LGHL-03型工業互聯網自動化控制實訓平臺

一、產品簡介
LGHL-03型工業互聯網自動化控制實訓平臺涵蓋電氣控制技術、PLC編程技術、嵌入式接口技術、AI機器視覺技術、智能網關技術、平臺運維技術等，可以支撐工業互聯網、電氣自動化、機電一體化等專業學生的工業設備認知，電氣控制設計，工業設備過程控制、運動控制，工業機器人、視覺檢測等課程實訓。

LGHL-03型工業互聯網自動化控制實訓平臺依托工業背景，具有較完整的模塊化產線，包括感知設備、執行機構、可編程邏輯控制器、HMI觸摸屏、工業網關、工業物聯網云平臺等，能夠開展絲桿滑臺直線運動控制、轉臺旋轉運動控制、機械手坐標調試及多自由度運動控制、傳送帶控制及調速、工件到位檢測、氣缸分揀控制、機器視覺殘次品檢測、加工軸轉速溫度振動多參數監測、氣動壓力檢測、工業設備狀態監測數據上云、工件殘次品統計分析等工業控制應用實訓項目，為相關專業升級和改革提供教學、實驗和科研支撐。產品外觀如圖所示。
二、產品功能
1.直線運動控制：可以控制立體倉庫堆垛機的x、y、z三軸絲桿進行直線往復運動、行程定點控制。與庫位狀態檢測傳感器結合，實現庫存信息動態感知和工件上下架。
2.旋轉運動控制：可控制加工轉臺按加工順序轉動，定點停止，控制主軸電機高速旋轉模擬加工，具有上料、加工、檢測、下料不停歇并行加工功能。
3.多自由度運動控制：可控制機械臂和末端抓手相互配合，具有旋轉、伸縮、抓放等多個自由度控制和精準抓放，實現自動化裝配、搬運。
4.流水線傳輸控制：可控制電機帶動皮帶轉動，具有調速器，可旋轉旋鈕調節傳輸速度并顯示轉速，實時檢測接近開關信號，判斷工件是否到位。
5.AI機器視覺檢測：利用AI技術實現對當前加工件形狀、顏色等不同維度進行殘次品檢測，實時發布工件的檢測結果。
6.殘次品分揀：傳送帶安裝擋料氣缸、推料氣缸等執行機構，可驅動擋料氣缸阻斷工件傳送，推料氣缸負責將殘次品推入次品筐。
7.設備運行狀態監測：網關實時讀取堆垛機、加工臺、機械手、傳送帶等設備的運行狀態及加工主軸的轉速、溫度、振動，氣缸壓力等參數，并顯示，同時上傳到平臺。
8.數值分析功能：可對實訓臺傳感器的歷史數據進行曲線趨勢分析、性能統計分析、傅立葉變換、最小二乘曲線擬合等。
9.多協議網關解析：支持工業現場總線、工業以太網組網及平臺接入協議的組包、及協議轉換。
10.平臺可視化展示：動態顯示庫位占用情況、設備運行狀態、設備監測傳感器數據曲線、工件的殘次品統計餅狀圖等。
11.工藝流程：實時檢測原料庫，有料——>堆垛機自動運行，取料,放入加工臺上料位——>加工臺轉動，模擬加工——>加工臺轉動，機器視覺檢測——>加工臺轉動，下料位，機械手抓料——>放到傳送帶——>分揀，次品推入次品筐，成品堆垛機存入成品庫，完成整個工藝流程。
三、產品功能
1.直線運動控制：可以控制立體倉庫堆垛機的x、y、z三軸絲桿進行直線往復運動、行程定點控制。與庫位狀態檢測傳感器結合，實現庫存信息動態感知和工件上下架。
2.旋轉運動控制：可控制加工轉臺按加工順序轉動，定點停止，控制主軸電機高速旋轉模擬加工，具有上料、加工、檢測、下料不停歇并行加工功能。
3.多自由度運動控制：可控制機械臂和末端抓手相互配合，具有旋轉、伸縮、抓放等多個自由度控制和精準抓放，實現自動化裝配、搬運。
4.流水線傳輸控制：可控制電機帶動皮帶轉動，具有調速器，可旋轉旋鈕調節傳輸速度并顯示轉速，實時檢測接近開關信號，判斷工件是否到位。
5.AI機器視覺檢測：利用AI技術實現對當前加工件形狀、顏色等不同維度進行殘次品檢測，實時發布工件的檢測結果。
6.殘次品分揀：傳送帶安裝擋料氣缸、推料氣缸等執行機構，可驅動擋料氣缸阻斷工件傳送，推料氣缸負責將殘次品推入次品筐。
7.設備運行狀態監測：網關實時讀取堆垛機、加工臺、機械手、傳送帶等設備的運行狀態及加工主軸的轉速、溫度、振動，氣缸壓力等參數，并顯示，同時上傳到平臺。
8.數值分析功能：可對實訓臺傳感器的歷史數據進行曲線趨勢分析、性能統計分析、傅立葉變換、最小二乘曲線擬合等。
9.多協議網關解析：支持工業現場總線、工業以太網組網及平臺接入協議的組包、及協議轉換。
10.平臺可視化展示：動態顯示庫位占用情況、設備運行狀態、設備監測傳感器數據曲線、工件的殘次品統計餅狀圖等。
11.工藝流程：實時檢測原料庫，有料——>堆垛機自動運行，取料,放入加工臺上料位——>加工臺轉動，模擬加工——>加工臺轉動，機器視覺檢測——>加工臺轉動，下料位，機械手抓料——>放到傳送帶——>分揀，次品推入次品筐，成品堆垛機存入成品庫，完成整個工藝流程。
四、硬件結構
1、工業設備簡介
實訓臺由立體倉儲單元、轉臺模擬加工單元、視覺檢測單元、搬運單元、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、驅動模塊、人機交互模塊等，包含步進電機驅動、減速電機驅動器、變頻器、氣缸，及光電傳感器、金屬接近傳感器、編碼器等各類常用傳感器。
（1）立體倉儲單元
由立體倉庫、堆垛機、電氣控制模塊組成，用于工件原料與成品的存取。立體庫采用20mm*20mm鋁合金型材框架設計，2行6列，共包含 12 個料位，每個庫位安裝有光電傳感器，用于檢測庫位有無物料。堆垛機由三組絲桿滑臺、180°旋轉氣缸和夾料氣缸組成，分別由三個步進電機驅動模塊、氣泵驅動模塊控制滑塊直線往復運動、末端裝置運動。
（2）轉臺模擬加工單元
由轉臺間歇機構減速電機、扭矩電機加工主軸、X軸進階加工電機、Y軸進階加工電機組成，用于原料的模擬加工。加工轉臺直徑260mm，采用400w電機加渦輪蝸桿減速機驅動，具有4個物位，分別是上料、加工、檢測、下料，通過金屬接近開關信號進行90度旋轉控制，每個物位安裝有光電傳感器，檢測是否有物料。X軸行程≥50mm，Y軸行程≥50mm。加工主軸安裝有溫度、振動、轉速傳感器，可以進行加工狀態監測。
（3）機器視覺檢測單元
由工業攝像頭、視覺檢測系統組成，可對物料進行殘次品（根據形狀、顏色）檢測，實時發布檢查結果。在保證外網連接暢通的基礎上，視覺檢測系統可以接入華為Modelarts平臺進行物體識別殘次品檢測。
（4）機械手單元
由工業機械臂、末端抓手、嵌入式控制器組成，實現工件的物位搬運、精準抓放。機械臂主要由全鋁合金機械臂，行星減速步進電機、AB相光電編碼器、鋁合金聯軸器、軸承等組成。電機帶有編碼器，具有位置閉合控制，重復精度大大提高。機械臂負載能力：500g，機械臂重量：3.14Kg。機械手采用舵機控制機械手張開閉合。手爪采用兩面帶齒結構，抓取物件更牢固穩當。電控板采用Cortex-M4內核微控制器，4路LV8731V驅動模塊驅動機械臂電機，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、電機控制模塊、調速器、擋料/推料氣缸裝置組成，機械手將工件從加工轉臺抓取放到流水傳送帶上，完成工件傳送、到位檢測、次品擋料及推料功能。
（6）實訓臺體
鋁合金型材組成。雙開門設計，可全部打開，方便對電氣控制箱學習。
框架尺寸：1200mm×1000mm×800mm
供電電源：AC220V±10%（50Hz）
電流：≤16A
重量：≤100kg
2、工業控制器
（1）PLC控制器
位于電氣控制箱內，具有多通道高頻率高速輸入輸出端口，36個輸入，24個輸出，60點晶體管輸出，外擴1個4通道電壓電流輸入模塊，1個16點繼電器輸出擴展模塊，1個以太網擴展模塊。
（2）HMI人機交互終端
人機交互終端采用10寸觸摸屏，與PLC控制器之間通過ModbusRTU工業總線協議進行交互。可以通過交互終端校準立體庫位坐標，控制系統手動運行、自動運行，觀察設備運行狀態。
（3）嵌入式測控終端
由Cortex-M4內核和1.8寸TFT顯示屏組成，具有8路模擬量輸入通道，可配置電壓電流類型，4路數字量輸入通道，4路PWM輸出通道，1路繼電器輸出通道，具有RS485接口，支持ModbusRTU協議；具有RJ45網絡接口，支持網絡通信。
（4）工業網關
由Cortex-A9以上內核主板和7寸以上電容觸摸屏組成，具有RS485、CAN、以太網接口，板載WiFi模塊，運行Android、Linux雙操作系統，可一鍵切換，支持ModbusRTU、ModbusTCP工業網絡協議，MQTT、HTTP平臺接入協議等。
五、軟件系統
本平臺系統主要由基礎信息化設備（服務器、路由器、交換機、顯示終端等）、工業控制器軟件、工業網關應用軟件、工業互聯網平臺、數值分析應用軟件幾部分組成。以下進行詳細說明。
1、工業控制器軟件
包含PLC可編程控制器軟件和HMI人機交互軟件，相互配合完成工業產線從取料、加工、檢測、分揀、次品推料、成品上架等完整工藝流程。HMI人機交互具有調整模式和自動模式。調整模式支持工業設備參數調整，可單獨調試某一個設備，比如庫位占用狀態、堆垛機控制、加工臺模擬加工控制、傳送帶控制等；自動模式支持模擬加工流水線自動運行，無需人工干預。

（1）工業網關應用軟件
Android應用APP，用于和工業控制單元主控設備交互，獲取工業設備運行狀態并顯示，同時進行協議轉換。主界面如下圖所示，包含六大分區：原料/成品區，加工區，傳輸區，檢驗區，聯網狀態，系統設置。
（2）工業互聯網平臺
工業互聯網平臺構建在ubuntu系統服務器中，服務器內置Mysql數據庫，MQTT代理服務器，主要由以下模塊組成。
接入協議管理模塊。該模塊是核心模塊，用于建立與工業網關等物聯網終端的連接和數據收集處理；建立與數據庫的連接，將相關數據寫入數據庫。
數據庫模塊。采用MYSQL構建關系型數據庫，用于存儲服務器地址信息，網關設備的ID、地址信息，庫位的狀態信息，工件的殘次品數據等。
可視化展示模塊。采用曲線圖、餅狀圖、柱狀圖、數字圖文等常用插件進行。平臺主頁顯示設備運行狀態、主軸運行參數曲線、總單量及加工量、庫位狀態、最近5日的訂單加工統計圖以及加工合格率統計。如圖所示。
具有以下功能：
生產管理：下達訂單、監控生產過程情況。
設備管理：監測設備運行狀態等
庫存管理：查看庫存狀態，成品、廢品數量。
質量管理：查看產品質量，合格率占比。
可訪問攝像頭對實訓臺作業進行遠程視頻監控。
（3）數值分析應用軟件
該軟件運行在上位機，可與工業現場控制器通信，獲取現場傳感器監測數據存入本地計算機的數據庫中，進行實時采集、歷史曲線、統計學分析、傅里葉變換、曲線擬合等數據分析。歷史曲線顯示效果。對數據進行傅里葉變換。
六、配置清單

序號	類別	名稱	單套數量	備注
1	網關	Android工業以太網網關	1	含7寸電容觸摸屏
2	控制器	嵌入式測控終端	1	含1.8寸顯示屏
3		PLC采集控制器	1	位于電箱內
4		HMI觸摸屏	1	10寸
5	工業設備	立體倉庫	1	2層6列，含庫位檢測傳感器
6		立體倉庫堆垛機	1	含三組絲桿滑臺
7		立體倉庫堆垛機控制器	1
8		加工轉臺裝置	1
9		AI機器視覺檢測儀	1	含工業攝像頭
10		工業柔性機械手	1	含機械手控制器
11		傳送帶	1	含到位檢測傳感器
12		氣缸推桿裝置	1	含擋料氣缸、推料氣缸
13		三色警燈	1
14		空氣壓縮機	1
15	工業傳感器	溫度傳感器	1
16		轉速變送器	1
17		加速度振動傳感器	1
18		壓力傳感器	1
19	通用設備	WiFi網絡攝像頭	1
20	通用設備	無線路由器	1	位于實訓臺內
21	平臺框架	網板鈑金實訓臺	1
22		電氣控制箱	1套	含漏電保護器、斷路器、繼電器、接地塊、變頻器、步進驅動器、電機控制器、穩壓電源、連接器等
23		電源開關	1
24		急停開關	1
25	附件	直連網線	4
26		加工工件	6
27		TF Card	1
28		TF Card讀卡器	1
29		J-LINK仿真器	1	含20芯排線
30		下載調試板	1	含10芯排線
31		4P-2.54排線	1	15cm
32		12V穩壓電源	1
33		20CM連接線	12	（黑紅藍綠黃白各2根）
34		Mini USB線	1	燒寫PLC和觸摸屏程序
35		USB延長線	1
36		螺絲刀	1
37		產品說明書	1
38		合格證	1

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LGHL-03型工業互聯網自動化控制實訓平臺