工业网络智能控制与维护实训考核装置
一、设备概述
本系统以典型智能制造生产线的工业网络智能控制与维护为背景，采用工业网络、自动控制、数据采集和远程运维等技术完成智能产线的集成调试与维护学员可以使用本系统进行工业网络实施方案设计，防火墙、三层交换机、智能传感器、可编程控制器等工业网络关键设备的设计、选型、装配与编程调试。其中在设备层完成供料、分拣、装配、仓储等工作任务，在边缘层进行各种数据采集与传输，在企业层利用数字孪生和数据看板进行数字化监控与运维管理，最终通过以上技术路线，实现基于工业网络技术下的智能制造生产线控制与维护，并能实现订单的多样化、个性化生产。
工业网络智能控制与维护系统由自动供料单元、智能分拣单元、智能仓储单元、数据管理单元和数据管理中心组成，如图 1 所示。
通过本系统主要检验学员对工业网络、自动控制、智能制造网络、工业数据传输等知识的掌握，工业网络智能控制系统设计集成、工业网络智能控制系统选型、搭建、组网、调试，数字化监控运维等的能力，以及安全意识、工匠精神、质量与成本控制等的职业素养；同时考察操作人员在工程现场，针对实际问题的分析和处理能力、创新、创意、组织管理与团队协调能力。
技术参数
1. 工作电源： AC220V±10% ， 50Hz ；
2. 额定功率：≤ 5KW ；
3. 外形尺寸：占地尺寸约 6000mm×2500mm×1850mm (L×W×H ) 。
设备外形尺寸约 4850 mm×1100mm×1850mm (L×W×H )
4. 工作环境：温度 5℃ ～ +40℃ ，相对湿度 <85 ％（ 25℃ ）
5. 安全防护：具有短路、过载、报警、急停多重保护。
四、设备特点
本设备具有以下特点：
1. 器件选型：平台所用到的主要器件均选自国际、国内知名品牌，其技术先进、市场占用率高。
2. 标准性：平台设计时按照国家机械、电气设备相关安全标准与规范进行研发与测试。
3. 模块化设计：采用模块化设计，每个模块都可独立地完成实训，同时也可根据用户需求灵活配置、组合；学生可以利用他们的创新思维对原有的生产流程进行创新和改造；在掌握基础知识的前提下，进一步提高学生的积极性、实践能力和创新思维。
4. 智能化设计：设备可进行自我监控，在运行中可对自身状态和外部环境进行监控，记录数据并对产生的数据进行分析。
5. 开放性设计，拓展性强：充分考虑系统今后的硬件扩展、功能扩展、应用扩展、集成扩展等多层面的延伸，方便用户对平台进行二次开发时能够更好地复用。
6. 软硬结合，虚实联动：通过数字孪生手段，用数字化机电建模代替物理设备进行仿真调试，加速虚拟设计与物理制造之间融合，同时降低复杂性风险。
7. 融合最新技术，综合性强：融合了智能传感技术、智能仓储技术、自动识别技术、数字孪生技术、网络安全技术、协同制造技术、数字中台技术与远程运维技术等智能制造关键技术，实现了设备自动化、生产精益化、管理信息化的高度统一。
五、可掌握的主要技能
使用本系统学员可学习掌握以下技能：
1. 传感器原理及应用技术 : 包括电感式传感器原理、光电式传感器原理、霍尔传感器原理以及传感器选型、传感器装 调、传感器数 据采集 、传感器数据应用等技术的相关知识。
2. 工业网络与工业云技术 : 包括工业网络的分类、工业网络通信技术原理；工业网络设备的安装、调试与配置；工业云平台的原理与分类、工业云平台的配置及使用与维护技术。
3. 智能控制与边缘计算技术 : 包括主流 PLC 及相关智能设备的组态、编程与调试，边缘端设备的安装调试知识，边缘计算技术。
4. 数字化仿真与虚拟调试技术 : 包括数字化仿真与“数字孪生”的基本知识，设备控制系统与“数字孪生”模型通信的原理与应用。
5. 工业工程技术：对人、物料、设备、能源和信息等所组成的集成系统，进行设计、改善和实施，综合运用数学、物理学和社会学的专门的知识和技术、工程分析和设计原理与方法，完成工业工程技术的实践应用。
6. 网络协同生产组织技术：包括网络协同制造基础、生产管理系统基础、个性化定制基础、生产链及供应链间的产品设计、制造、管理和商务等要素优化配置与协作基础知识和技能、生产组织方式与业务经营模式的基础、资源利用和制造效能优化基础等相关知识。
7. 电机驱动技术：包括伺服电机、步进电机、直流电机、交流电机、步进驱动器和伺服驱动器等技术原理、使用方法和应用等相关知识。
8. 其他相关新技术、新工艺、新设备等内容。
9. 安全文明生产与环境保护知识、职业道德基本知识。
主要配置表
序号 |
分站 |
模块 |
技术参数及主要器件 |
厂家 |
数量 |
单位 |
1 |
数据管理单元 |
主控操作台 |
830×800×1760 mm ( 长 × 宽 × 高 ) ， 材质 采用 铝 型材和钣金相结合形式 |
... |
1 |
套 |
触摸屏 |
7.0 "TFT 显示屏； PROFINET/ 工业以太网接口 |
西门子 |
1 |
台 |
||
可编程控制器 |
S7-1500PLC |
西门子 |
1 |
台 |
||
工业交换机 |
非网管型交换机， 配置 8 个 10/100 Mbit/s 双绞线 接口及 RJ45 插座。 |
光路科技 |
1 |
台 |
||
环网三层管理工业交换机 |
8 个 10/100/1000M 自适应 RJ45 端口 、 4 个千兆 SFP 端口 ， ERPS 环网协议， RPL 配置 |
普联 |
3 |
台 |
||
工业防火墙 |
双核 64 位网络专用处理器，单核主频 1GHz ， 1GB DDRIV 高速内存； 3 个 10/100/1000M RJ45 端口、 1 个 MGMT 管理口，支持策略配置和攻击防护 |
普联 |
1 |
台 |
||
工业级双频无线接入点 |
2.4GHz 和 5GHz 双频段并发射频 无线速率可达 1900Mbps ，独立功放电路，提升发射功率；支持设备工作为 AP 或 Client 两种覆盖 / 传输模式以及 Router 上网模式，应用灵活； |
普联 |
1 |
台 |
||
边缘计算网关 |
CPU:ARM Cortex-A7 双核 1.2GHz ， 内存： DDR 128M ， FLASH ： NAND 256M ， 2 路 10M/100M 自适应端口，串口 RS485 和 RS232 ，具有硬件看门狗，支持 PLC 远程调试。 |
国产 |
1 |
台 |
||
温湿度传感器 |
测量环境温度和湿度，支持 RS485 通讯 ，标准 modbusRTU 协议。 |
国产 |
1 |
台 |
||
环境 传感器 |
选配大气压力、二氧化碳、噪声、光照、 PM2.5 、 PM 10 ，支持 RS485 通讯 |
建大仁科 |
1 |
台 |
||
智能电能表 |
测量当前电压、电流、频率，支持 RS485 通讯 ，采集的数据可通过通讯传输给 PLC 。 |
正泰 |
1 |
台 |
||
智能网关 |
电源电压： 12~24V 宽电压供电，双路电源冗余供电额定功率 3W （ 24V/125mA ），功能： PN 转 modbus TCP |
国产 |
1 |
套 |
||
LORA 无透传模块 |
RS232/485-LORA, 纯射频模组支持发送接收 |
艾莫迅 |
1 |
套 |
||
RFID 身份认证 系统 |
RFID 阅读器、 RFID 芯片 |
... |
1 |
套 |
||
2 |
数据 管理中心 |
编程操作台 |
1600 ×800×1760 mm ( 长 × 宽 × 高 ) ， 材质 采用 铝 型材和钣金相结合形式 |
... |
1 |
套 |
编程电脑 |
i7-12700/16G/1TSSD/3060/12G/500w/23.8 英寸 |
联想 |
2 |
套 |
||
电脑椅 |
整体外形尺寸约： 410 × 470 × 870mm （长 × 宽 × 高） ， 网面椅子采用流线设计，支撑架选用承重钢架，承重 300 斤以上， 坐垫 主要采用网布等弹性环保材料制作 |
... |
2 |
把 |
||
3 |
自动供料单元 |
操作台体 |
台体尺寸 600×950×1620mm ，框架采用型材和钣金相结合 及 4 个脚轮等搭建 |
... |
1 |
套 |
瓶体供料模块 |
支架、料仓、推料气缸 （ TN16 × 80 ） 、磁性开关、对射开关等 |
... |
1 |
套 |
||
搬运机械手 |
型材支架、直线模组 （ 负载 8Kg ，梁宽 45mm ，导程 80mm ，重复定位精度 ±0.05 ，行程 480mm ） 、伺服电机、联轴器、气缸 （ TN10 × 70 ） 、 气手指 、磁性开关、光电传感器、微动开关等 |
... |
1 |
套 |
||
扫码模块 |
主要由支架、扫码机等组成，支持一和二维码读取 |
... |
1 |
套 |
||
双供料模块 |
支架、料仓、推料气缸 （ TN10 × 70 ） 、装配搬运复合机构 （ TN16 × 125 ） 、磁性开关、传感器等 |
... |
1 |
套 |
||
传送机构 |
支架、 带轮、 皮带、直流电机等 |
... |
1 |
套 |
||
转盘模块 |
支架、转盘、步进电机、直角转向器、光电开关、接近开关等 |
... |
1 |
套 |
||
深度检测模块 |
支架、 升降气缸（ TN16 × 80 ）、水平气缸（ TN16 × 80 ）、位移传感器（ 电阻公差： 5kΩ±3% 、机械行程： 53mm ） |
... |
1 |
套 |
||
电气控制系统 |
主要由输入输出电源、 PLC （ S7-1200 ）模块、 I/O 转接板、空气开关、继电器、工业交换机、操作面板等组成。 |
西门子 |
1 |
套 |
||
触摸屏 |
7.0 "TFT 显示屏 , 65536 颜色， PROFINET 接口，可项目组态 |
西门子 |
1 |
台 |
||
可视化系统 |
一体机电脑， 23.8 英寸，配套支架和高清线 |
... |
1 |
套 |
||
RFID |
DLRF-7075A/IS015693/13.56M/V3 |
... |
1 |
套 |
||
伺服驱动器 |
支持 PROFINET 通信方式，输入电压 200-240V ， 可驱动 电机 400W |
西门子 |
1 |
套 |
||
步进驱动器 |
闭环电机编码器的反馈，使得步进伺服系统具有低噪声、低发热、不丢步和应用速度更高 |
锐特 |
1 |
套 |
||
气源处理模块 |
调压过滤器、手滑阀、电磁阀组、支架等 |
亚德客 |
1 |
套 |
4 |
智能分拣单元 |
操作台体 |
台体尺寸 600×950×1620mm ，框架采用型材和钣金相结合 及 4 个脚轮等搭建 |
... |
1 |
套 |
扫码模块 |
主要由支架、扫码机等组成，支持一和二维码读取 |
... |
1 |
套 |
||
传输模块 |
支架、输送带、气缸挡停机构 （ SDA16 × 10 ） 、传感器检测单元等 |
... |
1 |
套 |
||
灌装供料模块 |
铝型材底架、推料气缸 （ PB10 × 30 ） 、料仓、同步带轮、同步带、检测传感器、步进电机等组成 |
... |
2 |
套 |
||
电气控制系统 |
主要由输入输出电源、 PLC （ S7-1200 ）模块、 IO 转接板、空气开关、继电器、工业交换机、操作面板等组成。 |
西门子 |
1 |
套 |
||
触摸屏 |
7.0 "TFT 显示屏 , 65536 颜色， PROFINET 接口，可项目组态 |
西门子 |
1 |
台 |
||
步进驱动器 |
闭环电机编码器的反馈，使得步进伺服系统具有低噪声、低发热、不丢步和应用速度更高 |
锐特 |
2 |
套 |
||
可视化系统 |
一体机电脑， 23.8 英寸，配套支架和高清线 |
... |
1 |
套 |
||
气源处理模块 |
调压过滤器、手滑阀、电磁阀组、支架等 |
亚德客 |
1 |
套 |
||
5 |
智能仓储单元 |
操作台体 |
台体尺寸 1200×950×1620mm ，框架采用型材和钣金相结合 及 4 个脚轮等搭建 |
... |
1 |
套 |
扫码模块 1 |
主要由支架、扫码机等组成，支持一和二维码读取 |
... |
1 |
套 |
||
扫码模块 2 |
主要由支架、扫码机、称重仪表等组成，支持一和二维码读取 ， 仪表显示称重数据 |
... |
1 |
套 |
||
拨料模块 |
型材支架、手爪、 搬运 气缸 （ RMT20 × 300 ） 、三轴气缸 （ TCM20 × 80 ） 、气手指 （ HFZ25 ） 、磁性开关等 |
... |
1 |
套 |
||
称重模块 |
量程： 0-20N ；输出信号： RS485 ；主要由板材支架、 顶升 气缸 （ HLH16 × 20S ） 、称重传感器等 |
... |
1 |
套 |
||
供料模块 |
料仓、推料气缸 （ MA16 × 75 ） 、支架及定位装置、检测开关等组成 |
... |
1 |
套 |
||
装配模块 |
型材支架、 水平伸缩 气缸 （ TCM20 × 80 ） 、 升降 气缸 （ TN20 × 30 ） 、真空吸盘 （ ZPT10CSK10-B5-A10 ） 、真空发生器、磁性开关等组成 |
... |
1 |
套 |
||
智能视觉模块 |
主要由支架、固定座、环形光源、智能相机等组成 |
海康威视 |
1 |
套 |
||
搬运模块 |
主要由支架、直线模组、伺服电机、 升降 气缸 （ TN16 × 80 ） 、 水平伸缩气缸（ TN16 × 50 ）、 夹指 （ HFZ 16 ） 、传感器、磁性开关等组成 |
... |
1 |
套 |
||
检测分拣模块 |
主要由支架、传输带、三相异步电动机、分拣料仓、气缸 （ TR10 × 50 ） 、传感器、磁性开关等组成 |
... |
1 |
套 |
||
码垛模块 |
主要由支架、仓储板、传感器等组成 ， 共 9 个仓位 |
... |
1 |
套 |
||
废料仓 |
主要由型材支架、底板、流利条、挡板等组成 |
... |
1 |
套 |
||
电气控制系统 |
主要由输入输出电源、 PLC （ S7-1200 ）模块、 IO 转接板、空气开关、继电器、工业交换机、操作面板等组成。 |
西门子 |
1 |
套 |
||
振动传感器 |
供电： DC10-30V ，防护等级：≥ IP67 ，振动测量方向：单轴或三轴，变送器触点承受温度范围： -40-80℃ ，振动速度测量范围： 0-50mm/s ，振动速度测量精度： ±1.5% FS （ @1KHZ ， 10mm/s ），振动速度显示分辨率： 0.1mm/s |
仁科 |
1 |
套 |
||
触摸屏 |
7.0 "TFT 显示屏 , 65536 颜色， PROFINET 接口，可项目组态 |
西门子 |
1 |
台 |
||
伺服驱动器 |
支持 PROFINET 通信方式，输入电压 200-240V ， 可驱动 电机 400W |
西门子 |
2 |
套 |
||
变频器 |
单相交流 230V ，输出功率 0.37kW ，额定输入电流 6.2A ，额定输出电流 2.6A ，输出频率 0-550Hz |
西门子 |
1 |
套 |
||
远程 I/O |
支持 PROFINET 通讯方式、通用线缆：五类双绞线、传输距离： 100m （站站距离）、传输速率： 100Mbps 、输出最大字节： 1015 字节 /1015 字节 |
德克威尔 |
1 |
套 |
||
远程 I/O |
支持 PROFIBUS 通讯方式 , 通用线缆： PROFIBUS-DP 专用电缆、传输距离： 1200(Max.) 、传输速率 9.6Kbps 〜 12Mbps 、输出最大字节： 244 字节 /244 字 |
德克威尔 |
1 |
套 |
||
RFID |
DLRF-7075A/IS015693/13.56M/V3 |
... |
1 |
套 |
||
PROFIBUS 主站 |
通信模块 CM 1243-5 |
西门子 |
1 |
套 |
||
IO-LINK |
SM 1278 4xIO‑Link 主站模块 |
西门子 |
1 |
套 |
||
485 转 WIFI 模块 |
处理器 :Cortex-M4 SOC, 主频： 160MHz ，操作系统： mbed, 无线标准 802.11b/g/n ，最大连接数： Max ， 8STA,WIFI 模式： AP 、 AP+STA 、 STA |
汗枫 |
1 |
套 |
||
LORA-Modbus 数字采集模块 |
输出点数 4 路 ，输出类型 : 继电器输出，常开触点，接口类型： RS485 为接线端子、 RS232 为 DB9 公头，纯射频模组，支持发送、接收数据信号 |
艾莫迅 |
1 |
套 |
||
可视化系统 |
一体机电脑， 23.8 英寸，配套支架和高清线 |
... |
1 |
套 |
||
气源处理模块 |
调压过滤器、手滑阀、电磁阀组、支架等 |
亚德客 |
1 |
套 |
||
6 |
供气系统 |
功率≥ 0.75KW ，储气罐容量≥ 24L ；流量≥ 0. 045 m3/min ，额定排气压力 0.6MPa. 噪音≤ 68dB(A) |
风豹 |
1 |
套 |
|
7 |
软件 |
PLC 编程软件 |
TIA 博途软件 （ 教育版 ） |
西门子 |
1 |
套 |
MES 管理系统软件 |
包含系统管理、仓位管理、原材料采购、设备管理，设备运行及订单管理操作界面 |
... |
1 |
套 |
||
数字孪生仿真软件 资源包 |
包含 配套的 3D 模型、 PPT 、讲解视频 等 |
西门子 |
1 |
套 |
||
8 |
... 造物云平台 |
包含 实时监控和报警推送、设备管理及权限分级、 PLC 远程调试（仅公有云模式）、自由组态、在线视频（仅公有云模式）、精细化管理工具、大数据分析工具 |
... |
1 |
套 |
|
9 |
附件 |
工具 |
十字螺丝刀、一字螺丝刀、内六方七件套、活口扳手、万用表、网线钳、网线测试仪等 |
优质国产 |
1 |
套 |
教学资源 |
教学资源包含实训指导说明书、示例程序相关教学资源 |
... |
1 |
套 |
||
可完成的考核任务
1.PLC 技术的应用；
2. 组态技术的应用 ；
3. 电机驱动技术的应用；
4. 传感器技术应用；
5. 工业软件技术应用；
6. 总线通信技术应用；
7. 数字中台技术应用；
8. 协同制造技术应用 ；
9. 边缘计算技术应用；
10. 数字孪生技术应用；
11. 工业互联网技术应用 ；
12 ．物联网技术应用 ；
13 ．网络安全技术应用 ；
14. 数据云平台技术的应用 ； 。
