SBKJ-SXA工业4.0智能控制实训台
第一章：建设背景
工业4.0智能控制实训台,随着中国版"工业4.0"《中国制造2025》的出台,基于信息物理系统的智能装备、基于工业机器人的智能工厂等智能制造正在引领制造方式的变革。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,促进制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监测和自适应控制。
为了适应国家对高端智能制造设备所需要的高技能人才的培养,上海硕博科科教设备有限公司经多方调研及深度校企合作研发出系列工业机器人应用与维护专业实训考核系统设备。该系统符合"四个定位"：即职业技能竞赛的定位；技能培训与鉴定的定位；做一体化教学改革的定位；符合高技能人才培训基地的定位。并符合国家对"关于进一步深化中等职业教育教学改革的若干意见"的文件精神,紧紧围绕以国家职业标准为依据,以综合职业能力培养为目标,以典型工作任务为载体,以学生为中心,根据典型工作任务和工作过程,设计新的课程体系和内容,按照工作过程的顺序和学生自主学习的要求进行教学设计和安排教学活动,实现理论教学与实践教学融通合一,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,最终培养学生的技术能力、方法能力和社会能力。
基于目前对专业的全新建设,结合现有基础和未来发展思路与目标,硕博公司在本次规划贵校工业机器人系列实训基地和实训装备建设方面,将全面结合学校开设的专业,以满足教学实训,考核鉴定为基础,重点突出功能,把握建设档次,体现技术水平,力求实现适度超前的规划原则。
第二章：建设目标
结合学院当前和未来的发展规划目标,本次规划设计的工业机器人技能技能工作室能达到以下目标：
--具备能够满足各专业教学实训的基本技能、综合技能、创新技能,以及中级、高级、技师、高级技师的职业资格和人才培养的需求。
--具备能够满足现代先进技术并紧密结合先进制造业技术发展的新工艺、新知识、新技能、新任务的需求。
--具备能够满足紧缺人才培训,高技能人才培训,农村劳动力转移培训,退役士兵培训,职业能力转换培训等综合培训、鉴定的需求。
--具备能够满足国家骨干师资培训,一体化教学师资培训及其他双师型师资培训等综合性师资培训的需求。
--具备能够满足开展教学研讨,开展技能竞赛,开展学术交流,开展课程改革等等需要的多功能综合性基地的需求。
规划设计的一体化机电专业、电气和自动化专业、工业自动化专业实训基地的实训装备,本着实用性,实操性,职业性,综合性为出发点,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、网络通信技术等先进控制理念及管理系统。
技术的前瞻性 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及应会点,如工业机器人控制技术,智能监控技术等。
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,结合相关工种的国家职业标准,既能进行培训练习又能用于鉴定考核。
技术的可操作性 训练载体体现高起点、高科技、高技能的特点,该套方案配备了完整系统的解决措施,具备配套的课程体系、教学大纲、训练教材及长期稳定的师资培训计划。
技术的兼容性 该方案的技术来源于生产实际,不但能够用于教学训练,还能进行与生产实际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.输入电源：单相220V±10% 50Hz
2.工作环境：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
5.外形尺寸：约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、工业视觉识别单元、RFID产品溯源单元、气动控制基本单元、变频调速单元、触摸屏单元、以太网交换机、伺服系统控制单元等组成、温度检测变送单元。
2.1? PLC单元 西门子主机1214C
（1）集成电源,可作为宽范围交流或直流电源(85~ 264VAC或24V DC)
（2）集成的24 V编码器/负载电流源:
（3）用于直接连接传感器和编码器。带有400 mA输出电流,它也可用作负载电源。
（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2个集成以太网接口(TCP/IP native、ISO-on-TCP)。
（11）不少于6个快速计数器(3个大频率为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
（13）所有模块上均为可拆卸的端子。
14）含一个拓展模块。
视觉识别单元
一、基本要求：
1、工业视觉检测系统包括相机、镜头、处理软件、光源等组成。工业视觉检测系统放置在输送线一测,对工件进行颜色,尺寸,标识等信息检测。
2、检测结果通过总控通讯,为后续摆放等作业做好准备。
3、具体参数：1/3" CMOS成像仪:彩色；S接口/M12镜头: 8 mm； 成像模式: 640×480；光源:白色漫射LED环形灯；通信和I/O: EtherNet/IP、PROFINET、SLMP、SLMP扫描仪、Modbus TCP、TCP/IP、RS-232；防护等级: IP65防护级外壳；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、软件要求
1、软件可进行曝光时间,白平衡设置。
c.进行四点相机标定,能快速读取标定模板的像素值,可获取对应的位置值。
2、可进行日志显示,并可以清楚历史日志。
3、可进行至少8个模板匹配,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.可进行发送可接收数据显示。
4、软件输出4个数据：类型、X、Y、旋转量
h.支持绘制的模板可以进行集合运算；
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；
5、在机器人视觉系统软件中,拍照的图像可以自由的拖动及放大；
k.支持实时采集及单独拍照；
6、在机器人视觉系统软件中,有红色十字光标方便安装调节相机位置。
3、RFID识别单元：RFID射频单元带集成天线的方型读写器（RS422）；50×50×30 mm（L×D×H）
标签使用螺纹式小尺寸标签。
4.触摸屏单元（步科品牌）
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.以太网交换机：
5.1以太网交换机采用非网管型工业以太网100MBIT/S交换机,自带5个双绞线端口,RJ45接口；
5.2用于构建小型星形和总线形拓扑结构；自带LED诊断显示,供电电源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路模拟量输入；
6.5具备过电压、欠电压保护,变频器、电机过热保护,短路保护等。
7.小车运动控制单元：主要由运动小车（直流电机驱动）、同步带轮传动机构、直流电机、光电传感器、电感式传感器、电容式传感器、行程开关等组成,通过传感检测、PLC编程,实现运动距离测量、传动控制、键值优化比较行走控制、定向控制、报警运行控制、点动控制等,能实现小车的精确定位。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。
8.三维模组控制单元：
8.1三维丝杆或同步带控制单元主要由伺服驱动和步进驱动组成。
8.2伺服驱动用于控制X轴,采用交流伺服驱动,工作电压AC220V,输出功率200W。
8.3采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心,智能功率模块（IPM） 内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。
8.4支持位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制。
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路,具有自检线圈和短路保护等功能。
9.温控箱变频控温模块：加热板通电加热,温度变送器检测加热板到达一定温度后,PLC控制系统控制台达变频器使电机旋转,带动扇叶加强空气流动,快速散热,使箱内环境温度稳定。。
10.温变变送器。
10.1二线制输出,无需补偿导线；
10.2要求温变变送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；
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：工作电压AC220V、持续功率30W-150W、外壳材质铝合金、尺寸不大于160*100。
12.伺服系统控制单元：输入电源单相或三相AC220V,-15~+10%,50/60HZ,调速比1：5000,脉冲频率<500KHZ,控制输入：伺服使能、报警复位、紧急停止、指令脉冲禁止、脉冲偏差清除、零件速钳位、正向行程限位、反向行程限位、内部速度选择1等。控制输出：伺服准备好、定位完成、零偏差、零速度、报警检出、紧急停止检出,
13.称物体重量或压力并触摸屏显示重量值：称重传感器、重量变送器、称重不锈钢承重板,可称重0-10KG。
三、实训项目
1.PLC认知实训（软硬件结构、系统组成、基本指令、接线、编程下载等）
(一).PLC虚拟控制应用实训
1.数码显示控制
2.抢答器控制
3.天塔之光控制
4.音乐喷泉控制
5.十字路口交通灯控制
6.水塔水位控制
7.自动送料装车系统控制
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
12.货物分拣机控制
13.自动售货机控制
(二).PLC实物控制应用实训
14.视觉识别控制
15.RFID控制
16.长度定长控制
17.称重控制
18.气动基本回路控制
19.直线运动位置检测、定位控制
20.步进电机定位控制
21.步进电机的速度控制
22.步进电机的正反转控制
23.伺服电机定位控制
24.伺服电机的速度控制
25.伺服电机的正反转控制
26.伺服电机和步进电机的综合控制
(三).PLC、变频器、触摸屏综合应用技能实训
27.变频器功能参数设置与操作
28.外部端子点动控制
29.变频器控制电机正反转
30.多段速度选择变频调速
31.变频器无级调速
32.外部模拟量方式的变频调速控制
33.基于PLC的变频器外部端子的电机正反转控制
34.基于PLC模拟量方式变频开环/闭环调速控制
35.基于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.基于触摸屏控制方式的数码显示控制
(四).网络通讯综合实训
38.PLC与变频器RS485通讯实训
39.PLC、触摸屏与变频器通信控制
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与工业相机通讯
