工业4.0智能制造技（jì）术控制实训台

第一章：建设（shè）背景
工业（yè）4.0智能制造技术（shù）控制实训台（tái）是随着中国版"工（gōng）业4.0"《中国制造2025》的出台，基于（yú）信息物理系统的智能装备、基于工业机器人的智（zhì）能工厂等智能制造正在引领制造方式的变革（gé）。而制造业乃国民经济之主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。打造具有国际（jì）竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界（jiè）强国的必由之路。
国家推进制造过程智能化，在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间，加快人机智能（néng）交互、工业机器人、智能物流管理、增材制造等技术和装备在生产过程中的应用，促进制造工艺的仿（fǎng）真（zhēn）优化（huà）、数字化（huà）控（kòng）制（zhì）、状（zhuàng）态信息实时（shí）监测和自适应（yīng）控（kòng）制。
为了适应国家对高端智（zhì）能制造设备所需要的高技能人（rén）才的培养，上海红桃视频app科教设备有限公司经多方调研（yán）及（jí）深度校企合作研发（fā）出系列工业机（jī）器人应用与维护（hù）专业实训考（kǎo）核系统设备。该系统符合"四个定位"：即（jí）职业技能竞赛（sài）的定位；技（jì）能（néng）培训与鉴定的定位；做一（yī）体化教学改革的定位；符合高技能人才培（péi）训基地的定位。并符合国家对"关于进一步深化中等职业教（jiāo）育教学改革的若干意见"的文件精神，紧紧（jǐn）围绕以国家职业标准为依据，以综合职业能（néng）力培养为目标，以典型工作任务（wù）为载体，以学生为中心，根据（jù）典型工作任务和工作过程，设计新的课程体系和内容，按照工作过程（chéng）的顺序和学（xué）生自主学（xué）习的要求进行教学设（shè）计和安排教学活动，实现理（lǐ）论教学与实践教学融通（tōng）合一，能力培养与工作岗位对接合一，使实习与顶岗工作学做合一，最（zuì）终（zhōng）培养学生的技术能力、方法能力和社会能力（lì）。
基于目前对专业的全新建设，结合现（xiàn）有基础和未来发（fā）展思路与目标，红桃视频app公（gōng）司（sī）在本次规划贵校工业（yè）机（jī）器人系列（liè）实训基地和实训（xùn）装备（bèi）建设方面，将全面结合学校开设的（de）专业，以满（mǎn）足教学实训，考核鉴定为基础，重点突出（chū）功能，把握建设档次，体现技术水平，力求实现适度超前（qián）的（de）规划原则。

第二章：建设目标
结合学院当前（qián）和未来的（de）发展规（guī）划目标（biāo），本次规划设计的工业机器人技能技能工（gōng）作室能达到以下目标：
--具备能够（gòu）满足各（gè）专业教学（xué）实训的基本（běn）技（jì）能、综合技能、创新技能，以及（jí）中级、高级、技师、高级技师的职业资格和（hé）人才培养的需求。
--具备能够满足现代先进技（jì）术并紧密结合先进制（zhì）造业（yè）技术发（fā）展的（de）新工艺、新知识、新技能、新任务的需求。
--具备能够（gòu）满足紧缺（quē）人才培训，高（gāo）技能人才培训，农村（cūn）劳动力转移培训，退役士兵培训，职业能力转换（huàn）培训等综合培训、鉴定的需求。
--具（jù）备能够满足国家骨干师资培训，一体化教（jiāo）学师资培训及其他双师型师资培训等综合性（xìng）师资培训的需求。
--具备能够满足开展教学研讨，开展技能竞赛，开展学术交流，开展课（kè）程改革等等需要的（de）多功能（néng）综合性基地的（de）需求。
规划设计的一体（tǐ）化机电专业、电气和自动化专业、工业自动化专业实训基地的实训装备（bèi）,本着实用性（xìng），实操性，职（zhí）业性，综合性（xìng）为（wéi）出发点，其技术优势如下：
技术的先进性整套方案体现出现代制造业领域中所包含的PLC控制技术、网络通信技术等先（xiān）进控制理念及管理系统。
技（jì）术的前瞻性本套方案在基于现代控制理念的基础上，突出体现现代制造业前沿科技的应知点（diǎn）及应会点（diǎn），如工业机器人控制技术（shù），智能监控技（jì）术等。
技术的综合性集成了光、机、电、气、液、网络通信、数字控制等综合技术的应（yīng）用，完全覆盖现有机电专业教学大纲及流行教材的训练内容。
技（jì）术的职业性方案所涉及的训练内容，在满足机电专业教学的前提下，结合相关（guān）工种的国家职（zhí）业标准，既能进行培训练习又（yòu）能用于（yú）鉴定考核。
技术（shù）的可操作性训练载体体现高起点、高科技、高技（jì）能的特（tè）点（diǎn），该套方案配备了（le）完整系统的解决措施，具备配套的课程体系、教学大（dà）纲、训练教材（cái）及长期稳定的师资培训计划。
技术的兼容性该方案的技术来（lái）源（yuán）于生产实际，不但能够用于教学训练，还能进行与生产实际（jì）相关的典型工作任务，使学校实训与生产实际零距离接轨。
一、技术性能要求
1. 输入（rù）电源：单相220V±10% 50Hz
2. 工作环境（jìng）：温度-10℃～+40℃ 相对湿度＜85%(25℃) 海拔≤4000m
3. 装置容量：≤1kVA
4. 重量：100kg左右（yòu）
5. 外形尺寸：约（yuē）1300mm×1200mm×750mm
6. 台面平铺2020欧标工业铝材、右侧台面铺400×1000mm软绝缘胶垫，中部抽拉式电气接线（xiàn）板。
7. 安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准
二、基本配置及（jí）功能要求
★1、实训装置包括电气接线模块、上料模块、输送线模块、视觉识别模块、三维模组控制模块、称重模块、RFID产品（pǐn）溯源模块、物料摆放模块、小车运动控制模块、温控箱变频控温模块。提供符合上述要求（qiú）的装置整体设计效果图。
2、以上模块对应以下单元：PLC单元、485通信单元（yuán）、工业视觉识别单（dān）元、RFID产品溯源单元、气动控制基本单元、变频调速单元、触摸（mō）屏单元、以太网交换机、伺服系统控制单元等（děng）组成、温度检测变送单元。
2.1 PLC单元西门子主机1214C
（1）集（jí）成电源（yuán），可（kě）作为宽范围交（jiāo）流或直流电源(85~ 264VAC或24V DC)
（2）集成的24 V编码器/负载（zǎi）电流源:
（3）用于直接连接传感器和编码器。带有（yǒu）400 mA输出电（diàn）流，它也可（kě）用作负载电源。
（4）14点集成24V直流数字量输入(漏电流/源电流(IEC 1型漏电流) )。
（5）10点集成数字量输出，24 V直流或（huò）继电器。
（6）2点集成模拟量输入0~ 10 V。
（7）2点集成模拟量输出0~20mA。
（8）4点脉冲输出(PTO), 频率高100 kHz。
（9）脉冲宽度调制输出(PWM),频率高100 kHz。
（10）不少于（yú）2个集成以太网（wǎng）接口(TCP/IP native、 ISO-on-TCP) 。
（11）不少于6个快速计数器(3个（gè）大频率为100 kHz; 3个大频率为30 kHz) ，带有可参数化
（12）中断输入:对过程信号的上升沿或下降沿作出极高速响应（yīng）
（13）所有模块上均为可（kě）拆卸的端子。
14）含（hán）一个拓展模块。
视觉识别单元
一、基本（běn）要求：
1、工业视（shì）觉检（jiǎn）测系统包括相机、镜（jìng）头、处理软件、光源等组成。工业视觉检测系统放（fàng）置在输送线一测，对工件进行（háng）颜色，尺寸，标识等信息检测。
2、检测结果通（tōng）过总控通讯，为后续摆（bǎi）放等作业做（zuò）好准备。
3、具体参数：1/3" CMOS 成像仪:彩色；S接（jiē）口/M12镜头: 8 mm；成像模式: 640×480；光源: 白色漫射LED环形（xíng）灯；通信和I/O: EtherNet/IP、PROFINET、SLMP、SLMP扫（sǎo）描仪、Modbus TCP、TCP/IP、RS-232；防护等（děng）级（jí）: IP65防（fáng）护级外壳；工作电源: 24 VDC ±10%，照明开启时，最大功率：48 W (2.0 A)；工（gōng）作温度: 0°C to 40°C (32°F to 104°F)；电源电压：+24 VDC（22-26 VDC），电流：最大500mA。
4、镜头：与上述参照对应的标准配置。
5、连接电缆与支架
二（èr）、软件要（yào）求
1、软件可进（jìn）行曝光时间，白平衡设置。
c.进行（háng）四点相机标定（dìng），能快速读取标定模板（bǎn）的像素值，可获取对应的位置值。
2、可进（jìn）行日志显示（shì），并可以（yǐ）清楚（chǔ）历史日志。
3、可进行至少8个模板匹（pǐ）配，即触发1次拍照，匹配模板1，模板1匹配成功，发出模板1数据；若模板1未能匹配成（chéng）功，视觉返回s1,0,0,0数据给机器人，机器人发命令继续匹配模板；
f.可（kě）进行发（fā）送可接收数据显示。
4、软（ruǎn）件输出4个数据：类型、X、Y、旋转量
h.支持绘制的模板可以（yǐ）进行集合运算；
i.绘制模板可以使用长方形，圆形，自由绘制等方式进行绘制模板（bǎn）；
5、在机器人视觉系统软（ruǎn）件中，拍照的图像可以自由的（de）拖动及放大；
k.支持实时采集（jí）及单独拍照；
6、在机器人视觉系统软件中，有（yǒu）红色十字光标方便安装调（diào）节相机位置。
3、RFID识别（bié）单元：RFID射频单元带集成天线的方型读写器（RS422）；50×50×30 mm（L×D×H）
标（biāo）签使用螺纹式小（xiǎo）尺寸标签。
4. 触摸屏单元（步科（kē）品（pǐn）牌）
4.1显示模块：≥7"TFT
4.2显示色彩：≥65536彩色
4.3分辨率：≥800×480像素
4.4背光类型：≥LED 亮度 300cd/m2
4.5液晶寿命: ≥50000小时
4.6触控面板:4线精密电阻网络（表面硬度不（bú）低于4H）
4.7CPU: ≥800MHz RISC
4.8存储器: ≥128MB闪存+64MB 内存 RTC
4.9通讯接口:COM0:RS485-2W/4W, RS232; COM2: RS232
5. 以太网交（jiāo）换机：
5.1以太网交换机采用非网管型工业以太（tài）网 100MBIT/S交换机，自带5个双绞线端口，RJ45 接口；
5.2用于构建小型星（xīng）形和总线形拓扑结构；自带LED诊断（duàn）显示（shì），供（gòng）电电源DC 24V 。
5.3不低于IEC/EN 61000-4工业级防护，不低于IP30防护，9.6-60VDC三冗余电源输（shū）入，多重保护。
6. 变频调速单元：
6.1单相220V供电，输出功率0.37KW。
6.2集成RS-485通讯接口，提供操作面板；
6.3具有线性V/F控制、平方V/F控制、可编程多点设定V/F控制，磁通电流控制、直流转矩控制；
6.4集成4路数字量输入，2路模拟量输（shū）入；
6.5具（jù）备过电压、欠电（diàn）压保（bǎo）护，变频（pín）器、电机过热保护，短路保护等。
7. 小车运动（dòng）控制单（dān）元（yuán）：主要由运动小车（直（zhí）流电机（jī）驱动）、同步带轮传动（dòng）机构、直流电机、光电传感器、电（diàn）感式传感器、电容式传感器、行（háng）程开关等组（zǔ）成，通过传感检测、PLC编程，实现运动距离测（cè）量、传（chuán）动控制、键值优化比较行走控（kòng）制、定向控制、报警运行控制、点动控制等，能实现小（xiǎo）车的精确定位。该系统外观精美，体积紧凑，重量轻。提供符合上述功能的小车运动控制单元设计效果图（tú）。
8. 三维模组（zǔ）控（kòng）制单元：
8.1三（sān）维丝杆或同步带控制单元主要由伺服驱动和步进驱动组（zǔ）成。
8.2伺服驱动用于（yú）控制X轴，采用交流伺服驱动，工作电压AC220V，输出功率200W。
8.3采用数字信号（hào）处理（lǐ）器（DSP）作为控制核心，智能功率模块（IPM）内部（bù）集成了驱动电路（lù）,同时具有过电（diàn）压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，具有较强的（de）温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰（rǎo）的能力。
8.4支持位置、速度和力矩三种方式对（duì）伺服马达（dá）进行控制。
8.5步进电机驱动用于控制Y轴，采用交流伺服驱动，工作电压DC24V，输出功率>=30W；
8.6内部集成控制电路和功率电（diàn）路，具（jù）有自检线圈和短路保护等（děng）功能。
9. 温控箱变频控温（wēn）模块：加热（rè）板通电加热，温度变送器检测加热板到达一定温度（dù）后，PLC控制（zhì）系统控制（zhì）台达变频器使电机旋转，带动扇叶加强空气流（liú）动（dòng），快速散热，使箱内环境温度稳定。。
10.温变变送器。
10.1二线制（zhì）输出（chū），无需补偿（cháng）导线；
10.2要求温变变送（sòng）器结构简单安装方便，使用寿命≥10000次；
10.3结构简单，合理安装方便；小型化，安全可靠，使用寿命长（zhǎng）；
10.4插头式温度变送器，量程0-100OC，电源24VDC，输出0-10V。
11.加热器：工作电（diàn）压（yā）AC220V、持续功率30W-150W、外壳材质铝合金、尺寸不大于160*100。
12. 伺服系统控制（zhì）单元（yuán）：输入电源单相或三相AC220V，-15~+10%，50/60HZ，调速比1：5000，脉冲频率<500KHZ,控制（zhì）输入：伺服使能、报警复位、紧急停止、指令（lìng）脉冲禁止、脉冲偏差清除、零件（jiàn）速钳位、正向行程限位、反向行程限位、内（nèi）部速（sù）度选择1等。控制输出：伺服准备好、定（dìng）位完成、零偏差、零（líng）速度、报警检出、紧（jǐn）急停（tíng）止检出，
13.称物体重量或（huò）压力并触摸屏显（xiǎn）示重量值：称重传（chuán）感器、重量变送器、称重不锈钢承重板，可称重0-10KG。
三、实训项（xiàng）目
1. PLC认知实训（软硬件结构、系统组（zǔ）成、基本指令、接线、编程下载等）
(一).PLC虚拟控制应（yīng）用实训
1. 数码显示控制
2. 抢答器控（kòng）制（zhì）
3. 天塔之光（guāng）控制
4. 音乐喷泉控制（zhì）
5. 十字路口交通灯控制（zhì）
6. 水（shuǐ）塔水位控制
7. 自（zì）动送料（liào）装车（chē）系统控制
8. 四节传送带控制
9. 装配流水线控制
10. 多种液体混合装置控制
11. 自动洗衣机控制（zhì）
12. 货物分拣机（jī）控制
13. 自动售货机控制（zhì）
(二).PLC实物控制应用实训
14. 视觉识别控制
15. RFID控制
16. 长度定长（zhǎng）控制
17. 称重控制
18. 气（qì）动基本回路控制
19. 直线运动位置检测、定位控制
20. 步进电机定位控制（zhì）
21. 步进电机的速度控制
22. 步进电机的正反转控（kòng）制
23. 伺服电（diàn）机定位控制
24. 伺服电机的速度控制
25. 伺服电机（jī）的正反转控制
26. 伺服电机和步进电机的（de）综合（hé）控制
(三).PLC、变（biàn）频器、触摸屏（píng）综合应用技能实训
27. 变频器（qì）功能参数设置与操作
28. 外部端子点动控制
29. 变频器控制电机正（zhèng）反转
30. 多段速度选择变频调（diào）速
31. 变频器无级调速（sù）
32. 外部模拟量（liàng）方式的变频调速控（kòng）制
33. 基于PLC的变（biàn）频器外部端子（zǐ）的电（diàn）机（jī）正反转控制
34. 基于（yú）PLC模（mó）拟量方式变频开环/闭环调（diào）速控制
35. 基（jī）于PLC通信方式的变频开环调速
36. 基于触摸屏控制方式的基本指令编程练习
37. 基（jī）于触摸屏（píng）控制方式的数码显示控制
(四).网络通讯综合（hé）实训
38. PLC与变频器RS485通（tōng）讯实训
39. PLC、触摸屏与变频器通信控制（zhì）
40. PLC主机之间PROFINET通讯实训
41. PLC、变频器、触摸屏组网综合应用实训
42、PLC与RFID通讯控制
43、PLC与工（gōng）业相机通讯

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