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LGHL-01A型工業物聯網技術應用實訓臺

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

實訓項目	實驗名稱
可編程控制技術應用	可編程控制器的基礎知識
	可編程控制器的指令
	可編程控制器的程序設計方法
	報警燈控制實驗
	傳感器的檢測控制實驗
運動控制技術應用	運動控制系統的概述
	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
	加工過程的參數條件實驗
	加工過程的數據獲取實驗
	調速系統PID控制器設計
工業機器人技術應用	工業機器人的組成
	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
工業互聯網綜合應用	庫位檢測與堆垛控制實訓開發
	加工轉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
	工業互聯網Web信息平臺開發
	數據分析應用

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LGHL-01A型 工業物聯網技術應用實訓臺

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