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

一、產(chǎn)品簡介

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)臺(tái)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(jī)器視覺技術(shù)、智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)、平臺(tái)運(yùn)維技術(shù)等，可以支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、電氣自動(dòng)化、機(jī)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(jì)，工業(yè)設(shè)備過程控制、運(yùn)動(dòng)控制，工業(yè)機(jī)器人、視覺檢測等課程實(shí)訓(xùn)。

實(shí)訓(xùn)臺(tái)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(jī)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(tái)等，能夠開展絲桿滑臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)控制、轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)械手坐標(biāo)調(diào)試及多自由度運(yùn)動(dòng)控制、傳送帶控制及調(diào)速、工件到位檢測、氣缸分揀控制、機(jī)器視覺殘次品檢測、加工軸轉(zhuǎn)速溫度振動(dòng)多參數(shù)監(jiān)測、氣動(dòng)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(jì)分析等工業(yè)控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，為相關(guān)專業(yè)升級(jí)和改革提供教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和科研支撐。

二、產(chǎn)品功能

1、直線運(yùn)動(dòng)控制：可以控制立體倉庫堆垛機(jī)的x、y、z三軸絲桿進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、行程定點(diǎn)控制。與庫位狀態(tài)檢測傳感器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)庫存信息動(dòng)態(tài)感知和工件上下架。

2、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制：可控制加工轉(zhuǎn)臺(tái)按加工順序轉(zhuǎn)動(dòng)，定點(diǎn)停止，控制主軸電機(jī)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(yùn)動(dòng)控制：可控制機(jī)械臂和末端抓手相互配合，具有旋轉(zhuǎn)、伸縮、抓放等多個(gè)自由度控制和精準(zhǔn)抓放，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配、搬運(yùn)。

4、流水線傳輸控制：可控制電機(jī)帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)時(shí)檢測接近開關(guān)信號(hào)，判斷工件是否到位。

5、AI機(jī)器視覺檢測：利用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前加工件形狀、顏色等不同維度進(jìn)行殘次品檢測，實(shí)時(shí)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(jī)構(gòu)，可驅(qū)動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測：網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)讀取堆垛機(jī)、加工臺(tái)、機(jī)械手、傳送帶等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及加工主軸的轉(zhuǎn)速、溫度、振動(dòng)，氣缸壓力等參數(shù)，并顯示，同時(shí)上傳到平臺(tái)。

8、數(shù)值分析功能：可對(duì)實(shí)訓(xùn)臺(tái)傳感器的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線趨勢分析、性能統(tǒng)計(jì)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(tái)接入?yún)f(xié)議的組包、及協(xié)議轉(zhuǎn)換。

10、平臺(tái)可視化展示：動(dòng)態(tài)顯示庫位占用情況、設(shè)備運(yùn)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(jì)餅狀圖等。

11、工藝流程：實(shí)時(shí)檢測原料庫，有料——>堆垛機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，取料,放入加工臺(tái)上料位——>加工臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬加工——>加工臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器視覺檢測——>加工臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，下料位，機(jī)械手抓料——>放到傳送帶——>分揀，次品推入次品筐，成品堆垛機(jī)存入成品庫，完成整個(gè)工藝流程。

三、硬件配置及參數(shù)

實(shí)訓(xùn)臺(tái)由立體倉儲(chǔ)單元、轉(zhuǎn)臺(tái)模擬加工單元、視覺檢測單元、搬運(yùn)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(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊等，包含步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(chǔ)單元

由立體倉庫、堆垛機(jī)、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(jì)，2行6列，共包含 12 個(gè)料位，每個(gè)庫位安裝有光電傳感器，用于檢測庫位有無物料。堆垛機(jī)由三組絲桿滑臺(tái)、180°旋轉(zhuǎn)氣缸和夾料氣缸組成，分別由三個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、氣泵驅(qū)動(dòng)模塊控制滑塊直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、末端裝置運(yùn)動(dòng)。

2、轉(zhuǎn)臺(tái)模擬加工單元

由轉(zhuǎn)臺(tái)間歇機(jī)構(gòu)減速電機(jī)、扭矩電機(jī)加工主軸、X軸進(jìn)階加工電機(jī)、Y軸進(jìn)階加工電機(jī)組成，用于原料的模擬加工。加工轉(zhuǎn)臺(tái)直徑260mm，采用400w電機(jī)加渦輪蝸桿減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有4個(gè)物位，分別是上料、加工、檢測、下料，通過金屬接近開關(guān)信號(hào)進(jìn)行90度旋轉(zhuǎn)控制，每個(gè)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(jī)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(duì)物料進(jìn)行殘次品（根據(jù)形狀、顏色）檢測，實(shí)時(shí)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(tái)進(jìn)行物體識(shí)別殘次品檢測。

4、機(jī)械手單元

由工業(yè)機(jī)械臂、末端抓手、嵌入式控制器組成，實(shí)現(xiàn)工件的物位搬運(yùn)、精準(zhǔn)抓放。機(jī)械臂主要由全鋁合金機(jī)械臂，行星減速步進(jìn)電機(jī)、AB相光電編碼器、鋁合金聯(lián)軸器、軸承等組成。電機(jī)帶有編碼器，具有位置閉合控制，重復(fù)精度大大提高。機(jī)械臂負(fù)載能力：500g，機(jī)械臂重量：3.14Kg。機(jī)械手采用舵機(jī)控制機(jī)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(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂電機(jī)，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(jī)控制模塊、調(diào)速器、擋料/推料氣缸裝置組成，機(jī)械手將工件從加工轉(zhuǎn)臺(tái)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(shí)訓(xùn)臺(tái)體

(1)鋁合金型材組成。雙開門設(shè)計(jì)，可全部打開，方便對(duì)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(gè)輸入，24個(gè)輸出，60點(diǎn)晶體管輸出，外擴(kuò)1個(gè)4通道電壓電流輸入模塊，1個(gè)16點(diǎn)繼電器輸出擴(kuò)展模塊，1個(gè)以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊。

8、HMI人機(jī)交互終端

人機(jī)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(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行，觀察設(shè)備運(yùn)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(yùn)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(tái)接入?yún)f(xié)議等。

四、軟件系統(tǒng)

本平臺(tái)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(jī)、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(tái)、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(jī)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(jī)交互具有調(diào)整模式和自動(dòng)模式。調(diào)整模式支持工業(yè)設(shè)備參數(shù)調(diào)整，可單獨(dú)調(diào)試某一個(gè)設(shè)備，比如庫位占用狀態(tài)、堆垛機(jī)控制、加工臺(tái)模擬加工控制、傳送帶控制等；自動(dòng)模式支持模擬加工流水線自動(dòng)運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)并顯示，同時(shí)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(yàn)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(tái)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(yùn)行在上位機(jī)，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(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、歷史曲線、統(tǒng)計(jì)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(shí)訓(xùn)項(xiàng)目	實(shí)驗(yàn)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(shí)
	可編程控制器的指令
	可編程控制器的程序設(shè)計(jì)方法
	報(bào)警燈控制實(shí)驗(yàn)
	傳感器的檢測控制實(shí)驗(yàn)
運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用	運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的概述
	直線運(yùn)動(dòng)絲桿電機(jī)三軸獨(dú)立控制
	直線運(yùn)動(dòng)絲桿的整體運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)
	直線運(yùn)動(dòng)絲桿電機(jī)的定位控制實(shí)驗(yàn)
	氣動(dòng)爪手控制實(shí)驗(yàn)
	傳送帶的控制實(shí)驗(yàn)
	傳送帶氣缸控制實(shí)驗(yàn)
	加工過程的參數(shù)條件實(shí)驗(yàn)
	加工過程的數(shù)據(jù)獲取實(shí)驗(yàn)
	調(diào)速系統(tǒng)PID控制器設(shè)計(jì)
工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用	工業(yè)機(jī)器人的組成
	機(jī)械手的坐標(biāo)控制實(shí)驗(yàn)
	機(jī)械手的抓手控制實(shí)驗(yàn)
	機(jī)械手連貫動(dòng)作控制實(shí)驗(yàn)
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用	庫位檢測與堆垛控制實(shí)訓(xùn)開發(fā)
	加工轉(zhuǎn)臺(tái)控制與傳感器采集
	多自由度機(jī)器臂遠(yuǎn)程控制
	流水線到位檢測與氣缸分揀控制
	機(jī)器視覺殘次品檢測
	工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)Web信息平臺(tái)開發(fā)
	數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

LGHL-01A型 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)臺(tái)

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