工業(yè)4.0智能控制實驗臺 　
第一章：建造設(shè)計背景
工業(yè)4.0智能控制實驗臺,隨著中國版"工業(yè)4.0"《中國制造2025》的出臺，基于信息物理系統(tǒng)的智能裝備、基于工業(yè)機器人的智能工廠等智能制造正在引領(lǐng)制造方法的變革。而制造業(yè)乃國民經(jīng)濟之主體，是立國之本、興國之器、強國之基。打造設(shè)定有國際競爭力的制造業(yè)，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建造設(shè)計世界強國的必由之路。
國家推進(jìn)制造過程智能化，在重點領(lǐng)域試點建造設(shè)計智能工廠/數(shù)字化車間，加快人機智能交互、工業(yè)機器人、智能物流管理、增材制造等技術(shù)和裝備在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，促進(jìn)制造工序技藝的擬真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息就地實時監(jiān)測和自適應(yīng)控制。
為了適應(yīng)國家對高端智能制造設(shè)備所需要的高技能人才的培養(yǎng)，上海-教育設(shè)備制造有限公司經(jīng)多方調(diào)研及深度校企合作研發(fā)出系列工業(yè)機器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)實驗考核系統(tǒng)設(shè)備。該系統(tǒng)符合"四個定位"：即職業(yè)競技比賽的定位；技能培訓(xùn)與鑒定的定位；做一體化教學(xué)改革的定位；符合高技能人才培訓(xùn)基地的定位。并符合國家對"關(guān)于進(jìn)一步深化中等職業(yè)教育教學(xué)改革的若干意見"的文件精神，緊緊圍繞以國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以綜合職業(yè)能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以經(jīng)經(jīng)典型作業(yè)任務(wù)為載體，以學(xué)生為中心，按照經(jīng)經(jīng)典型作業(yè)任務(wù)和作業(yè)過程，設(shè)計新的課程體系和內(nèi)容，按照作業(yè)過程的順序和學(xué)生自主學(xué)習(xí)掌控把握的要求實行教學(xué)設(shè)計和安排教學(xué)活動，完成課程課程理論教學(xué)與實踐教學(xué)融通合一，能力培養(yǎng)與作業(yè)崗位對接合一，使實習(xí)與頂崗作業(yè)學(xué)做合一，最終培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)能力、方法能力和社會能力。
基于目前對專業(yè)的全新建造設(shè)計，集合現(xiàn)有基礎(chǔ)和未來發(fā)展思路與目標(biāo)，上海-公司在本次規(guī)劃貴校工業(yè)機器人系列實驗基地和實驗裝備建造設(shè)計方面，將全面集合學(xué)校開設(shè)的專業(yè)，以適用教學(xué)實驗，考核鑒定為基礎(chǔ)，重點突出功能，把握建造設(shè)計檔次，體現(xiàn)技術(shù)水平，力求完成適度超前的規(guī)劃原則。
第二章：建造設(shè)計目標(biāo)
集合學(xué)院當(dāng)前和未來的發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)，本次規(guī)劃設(shè)計的工業(yè)機器人技能技能作業(yè)室能達(dá)到以下目標(biāo)：
--具備能夠適用各專業(yè)教學(xué)實驗的基礎(chǔ)技能、綜合技能、創(chuàng)新技能，以及中級、高級、技師、高級技師的職業(yè)資格和人才培養(yǎng)的需求。
--具備能夠適用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)并緊密集合先進(jìn)制造業(yè)技術(shù)發(fā)展的新工序技藝、新知識、新技能、新任務(wù)的需求。
--具備能夠適用緊缺人才培訓(xùn)，高技能人才培訓(xùn)，農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移培訓(xùn)，退役士兵培訓(xùn)，職業(yè)能力變換培訓(xùn)等綜合培訓(xùn)、鑒定的需求。
--具備能夠適用國家骨干師資培訓(xùn)，一體化教學(xué)師資培訓(xùn)及其他雙師型師資培訓(xùn)等綜合性師資培訓(xùn)的需求。
--具備能夠適用開展教學(xué)研討，開展競技比賽，開展學(xué)術(shù)交流ACAC，開展課程改革等等需要的多功能綜合性基地的需求。
規(guī)劃設(shè)計的一體化機電專業(yè)、電氣和自動化專業(yè)、工業(yè)自動化專業(yè)實驗基地的實驗裝備,本著實用性，實操性，職業(yè)性，綜合性為出發(fā)點，其技術(shù)優(yōu)勢如下：
技術(shù)的先進(jìn)性 整套方案體現(xiàn)出現(xiàn)代制造業(yè)領(lǐng)域中所含有的plc控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)等先進(jìn)控制理念及管理系統(tǒng)。
技術(shù)的前瞻性 本套方案在基于現(xiàn)代控制理念的基礎(chǔ)上，突出體現(xiàn)現(xiàn)代制造業(yè)前沿科技的應(yīng)知點及應(yīng)會點，如工業(yè)機器人控制技術(shù)，智能監(jiān)控技術(shù)等。
技術(shù)的綜合性 包括了光、機、電、氣、液、互聯(lián)網(wǎng)通信、數(shù)字控制等綜合技術(shù)的應(yīng)用，完全覆蓋現(xiàn)有機電專業(yè)教學(xué)大綱及流行教學(xué)資料及實訓(xùn)指導(dǎo)書的實訓(xùn)內(nèi)容。
技術(shù)的職業(yè)性 方案所涉及的實訓(xùn)內(nèi)容，在適用機電專業(yè)教學(xué)的前提下，集合相關(guān)工種的國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，既能實行培實訓(xùn)習(xí)又能用來鑒定考核。
技術(shù)的可實操性 實訓(xùn)載體體現(xiàn)高起點、高科技、高技能的特別點，該套方案配備裝備了完整系統(tǒng)的解決措施，具備配套的課程體系、教學(xué)大綱、實訓(xùn)教學(xué)資料及實訓(xùn)指導(dǎo)書及長期平穩(wěn)的師資培訓(xùn)計劃。
技術(shù)的兼容性 該方案的技術(shù)來源于生產(chǎn)實際，不但能夠用來教學(xué)實訓(xùn)，還能實行與生產(chǎn)實際相關(guān)的經(jīng)經(jīng)典型作業(yè)任務(wù)，使學(xué)校實驗與生產(chǎn)實際零距離接軌。

一、 技術(shù)功能要求
1. 寫入電源：一相220V±10% 50Hz
2. 作業(yè)環(huán)境：溫度（℃）-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃) 海拔≤4000m
3. 裝置容量（KV）：≤1kVA
4. 重量（kg）：100kg左右
5. 外觀尺寸：約1300mm×1200mm×750mm
6. 臺面平鋪2020歐標(biāo)工業(yè)鋁材、右側(cè)臺面鋪400×1000mm軟絕緣膠墊，中部抽拉式電氣接線板。
7. 安全保護(hù)：設(shè)定有漏電壓（V）、漏電流（A）保護(hù)裝置，安全符合國家標(biāo)準(zhǔn)
二、基礎(chǔ)配備及功能要求
★1、實驗裝置含有概括電氣接線模型塊、上料模型塊、輸送線模型塊、視覺識別模型塊、三維（3D）模組控制模型塊、稱重模型塊、RFID設(shè)備溯源模型塊、物料擺放模型塊、小車動作控制模型塊、溫控箱變頻控溫模型塊。提供符合上述要求的裝置整體設(shè)計效果圖。
2、以上模型塊對應(yīng)以下單元：PLC單元、485通信單元、工業(yè)視覺識別單元、RFID設(shè)備溯源單元、氣動控制基礎(chǔ)單元、變頻調(diào)節(jié)速度單元、觸摸屏單元、以太網(wǎng)交換機、伺服系統(tǒng)控制單元等構(gòu)成、溫度（℃）檢驗測試變送單元。
2.1 PLC單元 西門子主機1214C
（1）包括電源，可作為寬界限交流ACAC或直線DC電源(85~ 264VAC或24V DC)
（2）包括的24 V編碼器/負(fù)載電流（A）源:
（3）用來直接連接傳感器和編碼器。帶有400 mA輸出電流（A），它也可用作負(fù)載電源。
（4）14點包括24V直線DC數(shù)字量寫入(漏電流（A）/源電流（A）(IEC 1型漏電流（A）) )。
（5）10點包括數(shù)字量輸出，24 V直線DC或繼電器。
（6）2點包括模仿量寫入0~ 10 V。
（7）2點包括模仿量輸出0~20mA。
（8）4點脈沖輸出(PTO), 頻率高100 kHz。
（9）脈沖寬度調(diào)制輸出(PWM),頻率高100 kHz。
（10）不少于2個包括以太網(wǎng)連接口(TCP/IP native、 ISO-on-TCP) 。
（11）不少于6個快速計數(shù)器(3個大頻率為100 kHz; 3個大頻率為30 kHz) ，帶有可功能數(shù)值化
（12）中斷寫入:對過程信號的上升沿或下降沿作出極高速響應(yīng)
（13）全部模型塊上均為可拆卸的端子。
14）含一個拓展模型塊。
視覺識別單元
一、基礎(chǔ)要求：
1、工業(yè)視覺檢驗測試系統(tǒng)含有概括相機、鏡頭、處置整理系統(tǒng)、光源等構(gòu)成。工業(yè)視覺檢驗測試系統(tǒng)放置在輸送線一測，對工件實行顏色，尺寸，標(biāo)識等信息檢驗測試。
2、檢驗測試成果經(jīng)過總控通訊，為后續(xù)擺放等作業(yè)做好準(zhǔn)備。
3、具體功能數(shù)值：1/3" CMOS 成像儀:彩色；S連接口/M12鏡頭: 8 mm； 成像模式: 640×480；光源: 白色漫射LED環(huán)形燈；通信和I/O: EtherNet/IP、PROFINET、SLMP、SLMP掃描儀、Modbus TCP、TCP/IP、RS-232；防護(hù)等級: IP65防護(hù)級外殼；作業(yè)電源: 24 VDC ±10%，照明開啟時，最大功率（W）：48 W (2.0 A)；作業(yè)溫度（℃）: 0°C to 40°C (32°F to 104°F)；電源電壓（V）：+24 VDC（22-26 VDC），電流（A）：最大500mA。
4、鏡頭：與上述參照對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)配備。
5、連接電纜與支撐架
二、系統(tǒng)要求
1、系統(tǒng)可實行曝光時間，白平衡設(shè)定。
c.實行四點相機標(biāo)定，能快速讀取標(biāo)定模板的像素值，可獲取對應(yīng)的位置值。
2、可實行日志顯露，并可以清楚歷史日志。
3、可實行至少8個模板匹配，即觸發(fā)1次拍照，匹配模板1，模板1匹配成功，發(fā)出模板1數(shù)值；若模板1未能匹配成功，視覺返回s1,0,0,0數(shù)值給機器人，機器人發(fā)命令繼續(xù)匹配模板；
f.可實行發(fā)送可接收數(shù)值顯露。
4、系統(tǒng)輸出4個數(shù)值：類型、X、Y、旋轉(zhuǎn)量
h.支持測繪制作的模板可以實行集合運算；
i.測繪制作模板可以使用長方形，圓形，自由測繪制作等方法實行測繪制作模板；
5、在機器人視覺系統(tǒng)系統(tǒng)中，拍照的圖像可以自由的拖動及放大；
k.支持就地實時收集及單單獨拍照；
6、在機器人視覺系統(tǒng)系統(tǒng)中，有紅色十字光標(biāo)便利裝配調(diào)動相機位置。
3、RFID識別單元：RFID射頻單元帶包括天線的方型讀寫器（RS422）；50×50×30 mm（L×D×H）
標(biāo)簽使用螺紋式小尺寸標(biāo)簽。
4. 觸摸屏單元（步科品牌）
4.1顯露模型塊：≥7"TFT
4.2顯露色彩：≥65536彩色
4.3分辨率：≥800×480像素
4.4背光類型：≥LED 亮 度 300cd/m2
4.5液晶壽命: ≥50000小時
4.6觸控操作面板:4線精密電阻互聯(lián)網(wǎng)（表面硬度不低于4H）
4.7CPU: ≥800MHz RISC
4.8存儲器: ≥128MB閃存+64MB 內(nèi)部存儲 RTC
4.9通訊連接口:COM0:RS485-2W/4W, RS232; COM2: RS232
5. 以太網(wǎng)交換機：
5.1以太網(wǎng)交換機應(yīng)用非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng) 100MBIT/S交換機，自帶5個雙絞線端口，RJ45 連接口；
5.2用來組建小型星形和總線形拓?fù)錁?gòu)造；自帶LED診斷顯露，供電電源DC 24V 。
5.3不低于IEC/EN 61000-4工業(yè)級防護(hù)，不低于IP30防護(hù)，9.6-60VDC三冗余電源寫入，多重保護(hù)。
6. 變頻調(diào)節(jié)速度單元：
6.1一相220V供電，輸出功率（W）0.37KW。
6.2包括RS-485通訊連接口，提供實操操作面板；
6.3設(shè)定有線性V/F控制、平方V/F控制、可編程多點設(shè)定V/F控制，磁通電流（A）控制、直線DC轉(zhuǎn)矩控制；
6.4包括4路數(shù)字量寫入，2路模仿量寫入；
6.5具備過電壓（V）、欠電壓（V）保護(hù)，變頻器、電機過熱保護(hù)，短路保護(hù)等。
7. 小車動作控制單元：主要采用動作小車（直線DC電機驅(qū)動）、同步帶輪傳動機構(gòu)、直線DC電機、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、行程開關(guān)等構(gòu)成，經(jīng)過傳感檢驗測試、PLC編程，完成動作距離測量、傳動控制、鍵值優(yōu)化對比行走控制、定向控制、報警運行控制、點動控制等，能完成小車的精確定位。該系統(tǒng)外觀精美，體積緊湊，重量（kg）輕。提供符合上述功能的小車動作控制單元設(shè)計效果圖。
8. 三維（3D）模組控制單元：
8.1三維（3D）絲桿或同步帶控制單元主要采用伺服驅(qū)動和步進(jìn)驅(qū)動構(gòu)成。
8.2伺服驅(qū)動用來控制X軸，應(yīng)用交流ACAC伺服驅(qū)動，作業(yè)電壓（V）AC220V，輸出功率（W）200W。
8.3應(yīng)用數(shù)字信號處置整理器（DSP）作為控制核心，智能功率（W）模型塊（IPM） 內(nèi)部包括了驅(qū)動電子回路,同時設(shè)定有過電壓（V）、過電流（A）、過熱、欠壓等故障檢驗測試保護(hù)電子回路，設(shè)定有較強的溫度（℃）、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強的抗干擾的能力。
8.4支持位置、速度和力矩三種方法對伺服馬達(dá)實行控制。
8.5步進(jìn)電機驅(qū)動用來控制Y軸，應(yīng)用交流ACAC伺服驅(qū)動，作業(yè)電壓（V）DC24V，輸出功率（W）>=30W；
8.6內(nèi)部包括控制電子回路和功率（W）電子回路，設(shè)定有自檢線圈和短路保護(hù)等功能。
9. 溫控箱變頻控溫模型塊：加熱板通電加熱，溫度（℃）變送器檢驗測試加熱板到達(dá)一定溫度（℃）后，PLC控制系統(tǒng)控制臺達(dá)變頻器使電機旋轉(zhuǎn)，帶動扇葉加強空氣流動，快速散熱，使箱內(nèi)環(huán)境溫度（℃）平穩(wěn)。。
10.溫變變送器。
10.1二線制輸出，無需補償實驗連接線；
10.2要求溫變變送器構(gòu)造簡便裝配便利，使用壽命≥10000次；
10.3構(gòu)造簡便，合理裝配便利；小型化，安全可靠，使用壽命長；
10.4插頭式溫度（℃）變送器，測量范圍0-100OC，電源24VDC，輸出0-10V。
11.加熱器：作業(yè)電壓（V）AC220V、持續(xù)功率（W）30W-150W、外殼材料鋁制、尺寸不大于160*100。
12. 伺服系統(tǒng)控制單元：寫入電源一相或三相AC220V，-15~+10%，50/60HZ，調(diào)節(jié)速度比1：5000，脈沖頻率<500KHZ,控制寫入：伺服使能、報警復(fù)位、緊急停止、指令脈沖禁止、脈沖偏差清除、零件速鉗位、正向行程限位、反向行程限位、內(nèi)部速度選用1等。控制輸出：伺服準(zhǔn)備好、定位完成、零偏差、零速度、報警檢出、緊急停止檢出，
13.稱物體重量（kg）或壓力并觸摸屏顯露重量（kg）值：稱重傳感器、重量（kg）變送器、稱重不銹鋼承重板，可稱重0-10KG。
三、實驗項目
1. PLC認(rèn)識實驗（軟硬件構(gòu)造、系統(tǒng)構(gòu)成、基礎(chǔ)指令、接線、編程下載等）
(一).PLC虛擬控制應(yīng)用實驗
1. 數(shù)碼顯露控制
2. 搶答器控制
3. 天塔之光控制
4. 音樂噴泉控制
5. 十字路口交通燈控制
6. 水塔水位控制
7. 自動送料裝車系統(tǒng)控制
8. 四節(jié)傳送帶控制
9. 裝配流水線控制
10. 多種液體混合裝置控制
11. 自動洗衣機控制
12. 貨物分揀機控制
13. 自動售貨機控制
(二).PLC實物控制應(yīng)用實驗
14. 視覺識別控制
15. RFID控制
16. 長度定長控制
17. 稱重控制
18. 氣動基礎(chǔ)線路控制
19. 直線動作位置檢驗測試、定位控制
20. 步進(jìn)電機定位控制
21. 步進(jìn)電機的速度控制
22. 步進(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)控制
23. 伺服電機定位控制
24. 伺服電機的速度控制
25. 伺服電機的正反轉(zhuǎn)控制
26. 伺服電機和步進(jìn)電機的綜合控制
(三).PLC、變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用技能實驗
27. 變頻器功能功能數(shù)值設(shè)定與實操
28. 外部端子點動控制
29. 變頻器控制電機正反轉(zhuǎn)
30. 多段速度選用變頻調(diào)節(jié)速度
31. 變頻器無級調(diào)節(jié)速度
32. 外部模仿量方法的變頻調(diào)節(jié)速度控制
33. 基于PLC的變頻器外部端子的電機正反轉(zhuǎn)控制
34. 基于PLC模仿量方法變頻開環(huán)/閉環(huán)調(diào)節(jié)速度控制
35. 基于PLC通信方法的變頻開環(huán)調(diào)節(jié)速度
36. 基于觸摸屏控制方法的基礎(chǔ)指令編程練習(xí)
37. 基于觸摸屏控制方法的數(shù)碼顯露控制
(四).組網(wǎng)通訊綜合實驗
38. PLC與變頻器RS485通訊實驗
39. PLC、觸摸屏與變頻器通信控制
40. PLC主機之間PROFINET通訊實驗
41. PLC、變頻器、觸摸屏組網(wǎng)綜合應(yīng)用實驗
42、PLC與RFID通訊控制
43、PLC與工業(yè)相機通訊