工业网络智能控制与维护实训考核装置,工业网络实训台

一、产品概述
工业网络智能控制与维护实训考核装置、工业网络智能控制与维护实训台、工业网络平台（触摸屏、主控PLC、工业交换机等)智能控制平台（电气控制系统、触摸屏、伺服驱动器、步进驱动器、视觉模块、远程I/0等)、云平台系统、数字化孪生软件。
工业网络智能控制与维护实训装置是根据人力资源和社会保障部制定的"可编程序控制系统设计师"培训及国家职业标准考核大纲内容，适当增加新技术，按照职业教育培训、职业技能鉴定和实训教学要求而研制的。适合职业院校、职业培训学校、职教中心、鉴定站/所对可编程序控制系统设计师的四、三、二级开展培训及技能鉴定。
工业网络智能控制与维护实训考核装置

参考图（以实物为准）
二、研发背景
1. 该装置是根据人力资源和社会保障部制定的"可编程序控制系统设计师"培训及国家职业标准考核大纲内容，适当增加新技术，按照职业教育培训、职业技能鉴定和实训教学要求而研制的。
2. 工业迅速发展处理器要求不断提高，教学需要与时俱进设备要不断升级，而教学还需要从基础学起，同时满足需要实验室建设重复会导致浪费资金和实验室空间。
3. 一个产品需要多种加工工艺，导致工业现场设备错纵复杂，一个主机不能完成所有工作，需要多个站点进行相互配合完成。
4. 不同层次的考核需要不同设备，不能有机的进行结合，有些实训完成后无法进行考量检查学生的接受程度。
三、装置特色
1. 实训建设理念为一次性建设，本设备采用通用型宽展口，所有主机的I/O口都可通过扩展口引出，可以用于插接式训练，也可进行线接式实操训练；还设有两块可拆卸的网孔板可对不同层次的学生进行考核。
2. 在主机选型方面由小型ET200系列PLC到中型S7-1200系列PLC再到大型S7-1500系列PLC，全面覆盖了西门子常用PLC类型，主机可以通过并口连接到实训区进行实训，可从基础小型PLC开始学起，再到中型PIC,最后到大型PLC，由简到繁的学习理念让学生容易接受，学习起来更加得心应手。
3. 采用模块组合式结构，含开关量、模拟量、变频调速、触摸屏、通信模块等，配套MCGS工控组态监控软件，实现仿真化、信息化实训教学。
4. 项目实训模块：利用目前典型的可编程控制器及总线技术完成对工业生产中典型案例的模拟对象、实物模型中的逻辑、模拟、过程、运动等的控制。
5. 仿真实训教学：通过虚拟环境实时显示PLC运行状态，模拟工业现场控制，可以进行编程训练、程序编写测试等功能。
6. 模块化网络系统：网络结构主要由西门子主机S7-1500、S7-1200、ET200SP构成，根据工业中西门子PLC应用历程构建了一个工业网络，网络通讯涉及PROFINET通讯、以太网通等多层网络通讯。
四、技术性能
1. 输入电源：三相四线（或三相五线）～380V±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：＜0.5kVA
4. 重量：100kg
5. 外形尺寸：1780mm×730mm×1460mm
6. 安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准
五、基本配置及功能
实训装置由S7-1500单元、S7-1200单元、ET200SP单元、变频调速单元、小车运动控制单元、实训组件、电工基础实训单元二维丝杆控制单元、触摸屏单元、以太网交换机、交流电机等组成。
1. S7-1200单元
S7-1200单元主要由主机1215C和信号转接板组成。
主机1215C,125 KB 工作存储器；24VDC 电源，板载 DI14 x 24VDC 漏型/源型，板载 DQ10 x 24VDC 及 AI2 和 AQ2；板载 6 个高速计数器和 4 个脉冲输出；信号板扩展板载 I/O；多达 3 个用于串行通信的通信模块；多达 8 个用于 I/O 扩展的信号模块；0.04 ms/1000 条指令；2 个 PROFINET 端口，用于编程、HMI 和 PLC 间数据通信
3. ET200单元
带工作存储器的 CPU（代码 100 KB，数据 750 KB）；位指令执行时间 72 ns；4 级防护机制，工艺功能：运动控制、闭环控制、计数与测量，跟踪；PROFINET IO 控制器，支持 RT/IRT，性能升级 PROFINET V2.3，3 个端口，智能设备，MRP，MRPD，传输协议 TCP/IP，安全开放式用户通信，S7 通信，Web 服务器，DNS 客户端，OPC UA 服务器数据访问，恒定总线循环时间，路由；运行时选项；
2. S7-200SAMRT单元
S7-200SMART单元主要由主机ST40和信号转接板组成。
ST40DC/DC/DC 12 KB 程序存储器/8 KB 数据存储器;24点输入/16 点输出;3路，100 kHz,集成一个RS485接口,一个以外网口,提供一个EM AM03模拟量模块(2路模拟量输入1路模拟量输出)。
3. ET200单元
带工作存储器的 CPU（代码 100 KB，数据 750 KB）；位指令执行时间 72 ns；4 级防护机制，工艺功能：运动控制、闭环控制、计数与测量，跟踪；PROFINET IO 控制器，支持 RT/IRT，性能升级 PROFINET V2.3，3 个端口，智能设备，MRP，MRPD，传输协议 TCP/IP，安全开放式用户通信，S7 通信，Web 服务器，DNS 客户端，OPC UA 服务器数据访问，恒定总线循环时间，路由；运行时选项；
4. 触摸屏单元
触摸屏单元采用西门子KTP700 Basic 7寸彩色触摸屏，用于1500主机以太网通讯，控制和显示各单元的运行状态。
5. 以太网交换机
以太网交换机采用非网管型工业以太网10/100MBIT/S交换机，自带5个双绞线端口，RJ45 接口；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 。
6. 变频调速单元
变频调速单元采用西门子SINAMICS 系列G120C变频器，三相380V供电，输出功率0.55KW。集成PROFINET通讯接口，提供BOP操作面板；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；集成12路数字量输入，8路模拟量输入；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. 实训组件
实训组件主要由电源挂箱虚实结合挂箱，挂箱区域采用开放式结构可根据需求增加不同挂箱。
电源挂箱提供AC380V、AC220V、DC24V电源，为实训挂箱和电机实训单元提供动力源；设有启动停止按钮，各相电源工作指示，具有过流、过压、短路等保护。
8. 二维丝杆控制单元
二维丝杆控制单元主要由伺服驱动和步进驱动组成。
伺服驱动用于控制Y轴丝杆，采用交流伺服驱动，工作电压AC220V，输出功率200W。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；支持位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制。
步进驱动用于控制X轴丝杆，采用步进驱动，工作电压DC24V，输出功率35W；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. 电工基础实训单元
电工基础实训单元主要由交流接触器、中间继电器、时间继电器、按钮等组成，用于电机正反转、星三角转换、启停自锁等实训。
10. 视觉识别单元
六、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、600 万像素 1/1.8" CMOS 千兆以太网工业面阵相机，传感器类型CMOS、卷帘快门，传感器型号 Sony IMX178，像元尺寸 2.4 ?m × 2.4 m，靶面尺寸 1/1.8"，分辨率 3072 × 2048，动态范围 71.3 dB，曝光时间 25 μs ~ 2.5 sec，快门模式支持自动曝光、手动曝光、一键曝光模式，支持 Global Reset 和 Trigger Rolling功能，像素格式Mono 8/10/12 Bayer RG 8/10/10Packed/12/12Packed YUV422Packed，YUV422_YUYV_Packed RGB 8，BGR 8，数据接口 Gigabit Ethernet（1000Mbit/s）兼容 Fast Ethernet（100Mbit/s），数字 I/O 6-pin P7接头提供供电和 I/O：1路光耦隔离输入（Line0），1路光耦隔离输出（Line1），
1 路双向可配置非隔离 I/O（Line2）
4、镜头：镜头接口 C-Mount 外形尺寸 29 mm × 29 mm × 42 mm
5、连接电缆与支架
七、软件要求
1、软件可进行曝光时间，白平衡设置。
2.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。
3、可进行日志显示，并可以清楚历史日志。
4、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；
5.可进行发送可接收数据显示。
6、软件输出4个数据：类型、X、Y、旋转量
7.支持绘制的模板可以进行集合运算；
8.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；
9、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；
10.支持实时采集及单独拍照；
10.实验室智慧用电安全控制系统功能要求
智能电源管理系统具有过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定7大保护功能；电源具有一键锁定功能，处理故障时，防止漏电保护器合闸，造成触电危险；电源具有故障锁定功能，发生故障导致跳闸时，不能人为上电，只能通过远程清除故障后，才能上电成功；能通过无线4G和有线以太网与手机APP和PC端云平台通讯，没有网络的情况下，教室整套智能电源管理系统可离线独立运行。
1）、智能终端：智能电源管理系统以32位ARM为核心，采用4.3寸彩色触摸屏为人机交互界面，实时监控设备运行情况，提供Zigbee、CAN等多种通信模式，具备语音播报功能。能实时监测三相电压、电流、功率，功率因数、频率、电能等参数，液晶触摸屏监测数值。能监控实验室电源的故障类型和故障次数；设备时间管理包含年月日时间的显示；用户通过刷卡方式请求开启设备，PC端进行授权之后，设备可启动使用，PC端可分时预约设备的启动和停止！
2）、手机APP：用电状态界面实时显示当前电压、电流、有无功功率、电能、设备温度、漏电电流值等；用电数据界面能智能查找近2年用电数据，设置界面能设置限定电能值、负载值、设备超温值、过欠压值、过欠压恢复时间值等。后台查看报警日志、操作日志、故障日志等。控制：可在微信小程序中远程控制智能开关的通断。
3）、PC端软件：每个设备状态信息显示，具有多个子界面，具有故障分析，用电能效分析、集中管理、个人中心资料管理、用户报警定位跟踪与信息统计；具有管理员信息修改与权限管理等功能。可一键开启和关闭所有设备，可单独控制每台设备的开关！
4）、后台系统：包含账号管理、设备管理、报修管理、用户管理，设备管理：
①、包含监控管理：实时视频监控每个教室，可一键预览所有设备的在线和运行情况，分析设备使用率及运行时间！
②、包含设备节点：可显示设备所在位置、编码名称、挂载情况、用户编辑、用户查询等。
5）、报修管理：用户可进行远程报修，反应设备故障信息，编辑报修情况，后台可进行远程维护，及时跟进，以有效解决用户设备维护。
6）、用户管理：可连通手机号，对账户进行一对一的安全加密，实名认证，防止账户泄密、防盗，现场数据连接云平台后台数据库管理。
现场需对功能逐一演示，提供有效、权威的证明文件，佐证该产品的可靠、安全、先进性。
11.逻辑编程控制对象
1套信号模拟，包含的模拟器件提供真实的模拟量信号和开关量信号，能够模拟工业现场的设备运行状态。包括：
1)2个电压表，测量AQ输出电压。
2)2个直滑电阻，提供0~12V 直流电压信号。
3)8路开关和8路LED显示。
配套教学使用的对象卡，包括：交通灯、自控成型、洗衣机、天塔之光、机械手、自控售货机、装配流水线、抢答器、音乐喷泉、自控轧钢机、邮件分拣机、四节传送带、物料分拣、多种液体混合、加工中心、电镀生产线、电机控制、运料小车控制、搅拌器控制、汽车灯光控制、采用配方形式进行各种实验，可以任意扩展实训内容，采用通用底盒加卡片式设计，内置三基色LED灯、开关、安全接插柱，所有I/O口均开放出来。
12.三相交流电机
交流额定电压380V/△接法，转速1400转/min，功率40W，频率50HZ，绝缘等级E级。
八、可实验内容：
1、PLC基本逻辑控制实验
2、PLC模拟量控制实验
3、交通灯
4、自控成型
5、洗衣机
6、天塔之光
7、机械手
8、自控售货机
9、装配流水线
10、抢答器
11、音乐喷泉
12、自控轧钢机
13、邮件分拣机
14、四节传送带
15、物料分拣
16、多种液体混合
17、三轴加工中心
18、电镀生产线
19、电机控制
20、运料小车控制
21、搅拌器控制
22、汽车灯光控制
23、汽车火花塞控制
24、隧道风机控制
25、三层电梯控制
26、艺术彩灯控制
27、LED数码管控制
28、伺服电机参数设置
29、伺服电机的位置控制
30、伺服电机的速度控制
31、伺服电机转矩控制
32、步进电机参数设置
33、步进电机位置控制
34、步进电机速度控制
35、单轴运动控制
36、双轴运动控制
37、变频器参数设置
38、变频器BOP控制
39、变频器点动控制
40、变频器连续控制
41、变频器外部端子控制
42、变频器外部模拟量控制
43、PLC控制三相异步电机的点动控制
44、PLC控制三相异步电机自锁控制
45、PLC控制三相异步电机的正反转控制
46、PLC控制三相异步电机的星三角控制
47、触摸屏的通讯控制
48、触摸屏画面编辑实验
49、触摸屏上载下载实验
50、触摸屏与PLC通讯实验
51、PLC与伺服电机通讯控制实验
52、PLC与变频器通讯控制实验
53、PLC与PLC通讯控制实验
54、触摸屏、PLC、变频器网络控制实验
55、触摸屏、PLC、伺服电机网络控制实验
56、触摸屏、PLC、ET200网络控制实验
57、触摸屏、PLC、伺服电机、变频器、ET200综合网络控制实验
58、视觉系统认知
59、视觉检测系统传感器、光源选型、安装、调试实训
60、视觉图像输人编辑与调试
61、视觉结果给出编辑与调试
62、视觉分拣画像检测系统应用综合实训
九、工业网络智能控制与维护实训台主要配置清单

序号	品名	规格（mm）	数量	单位
1	ET200SP	6ES7 155-6AR00-0AN0	1	个
2	S7-200SAMRT	ST40	1	个
3	1215 CPU	6ES7215-1AG40-0XB0	1	个
4	V90 Profinet通讯	400W，单相220V	1	个
5	G120C		1	个
6	触摸屏	KTP700 BAISIC PN	1	个
7	BOP-2	6SL3255-0AA00-4CA1	1	个
8	MMC卡 4M	6ES7954-8LC03-0AA0	1	个
9	CB1241	6ES7241-1CH30-1XB0	1	个
10	16DI	6ES7131-6BH01-0BA0	1	个
11	16DO	6ES7132-6BH01-0BA0	1	个
12	A0基板	6ES7193-6BP20-0DA0	2	个
13	气动元件	亚德客	1	套
14	步进电机	57步进电机	1	个
15	三相异步电机		1	个
16	传感器	光电、磁性、速度传感器	1	套
17	交换机		1	批
18	丝杠导轨		1	套
19	逻辑控制对象	交通灯、自控成型、洗衣机、天塔之光、机械手、自控售货机、装配流水线、抢答器、音乐喷泉、自控轧钢机、邮件分拣机、四节传送带、物料分拣、多种液体混合、加工中心、电镀生产线、电机控制、运料小车控制、搅拌器控制、汽车灯光控制、汽车火花塞控制、隧道风机控制、三层电梯控制、艺术彩灯控制、LED数码管控制	1	套
20	工业自动化数字孪生仿真软件	采用单片机技术，具备多路数字量输入输出、模拟量输入输出，有通讯接口与电脑相连，通过内置协议与上位机中虚拟仿真教学软件实时通讯，实现数据采集和对外控制等操作。具有RS232通信接口或USB通信接口、24路开关量输入接口及指示、24路开关量输出接口及指示、4路模拟量输入接口、4路模拟量输出接口、系统协同传感器模块将动作信号反馈给上位机仿真软件中的虚拟对象模型，虚拟对象模型给出反馈信号，PLC等智能控制器根据信号执行相应的输出操作，以此反应整个系统执行动作过程。能在具有物理属性的3D环境中进行虚拟设备的仿真调试。具有高度的人机交互性，通过虚拟对象进行各种与实际环境中相1同的操作。软件通过自动、手动和PLC控制三种模式再现了以下虚拟工业场景，3D场景的PLC实验项目和36个PLC虚实结合控制实训模块一致：三层电梯控制自动售货机机械手自动门天塔之光全自动洗衣机自动成型机红绿灯装配流水线四路抢答器音乐喷泉轧钢机邮件分拣物料分拣多级传输八段码显示多种液体混合双面铣床电镀槽交流电机正反转控制小车运动搅拌站汽车灯光控制汽车火花塞点火控制加工中心控制隧道监控自动扶梯 CA6140普通车床PLC改造控制 X62W万能铣床PLC改造控制 T68卧式镗床PLC改造控制 M7120平面磨床PLC改造控制 Z3050摇臂钻床PLC改造控制电动葫芦PLC改造控制 Z35摇臂钻床PLC改造控制 M1432A万能外圆磨床PLC改造控制	1	套
21	实训屏		1	套
22	网孔板		1	套
23	学生凳		2	张
24	电脑桌		1	台
25	编程软件		1	套
26	指导书		1	套
27	视觉		1	套

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