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LGHL-01A型工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實訓(xùn)臺

一、產(chǎn)品簡介

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實訓(xùn)臺涵蓋電氣控制技術(shù)、PLC編程技術(shù)、嵌入式接口技術(shù)、AI機器視覺技術(shù)、智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)、平臺運維技術(shù)等，可以支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、電氣自動化、機電一體化等專業(yè)學(xué)生的工業(yè)設(shè)備認知，電氣控制設(shè)計，工業(yè)設(shè)備過程控制、運動控制，工業(yè)機器人、視覺檢測等課程實訓(xùn)。

實訓(xùn)臺依托工業(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)云平臺等，能夠開展絲桿滑臺直線運動控制、轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)運動控制、機械手坐標調(diào)試及多自由度運動控制、傳送帶控制及調(diào)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(zhuǎn)速溫度振動多參數(shù)監(jiān)測、氣動壓力檢測、工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)上云、工件殘次品統(tǒng)計分析等工業(yè)控制應(yīng)用實訓(xùn)項目，為相關(guān)專業(yè)升級和改革提供教學(xué)、實驗和科研支撐。

二、產(chǎn)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(fù)運動、行程定點控制。與庫位狀態(tài)檢測傳感器結(jié)合，實現(xiàn)庫存信息動態(tài)感知和工件上下架。

2、旋轉(zhuǎn)運動控制：可控制加工轉(zhuǎn)臺按加工順序轉(zhuǎn)動，定點停止，控制主軸電機高速旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)、伸縮、抓放等多個自由度控制和精準抓放，實現(xiàn)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(zhuǎn)動，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，實時檢測接近開關(guān)信號，判斷工件是否到位。

5、AI機器視覺檢測：利用AI技術(shù)實現(xiàn)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(fā)布工件的檢測結(jié)果。

6、殘次品分揀：傳送帶安裝擋料氣缸、推料氣缸等執(zhí)行機構(gòu)，可驅(qū)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(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測：網(wǎng)關(guān)實時讀取堆垛機、加工臺、機械手、傳送帶等設(shè)備的運行狀態(tài)及加工主軸的轉(zhuǎn)速、溫度、振動，氣缸壓力等參數(shù)，并顯示，同時上傳到平臺。

8、數(shù)值分析功能：可對實訓(xùn)臺傳感器的歷史數(shù)據(jù)進行曲線趨勢分析、性能統(tǒng)計分析、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)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)及平臺接入?yún)f(xié)議的組包、及協(xié)議轉(zhuǎn)換。

10、平臺可視化展示：動態(tài)顯示庫位占用情況、設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)曲線、工件的殘次品統(tǒng)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(zhuǎn)動，模擬加工——>加工臺轉(zhuǎn)動，機器視覺檢測——>加工臺轉(zhuǎn)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(shù)

實訓(xùn)臺由立體倉儲單元、轉(zhuǎn)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(qū)動模塊、人機交互模塊等，包含步進電機驅(qū)動、減速電機驅(qū)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(shè)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(zhuǎn)氣缸和夾料氣缸組成，分別由三個步進電機驅(qū)動模塊、氣泵驅(qū)動模塊控制滑塊直線往復(fù)運動、末端裝置運動。

2、轉(zhuǎn)臺模擬加工單元

由轉(zhuǎn)臺間歇機構(gòu)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(zhuǎn)臺直徑260mm，采用400w電機加渦輪蝸桿減速機驅(qū)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(guān)信號進行90度旋轉(zhuǎn)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(yè)攝像頭、視覺檢測系統(tǒng)組成，可對物料進行殘次品（根據(jù)形狀、顏色）檢測，實時發(fā)布檢查結(jié)果。在保證外網(wǎng)連接暢通的基礎(chǔ)上，視覺檢測系統(tǒng)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(yè)機械臂、末端抓手、嵌入式控制器組成，實現(xiàn)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(lián)軸器、軸承等組成。電機帶有編碼器，具有位置閉合控制，重復(fù)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(jié)構(gòu)，抓取物件更牢固穩(wěn)當。電控板采用Cortex-M4內(nèi)核微控制器，4路LV8731V驅(qū)動模塊驅(qū)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(diào)速器、擋料/推料氣缸裝置組成，機械手將工件從加工轉(zhuǎn)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(xùn)臺體

(1)鋁合金型材組成。雙開門設(shè)計，可全部打開，方便對電氣控制箱學(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(wǎng)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(yè)總線協(xié)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(tǒng)手動運行、自動運行，觀察設(shè)備運行狀態(tài)。

9、嵌入式測控終端

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平臺接入?yún)f(xié)議等。

四、軟件系統(tǒng)

本平臺系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)信息化設(shè)備（服務(wù)器、路由器、交換機、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、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人機交互軟件，相互配合完成工業(yè)產(chǎn)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(diào)整模式和自動模式。調(diào)整模式支持工業(yè)設(shè)備參數(shù)調(diào)整，可單獨調(diào)試某一個設(shè)備，比如庫位占用狀態(tài)、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(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)備運行狀態(tài)并顯示，同時進行協(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

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺構(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，MQTT代理服務(wù)器。

4、數(shù)值分析應(yīng)用軟件

該軟件運行在上位機，可與工業(yè)現(xiàn)場控制器通信，獲取現(xiàn)場傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)存入本地計算機的數(shù)據(jù)庫中，進行實時采集、歷史曲線、統(tǒng)計學(xué)分析、傅里葉變換、曲線擬合等數(shù)據(jù)分析。

五、課程資源

實訓(xùn)項目	實驗名稱
可編程控制技術(shù)應(yīng)用	可編程控制器的基礎(chǔ)知識
	可編程控制器的指令
	可編程控制器的程序設(shè)計方法
	報警燈控制實驗
	傳感器的檢測控制實驗
運動控制技術(shù)應(yīng)用	運動控制系統(tǒng)的概述
	直線運動絲桿電機三軸獨立控制
	直線運動絲桿的整體運行控制實驗
	直線運動絲桿電機的定位控制實驗
	氣動爪手控制實驗
	傳送帶的控制實驗
	傳送帶氣缸控制實驗
	加工過程的參數(shù)條件實驗
	加工過程的數(shù)據(jù)獲取實驗
	調(diào)速系統(tǒng)PID控制器設(shè)計
工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用	工業(yè)機器人的組成
	機械手的坐標控制實驗
	機械手的抓手控制實驗
	機械手連貫動作控制實驗
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用	庫位檢測與堆垛控制實訓(xùn)開發(fā)
	加工轉(zhuǎn)臺控制與傳感器采集
	多自由度機器臂遠程控制
	流水線到位檢測與氣缸分揀控制
	機器視覺殘次品檢測
	工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)Web信息平臺開發(fā)
	數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

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