ZRHL-03型 工业互联网自动化控制实验台

一、设备简介
ZRHL-03型 ZRHL-03型 工业互联网自动化控制实训台涵盖电气控制技术、PLC编程技术、嵌入式连接口技术、*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员的工业设备认知，电气控制设计，工业设备过程控制、动作控制，工业机器人、视觉检验测试等课程实训。

ZRHL-03型 工业互联网自动化控制实训台依托工业背景，设定有较完整的模型块化产线，含有概括感知设备、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动作控制、转台旋转动作控制、机械手坐标调节测试及多自由度动作控制、传送带控制及调节速度、工件到位检验测试、气缸分拣控制、机器视觉残次品检验测试、加工轴转动速度温度（℃）振动多功能数值监测、气动压力检验测试、工业设备状态监测数值上云、工件残次品统计解析等工业控制应用实训内容，为相关专业升级和改革提供教学、实训和科研支撑。设备外观如图所示。
二、设备功能
1.直线动作控制：可以控制立体仓库堆垛机的x、y、z三轴丝杆实行直线往复动作、行程定点控制。与库位状态检验测试传感器集合，完成库存信息动态感知和工件上下架。
2.旋转动作控制：可控制加工转台按加工顺序转动，定点停止，控制主轴电动机高速旋转模仿加工，设定有上料、加工、检验测试、下料不停歇并行加工功能。
3.多自由度动作控制：可控制机械臂和末端抓手相互协作，设定有旋转、伸缩、抓放等多个自由度控制和精准抓放，完成自动化装配、搬运。
4.流水线传输控制：可控制电动机带动皮带转动，设定有调节速度器，可旋转旋钮调动传输速度并显露转动速度，就地实时检验测试接近开关信号，判别工件是否到位。
5.*机器视觉检验测试：运用*技术完成对当前加工件形状、颜色等不一样维度实行残次品检验测试，就地实时发布工件的检验测试成果。
6.残次品分拣：传送带装配挡料气缸、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：网关就地实时读取堆垛机、加工台、机械手、传送带等设备的运行状态及加工主轴的转动速度、温度（℃）、振动，气缸压力等功能数值，并显露，同时上传到平台。
8.数值解析功能：可对实训装置传感器的历史数值实行弯曲线趋势解析、功能统计解析、傅立叶变换、最小二乘弯曲线结合等。
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、及协议变换。
10.平台可视化展示：动态显露库位占用情况、设备运行状态、设备监测传感器数值弯曲线、工件的残次品统计饼状图等。
11.工序技艺流程：就地实时检验测试原料库，有料——>堆垛机自动运行，取料,放入加工台上料位——>加工台转动，模仿加工——>加工台转动，机器视觉检验测试——>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，完成整个工序技艺流程。
三、设备功能
1.直线动作控制：可以控制立体仓库堆垛机的x、y、z三轴丝杆实行直线往复动作、行程定点控制。与库位状态检验测试传感器集合，完成库存信息动态感知和工件上下架。
2.旋转动作控制：可控制加工转台按加工顺序转动，定点停止，控制主轴电动机高速旋转模仿加工，设定有上料、加工、检验测试、下料不停歇并行加工功能。
3.多自由度动作控制：可控制机械臂和末端抓手相互协作，设定有旋转、伸缩、抓放等多个自由度控制和精准抓放，完成自动化装配、搬运。
4.流水线传输控制：可控制电动机带动皮带转动，设定有调节速度器，可旋转旋钮调动传输速度并显露转动速度，就地实时检验测试接近开关信号，判别工件是否到位。
5.*机器视觉检验测试：运用*技术完成对当前加工件形状、颜色等不一样维度实行残次品检验测试，就地实时发布工件的检验测试成果。
6.残次品分拣：传送带装配挡料气缸、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：网关就地实时读取堆垛机、加工台、机械手、传送带等设备的运行状态及加工主轴的转动速度、温度（℃）、振动，气缸压力等功能数值，并显露，同时上传到平台。
8.数值解析功能：可对实训装置传感器的历史数值实行弯曲线趋势解析、功能统计解析、傅立叶变换、最小二乘弯曲线结合等。
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、及协议变换。
10.平台可视化展示：动态显露库位占用情况、设备运行状态、设备监测传感器数值弯曲线、工件的残次品统计饼状图等。
11.工序技艺流程：就地实时检验测试原料库，有料——>堆垛机自动运行，取料,放入加工台上料位——>加工台转动，模仿加工——>加工台转动，机器视觉检验测试——>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，完成整个工序技艺流程。
四、硬件构造
1、工业设备简介
实训装置由立体仓储单元、转台模仿加工单元、视觉检验测试单元、搬运单元、流水线单元、次品分拣单元、电气控制箱式模型块等构成。配备装备PLC主控模型块、HMI触摸屏、电源模型块、驱动模型块、人机交互模型块等，含有步进电动机驱动、减慢速度电动机驱动器、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、电气控制模型块构成，用来工件原料与成品的存取。立体库应用20mm*20mm铝制型材框体结构设计，2行6列，共含有 12 个料位，每个库位装配备有光电传感器，用来检验测试库位有无物料。堆垛机由三组丝杆滑台、180°旋转气缸和夹料气缸构成，分别由三个步进电动机驱动模型块、气泵驱动模型块控制滑块直线往复动作、末端装置动作。
（2）转台模仿加工单元
由转台间歇机构减慢速度电动机、扭矩电动机加工主轴、X轴进阶加工电动机、Y轴进阶加工电动机构成，用来原料的模仿加工。加工转台直径260mm，应用400w电动机加涡轮蜗杆减慢速度机驱动，设定有4个物位，分别是上料、加工、检验测试、下料，经过金属接近开关信号实行90度旋转控制，每个物位装配备有光电传感器，检验测试是否有物料。X轴行程≥50mm，Y轴行程≥50mm。加工主轴装配备有温度（℃）、振动、转动速度传感器，可以实行加工状态监测。
（3）机器视觉检验测试单元
由工业摄像头、视觉检验测试系统构成，可对物料实行残次品（按照形状、颜色）检验测试，就地实时发布查验成果。在保证外网连接畅通的基础上，视觉检验测试系统可以接入华为Modelarts平台实行物体识别残次品检验测试。
（4）机械手单元
由工业机械臂、末端抓手、嵌入式控制器构成，完成工件的物位搬运、精准抓放。机械臂主要采用全铝制机械臂，行星减慢速度步进电动机、AB相光电编码器、铝制联轴器、轴承等构成。电动机带有编码器，设定有位置闭合控制，重复精确度大大提升。机械臂负载能力：500g，机械臂重量（kg）：3.14Kg。机械手应用舵机控制机械手张开闭合。手爪应用两面带齿构造，抓取物件更牢固稳当。电控板应用Cortex-M4内核微控制器，4路LV8731V驱动模型块驱动机械臂电动机，板载OLED显露屏，支持串行口控制、RS485控制、按键控制等方法。
（5）流水线分拣单元
由传送带、电动机控制模型块、调节速度器、挡料/推料气缸装置构成，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、到位检验测试、次品挡料及推料功能。
（6）实训装置体
铝制型材构成。双开门设计，可全部打开，便利对电气控制箱式模型块学习掌控把握。
框体结构尺寸：1200mm×1000mm×800mm
供电电源：AC220V±10%（50Hz）
电流（A）：≤16A
重量（kg）：≤100kg
2、工业控制器
（1）PLC控制器
位于电气控制箱式模型块内，设定有多通道高频率高速写入输出端口，36个写入，24个输出，60点晶体管输出，外扩1个4通道电压（V）电流（A）写入模型块，1个16点继电器输出拓展模型块，1个以太网拓展模型块。
（2）HMI人机交互终端
人机交互终端应用10寸触摸屏，与PLC控制器之间经过ModbusRTU工业总线协议实行交互。可以经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，查看设备运行状态。
（3）嵌入式测控终端
由Cortex-M4内核和1.8寸TFT显露屏构成，设定有8路模仿量写入通道，可配备电压（V）电流（A）类型，4路数字量写入通道，4路PWM输出通道，1路继电器输出通道，设定有RS485连接口，支持ModbusRTU协议；设定有RJ45互联网连接口，支持互联网通信。
（4）工业网关
由Cortex-A9以上内核主板和7寸以上电容触摸屏构成，设定有RS485、CAN、以太网连接口，板载WiFi模型块，运行Android、Linux双实操系统，可一键变换，支持ModbusRTU、ModbusTCP工业互联网协议，MQTT、HTTP平台接入协议等。
五、系统系统
本平台系统主要采用基础信息化设备（服务器、路由器、交换机、显露终端等）、工业控制器系统、工业网关应用系统、工业互联网平台、数值解析应用系统几部分构成。以下实行详细说明。
1、工业控制器系统
含有PLC可编程控制器系统和HMI人机交互系统，相互协作完成工业产线从取料、加工、检验测试、分拣、次品推料、成品上架等完整工序技艺流程。HMI人机交互设定有调节模式和自动模式。调节模式支持工业设备功能数值调节，可单独调节测试某一个设备，比如库位占用状态、堆垛机控制、加工台模仿加工控制、传送带控制等；自动模式支持模仿加工流水线自动运行，无需人工干预。

（1）工业网关应用系统
Android应用APP，用来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露，同时实行协议变换。主界面如下图所示，含有六大分区：原料/成品区，加工区，传输区，检验区，联网状态，系统设定。
（2）工业互联网平台
工业互联网平台组建在ubuntu系统服务器中，服务器内置Mysql数值库，MQTT代理服务器，主要采用以下模型块构成。
接入协议管理模型块。该模型块是核心模型块，用来建立与工业网关等物联网终端的连接和数值收集处置整理；建立与数值库的连接，将相关数值写入数值库。
数值库模型块。应用MYSQL组建关系型数值库，用来存储服务器地址信息，网关设备的ID、地址信息，库位的状态信息，工件的残次品数值等。
可视化展示模型块。应用弯曲线图、饼状图、柱状图、数字图文等常用插件实行。平台主页显露设备运行状态、主轴运行功能数值弯曲线、总单量及加工量、库位状态、最近5日的订单加工统计图以及加工合格率统计。如图所示。
设定有以下功能：
生产管理：下达订单、监控生产过程情况。
设备管理：监测设备运行状态等
库存管理：查看库存状态，成品、废品数量。
重量管理：查看设备重量，合格率占比。
可访问摄像头对实训装置作业实行远程视频监控。
（3）数值解析应用系统
该系统运行在上位机，可与工业现场控制器通信，获取现场传感器监测数值存入本地计算机数值的数值库中，实行就地实时收集、历史弯曲线、统计学解析、傅里叶变换、弯曲线结合等数值解析。历史弯曲线显露效果。对数值实行傅里叶变换。
六、配备表单