(zhuǎn)控制，每個(gè)物位安裝有光電傳感器，檢測(cè)是否有物料。X軸行程≥50mm，Y軸行程≥50mm。

3、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)單元

由工業(yè)攝像頭、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)組成，可對(duì)物料進(jìn)行殘次品（根據(jù)形狀、顏色）檢測(cè)，實(shí)時(shí)發(fā)布檢查結(jié)果。在保證外網(wǎng)連接暢通的基礎(chǔ)上，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可以接入華為Modelarts平臺(tái)進(jìn)行物體識(shí)別殘次品檢測(cè)。

4、機(jī)械手單元

由工業(yè)機(jī)械臂、末端抓手、嵌入式控制器組成，實(shí)現(xiàn)工件的物位搬運(yùn)、精準(zhǔn)抓放。機(jī)械臂主要由全鋁合金機(jī)械臂，行星減速步進(jìn)電機(jī)、AB相光電編碼器、鋁合金聯(lián)軸器、軸承等組成。電機(jī)帶有編碼器，具有位置閉合控制，重復(fù)精度大大提高。機(jī)械臂負(fù)載能力：500g，機(jī)械臂重量：3.14Kg。機(jī)械手采用舵機(jī)控制機(jī)械手張開(kāi)閉合。手爪采用兩面帶齒結(jié)構(gòu)，抓取物件更牢固穩(wěn)當(dāng)。電控板采用Cortex-M4內(nèi)核微控制器，4路LV8731V驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂電機(jī)，板載OLED顯示屏，支持串口控制、RS485控制、按鍵控制等方式。

5、流水線分揀單元

由傳送帶、電機(jī)控制模塊、調(diào)速器、擋料/推料氣缸裝置組成，機(jī)械手將工件從加工轉(zhuǎn)臺(tái)抓取放到流水傳送帶上，完成工件傳送、到位檢測(cè)、次品擋料及推料功能。

6、實(shí)訓(xùn)臺(tái)體

(1)鋁合金型材組成。雙開(kāi)門(mén)設(shè)計(jì)，可全部打開(kāi)，方便對(duì)電氣控制箱學(xué)習(xí)。

(2)框架尺寸：1200mm×1000mm×800mm

(3)供電電源：AC220V±10%（50Hz）

(4)電流：≤16A

(5)重量：≤100kg

7、PLC控制器

位于電氣控制箱內(nèi)，具有多通道高頻率高速輸入輸出端口，36個(gè)輸入，24個(gè)輸出，60點(diǎn)晶體管輸出，外擴(kuò)1個(gè)4通道電壓電流輸入模塊，1個(gè)16點(diǎn)繼電器輸出擴(kuò)展模塊，1個(gè)以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊。

8、HMI人機(jī)交互終端

人機(jī)交互終端采用10寸觸摸屏，與PLC控制器之間通過(guò)ModbusRTU工業(yè)總線協(xié)議進(jìn)行交互。可以通過(guò)交互終端校準(zhǔn)立體庫(kù)位坐標(biāo)，控制系統(tǒng)手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行，觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

9、嵌入式測(cè)控終端

由Cortex-M4內(nèi)核和1.8寸TFT顯示屏組成，具有8路模擬量輸入通道，可配置電壓電流類(lèi)型，4路數(shù)字量輸入通道，4路PWM輸出通道，1路繼電器輸出通道，具有RS485接口，支持ModbusRTU協(xié)議；具有RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，支持網(wǎng)絡(luò)通信。

10、工業(yè)網(wǎng)關(guān)

由Cortex-A9以上內(nèi)核主板和7寸以上電容觸摸屏組成，具有RS485、CAN、以太網(wǎng)接口，板載WiFi模塊，運(yùn)行Android、Linux雙操作系統(tǒng)，可一鍵切換，支持ModbusRTU、ModbusTCP工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，MQTT、HTTP平臺(tái)接入?yún)f(xié)議等。

四、軟件系統(tǒng)

本平臺(tái)系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)信息化設(shè)備（服務(wù)器、路由器、交換機(jī)、顯示終端等）、工業(yè)控制器軟件、工業(yè)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用軟件、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、數(shù)值分析應(yīng)用軟件幾部分組成。

1、工業(yè)控制器軟件

包含PLC可編程控制器軟件和HMI人機(jī)交互軟件，相互配合完成工業(yè)產(chǎn)線從取料、加工、檢測(cè)、分揀、次品推料、成品上架等完整工藝流程。HMI人機(jī)交互具有調(diào)整模式和自動(dòng)模式。調(diào)整模式支持工業(yè)設(shè)備參數(shù)調(diào)整，可單獨(dú)調(diào)試某一個(gè)設(shè)備，比如庫(kù)位占用狀態(tài)、堆垛機(jī)控制、加工臺(tái)模擬加工控制、傳送帶控制等；自動(dòng)模式支持模擬加工流水線自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人工干預(yù)。

2、工業(yè)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用軟件

Android應(yīng)用APP，用于和工業(yè)控制單元主控設(shè)備交互，獲取工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并顯示，同時(shí)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。主界面如下圖所示，包含六大分區(qū)：原料/成品區(qū)，加工區(qū)，傳輸區(qū)，檢驗(yàn)區(qū)，聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，系統(tǒng)設(shè)置。

3、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建在ubuntu系統(tǒng)服務(wù)器中，服務(wù)器內(nèi)置Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)，MQTT代理服務(wù)器。

4、數(shù)值分析應(yīng)用軟件

該軟件運(yùn)行在上位機(jī)，可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制器通信，獲取現(xiàn)場(chǎng)傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存入本地計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、歷史曲線、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析、傅里葉變換、曲線擬合等數(shù)據(jù)分析。

五、課程資源