ZNGY-01A型 工业物联网技术应用实训台

一、产品简介

工业物联网技术应用实训台涵盖电气控制技术、PLC编程技术、嵌入式接口技术、AI机器视觉技术、智能网关技术、平台运维技术等，可以支撑工业互联网、电气自动化、机电一体化等专业学生的工业设备认知，电气控制设计，工业设备过程控制、运动控制，工业机器人、视觉检测等课程实训。

实训台依托工业背景，具有较完整的模块化产线，包括感知设备、执行机构、可编程逻辑控制器、HMI触摸屏、工业网关、工业物联网云平台等，能够开展丝杆滑台直线运动控制、转台旋转运动控制、机械手坐标调试及多自由度运动控制、传送带控制及调速、工件到位检测、气缸分拣控制、机器视觉残次品检测、加工轴转速温度振动多参数监测、气动压力检测、工业设备状态监测数据上云、工件残次品统计分析等工业控制应用实训项目，为相关专业升级和改革提供教学、实验和科研支撑。

二、产品功能

1、直线运动控制：可以控制立体仓库堆垛机的x、y、z三轴丝杆进行直线往复运动、行程定点控制。与库位状态检测传感器结合，实现库存信息动态感知和工件上下架。

2、旋转运动控制：可控制加工转台按加工顺序转动，定点停止，控制主轴电机高速旋转模拟加工，具有上料、加工、检测、下料不停歇并行加工功能。

3、多自由度运动控制：可控制机械臂和末端抓手相互配合，具有旋转、伸缩、抓放等多个自由度控制和精准抓放，实现自动化装配、搬运。

4、流水线传输控制：可控制电机带动皮带转动，具有调速器，可旋转旋钮调节传输速度并显示转速，实时检测接近开关信号，判断工件是否到位。

5、AI机器视觉检测：利用AI技术实现对当前加工件形状、颜色等不同维度进行残次品检测，实时发布工件的检测结果。

6、残次品分拣：传送带安装挡料气缸、推料气缸等执行机构，可驱动挡料气缸阻断工件传送，推料气缸负责将残次品推入次品筐。

7、设备运行状态监测：网关实时读取堆垛机、加工台、机械手、传送带等设备的运行状态及加工主轴的转速、温度、振动，气缸压力等参数，并显示，同时上传到平台。

8、数值分析功能：可对实训台传感器的历史数据进行曲线趋势分析、性能统计分析、傅立叶变换、最小二乘曲线拟合等。

9、多协议网关解析：支持工业现场总线、工业以太网组网及平台接入协议的组包、及协议转换。

10、平台可视化展示：动态显示库位占用情况、设备运行状态、设备监测传感器数据曲线、工件的残次品统计饼状图等。

11、工艺流程：实时检测原料库，有料——>堆垛机自动运行，取料,放入加工台上料位——>加工台转动，模拟加工——>加工台转动，机器视觉检测——>加工台转动，下料位，机械手抓料——>放到传送带——>分拣，次品推入次品筐，成品堆垛机存入成品库，完成整个工艺流程。

三、硬件配置及参数

实训台由立体仓储单元、转台模拟加工单元、视觉检测单元、搬运单元、流水线单元、次品分拣单元、电气控制箱等组成。配备PLC主控模块、HMI触摸屏、电源模块、驱动模块、人机交互模块等，包含步进电机驱动、减速电机驱动器、变频器、气缸，及光电传感器、金属接近传感器、编码器等各类常用传感器。

1、立体仓储单元

由立体仓库、堆垛机、电气控制模块组成，用于工件原料与成品的存取。立体库采用20mm*20mm铝合金型材框架设计，2行6列，共包含 12 个料位，每个库位安装有光电传感器，用于检测库位有无物料。堆垛机由三组丝杆滑台、180°旋转气缸和夹料气缸组成，分别由三个步进电机驱动模块、气泵驱动模块控制滑块直线往复运动、末端装置运动。

2、转台模拟加工单元

由转台间歇机构减速电机、扭矩电机加工主轴、X轴进阶加工电机、Y轴进阶加工电机组成，用于原料的模拟加工。加工转台直径260mm，采用400w电机加涡轮蜗杆减速机驱动，具有4个物位，分别是上料、加工、检测、下料，通过金属接近开关信号进行90度旋转控制，每个物位安装有光电传感器，检测是否有物料。X轴行程≥50mm，Y轴行程≥50mm。

3、机器视觉检测单元

由工业摄像头、视觉检测系统组成，可对物料进行残次品（根据形状、颜色）检测，实时发布检查结果。在保证外网连接畅通的基础上，视觉检测系统可以接入华为Modelarts平台进行物体识别残次品检测。

4、机械手单元

由工业机械臂、末端抓手、嵌入式控制器组成，实现工件的物位搬运、精准抓放。机械臂主要由全铝合金机械臂，行星减速步进电机、AB相光电编码器、铝合金联轴器、轴承等组成。电机带有编码器，具有位置闭合控制，重复精度大大提高。机械臂负载能力：500g，机械臂重量：3.14Kg。机械手采用舵机控制机械手张开闭合。手爪采用两面带齿结构，抓取物件更牢固稳当。电控板采用Cortex-M4内核微控制器，4路LV8731V驱动模块驱动机械臂电机，板载OLED显示屏，支持串口控制、RS485控制、按键控制等方式。

5、流水线分拣单元

由传送带、电机控制模块、调速器、挡料/推料气缸装置组成，机械手将工件从加工转台抓取放到流水传送带上，完成工件传送、到位检测、次品挡料及推料功能。

6、实训台体

(1)铝合金型材组成。双开门设计，可全部打开，方便对电气控制箱学习。

(2)框架尺寸：1200mm×1000mm×800mm

(3)供电电源：AC220V±10%（50Hz）

(4)电流：≤16A

(5)重量：≤100kg

7、PLC控制器

位于电气控制箱内，具有多通道高频率高速输入输出端口，36个输入，24个输出，60点晶体管输出，外扩1个4通道电压电流输入模块，1个16点继电器输出扩展模块，1个以太网扩展模块。

8、HMI人机交互终端

人机交互终端采用10寸触摸屏，与PLC控制器之间通过ModbusRTU工业总线协议进行交互。可以通过交互终端校准立体库位坐标，控制系统手动运行、自动运行，观察设备运行状态。

9、嵌入式测控终端

由Cortex-M4内核和1.8寸TFT显示屏组成，具有8路模拟量输入通道，可配置电压电流类型，4路数字量输入通道，4路PWM输出通道，1路继电器输出通道，具有RS485接口，支持ModbusRTU协议；具有RJ45网络接口，支持网络通信。

10、工业网关

由Cortex-A9以上内核主板和7寸以上电容触摸屏组成，具有RS485、CAN、以太网接口，板载WiFi模块，运行Android、Linux双操作系统，可一键切换，支持ModbusRTU、ModbusTCP工业网络协议，MQTT、HTTP平台接入协议等。

四、软件系统

本平台系统主要由基础信息化设备（服务器、路由器、交换机、显示终端等）、工业控制器软件、工业网关应用软件、工业互联网平台、数值分析应用软件几部分组成。

1、工业控制器软件

包含PLC可编程控制器软件和HMI人机交互软件，相互配合完成工业产线从取料、加工、检测、分拣、次品推料、成品上架等完整工艺流程。HMI人机交互具有调整模式和自动模式。调整模式支持工业设备参数调整，可单独调试某一个设备，比如库位占用状态、堆垛机控制、加工台模拟加工控制、传送带控制等；自动模式支持模拟加工流水线自动运行，无需人工干预。

2、工业网关应用软件

Android应用APP，用于和工业控制单元主控设备交互，获取工业设备运行状态并显示，同时进行协议转换。主界面如下图所示，包含六大分区：原料/成品区，加工区，传输区，检验区，联网状态，系统设置。

3、工业互联网平台

工业互联网平台构建在ubuntu系统服务器中，服务器内置Mysql数据库，MQTT代理服务器。

4、数值分析应用软件

该软件运行在上位机，可与工业现场控制器通信，获取现场传感器监测数据存入本地计算机的数据库中，进行实时采集、历史曲线、统计学分析、傅里叶变换、曲线拟合等数据分析。

五、课程资源

实训项目	实验名称
可编程控制技术应用	可编程控制器的基础知识
	可编程控制器的指令
	可编程控制器的程序设计方法
	报警灯控制实验
	传感器的检测控制实验
运动控制技术应用	运动控制系统的概述
	直线运动丝杆电机三轴独立控制
	直线运动丝杆的整体运行控制实验
	直线运动丝杆电机的定位控制实验
	气动爪手控制实验
	传送带的控制实验
	传送带气缸控制实验
	加工过程的参数条件实验
	加工过程的数据获取实验
	调速系统PID控制器设计
工业机器人技术应用	工业机器人的组成
	机械手的坐标控制实验
	机械手的抓手控制实验
	机械手连贯动作控制实验
工业互联网综合应用	库位检测与堆垛控制实训开发
	加工转台控制与传感器采集
	多自由度机器臂远程控制
	流水线到位检测与气缸分拣控制
	机器视觉残次品检测
	工业互联网Web信息平台开发
	数据分析应用