LGHL-03型 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)自動化控制實訓(xùn)平臺

一、產(chǎn)品簡介
    LGHL-03型 LGHL-03型 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)自動化控制實訓(xùn)平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(rèn)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)。

    LGHL-03型 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)自動化控制實訓(xùn)平臺依托工業(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(biāo)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。產(chǎn)品外觀如圖所示。
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(jìn)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(zhǔn)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(dāng)前加工件形狀、顏色等不同維度進(jìn)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(fù)責(zé)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(jìn)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、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(jìn)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(zhǔn)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(dāng)前加工件形狀、顏色等不同維度進(jìn)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(fù)責(zé)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(jìn)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。
四、硬件結(jié)構(gòu)
1、工業(yè)設(shè)備簡介
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(jìn)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(jìn)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(jìn)階加工電機、Y軸進(jìn)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(jìn)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。加工主軸安裝有溫度、振動、轉(zhuǎn)速傳感器，可以進(jìn)行加工狀態(tài)監(jiān)測。
（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(jìn)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(jìn)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(zhǔn)抓放。機械臂主要由全鋁合金機械臂，行星減速步進(jìn)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(fù)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(dāng)。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
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)。
框架尺寸：1200mm×1000mm×800mm
供電電源：AC220V±10%（50Hz）
電流：≤16A
重量：≤100kg
2、工業(yè)控制器
（1）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。
（2）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(jìn)行交互?？梢酝ㄟ^交互終端校準(zhǔn)立體庫位坐標(biāo)，控制系統(tǒng)手動運行、自動運行，觀察設(shè)備運行狀態(tài)。
（3）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。
（4）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。
五、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。以下進(jìn)行詳細(xì)說明。
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)。

（1）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(jìn)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。
（2）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，主要由以下模塊組成。
接入?yún)f(xié)議管理模塊。該模塊是核心模塊，用于建立與工業(yè)網(wǎng)關(guān)等物聯(lián)網(wǎng)終端的連接和數(shù)據(jù)收集處理；建立與數(shù)據(jù)庫的連接，將相關(guān)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。
數(shù)據(jù)庫模塊。采用MYSQL構(gòu)建關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，用于存儲服務(wù)器地址信息，網(wǎng)關(guān)設(shè)備的ID、地址信息，庫位的狀態(tài)信息，工件的殘次品數(shù)據(jù)等。
可視化展示模塊。采用曲線圖、餅狀圖、柱狀圖、數(shù)字圖文等常用插件進(jìn)行。平臺主頁顯示設(shè)備運行狀態(tài)、主軸運行參數(shù)曲線、總單量及加工量、庫位狀態(tài)、最近5日的訂單加工統(tǒng)計圖以及加工合格率統(tǒng)計。如圖所示。
具有以下功能：
生產(chǎn)管理：下達(dá)訂單、監(jiān)控生產(chǎn)過程情況。
設(shè)備管理：監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)等
庫存管理：查看庫存狀態(tài)，成品、廢品數(shù)量。
質(zhì)量管理：查看產(chǎn)品質(zhì)量，合格率占比。
可訪問攝像頭對實訓(xùn)臺作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。
（3）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(jìn)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。歷史曲線顯示效果。對數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換。
六、配置清單