一、產品簡介

工業物聯網技術應用實訓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。

實訓臺依托工業背景，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。

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、硬件配置及參數

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。

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

(1)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。

(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，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。

8、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。

9、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。

10、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。

四、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。

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。

2、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。

3、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。

4、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。

五、課程資源