工业互联网综合实训平台

工业互联网综合实训平台

（正文开始）

在工业4.0与中国制造2025战略深入推进的今天，工业互联网综合实训平台已成为职业院校和本科院校培养复合型工业互联网人才的必备教学装备。本款工业互联网综合实训平台深度融合了PLC可编程控制器、工业以太网、现场总线、工业机械手、RFID射频识别、传感检测系统及视觉检测系统等前沿技术，全面支持工业现场总线设备、工业控制、边缘计算、工业网络技术、数据信息采集等典型工业互联网应用场景。更值得一提的是，该工业互联网综合实训平台融入了云平台数据管理与ERP、MES管理系统，可实现对生产现场的实时监控、智能调度和工艺优化，为学生提供了一个从设备层到信息层的完整工业互联网闭环实训环境。

一、 技术指标与安全保障

本工业互联网综合实训平台在设计之初就充分考虑了教学实训的安全性与稳定性：

1. 工作台尺寸：长×宽×高为1600mm×800mm×1800mm，紧凑布局，节省空间。

2. 输入电源：AC 220V±10% / 50Hz，输入功率≤3kW。

3. 设备重量：约450kg，稳固可靠。

4. 安全保护：具备接地保护、漏电保护功能，符合国际安全标准。所有插座采用高绝缘安全型，实验导线采用带绝缘护套的高强度安全型导线，全方位保障师生操作安全。

二、 功能与特点详解

工业互联网综合实训平台由控制网络单元和设备单元两大部分构成，两者均可拆卸更换，模块相对独立，可根据教学需求灵活配置与组合。

1. 网络拓扑与核心器件

控制网络单元集成了三层交换机、工业防火墙、物联网关、PLC、变频器、伺服驱动器、触摸屏、工业交换机、按钮指示灯等器件，能够完成工业网络搭建、工业通讯应用、工业现场接线编程等实训任务，最终实现对设备单元的精准统一控制。设备单元则包含RFID读写器、工业视觉相机、伺服电机、三相异步电机、各类传感器及电磁阀等，可对环形输送线、视觉检测单元等进行高效控制。

2. 信息管理层——MES制造执行单元

本工业互联网综合实训平台的MES系统支持个性化需求订单与共线生产模式，用户可通过平台下发任务，实现从订单加工、生产、装配到成品检测的全流程自动化作业。具体功能包括：

• 基础数据界面：可对工厂信息、用户信息、设备信息、生产订单进行统一设置。

• 数据管理单元：支持对输送供料、旋转供料、高度检测、钢珠装配、入库、分拣检测等单元进行单站单机运行测试，并实时提取设备状态信息（如环境检测、伺服状态、生产状态、库位状态等）。

• 设备数据管理界面：可采集电压、功率、温度、湿度、大气压力、振动数据等设备状态信息。

• 生产订单界面：支持订单创建、明细添加、订单下发等操作。

• 报警参数设置界面：可对电压、功率、温度、湿度、大气压力、振动等数据进行阈值设定，实现智能预警。

3. 信息层云平台单元

采用国产企业级云平台，界面制作便捷，功能丰富，数据处理稳定。平台功能涵盖设备接入、设备管理、数据存储、数据展示、数据分析、用户管理、维保工单、配方管理等。免编程即可快速实现产品与系统的联接，支持多样化的连接监控方式（业务系统、地图、视频监控）。数据透视精准高效（柱状图、趋势图、定制报表），可实现多台PLC构成的设备系统的集中监控。具体功能包括：

• 项目配置：支持项目的导入、导出、删除、编辑，包含设备配置、组态配置、报警源配置、设备状态统计、条件赋值、报表等。

• 组态页功能：提供直线、圆、矩形、文本、图片等基础元件，以及按钮、指示灯、数据显示、数据输入、数据控制等基础控件；高级控件包括环形图、棒图、流体、轮播动画、历史曲线、实时曲线、视频控件等。用户可自定义界面布局、颜色和控件，实现个性化监控视图。

• 多画面组合：支持多个组态画面同时排列显示，便于全局掌控。

4. 可视化数据管理单元

可完成生产可视化、设备状态可视化及设备状态管理可视化，让教学过程一目了然。

5. 工业网络设备配置

本工业互联网综合实训平台配备了完整的工业网络设备体系：

• 环网三层管理工业交换机：≥8个千兆RJ45端口+4个千兆SFP端口，支持ERPS环网协议、IEEE1588精密时钟同步，宽电压输入9.6V~60VDC，导轨/壁挂安装，具备三层路由协议与完备安全防护。

• 工业级防火墙：双核64位网络专用处理器，≥1GB DDRIV内存，≥3个千兆RJ45端口+1个MGMT管理口，工业级工作温度-40℃~75℃，支持端口bypass、安全策略、审计策略、DPI深度安全等。

• 边缘网关：MIPS架构CPU，主频≥300MHz，内存≥128M DDR，支持WiFi和以太网，具备2路自适应端口、RS232/485/422端口，支持数据采集、PLC远程上下载程序、断网续传和交换机功能。

• 工业级双频无线接入点：适应-40℃~+75℃环境，冗余双路直流供电+PoE供电，2.4GHz/5GHz双频并发，速率达1900Mbps，支持AP/Client/Router模式，支持AC集中管理。

• 环境传感器：可测量湿度、温度、大气压力、二氧化碳等数据，支持RS485通讯及Modbus RTU协议。配套嵌入式物联网技术软件，可采集二氧化氮、PM2.5、土壤温湿度、火焰等传感器数据。

• 智能电表：采集系统电压、电流、功率等电量数据，支持RS485通讯，数据可传输至PLC。

• LoRa模块：支持RS232/485-LoRa通讯，可与PLC直接通讯。

• 协议网关：支持Modbus-RTU/ASCII到ProfiNet协议的转换。

• IoT工业控制器：不低于I3-8145U/8G/128G配置，满足边缘计算需求。

三、 设备层组成与功能

工业互联网综合实训平台的设备层由供料站点、传送带装置、传感器系统、视觉检测站点、到位阻挡站点、十字滑台、气动控制站点等组成，构建了一个微型智能工厂。

1. 供料站：提供白色、红色、黑色三种颜色的塑料物料，由供料气缸控制出料，气缸安装有到位传感器，物料用尽后可手动补充。

2. 传送带装置：机械环形传送带，由减速电机（减速比≥10:1）驱动，电机尾部安装增量式编码器作为反馈检测。

3. 传感器系统：遍布于十字滑台极限位置、原点位置、传送带到位位置、颜色检测、金属检测及气缸到位位置，实现全方位感知。

4. 视觉检测站点：由支架、白色漫射LED环形灯、智能相机组成。工业相机为彩色CMOS，分辨率≥2592×1944，像素≥500万，数据接口USB3.0，支持MODBUS-TCP、TCP/IP、S7等通讯协议。视觉算法平台兼容GigE Vision和USB3.0 Vision协议，支持本地与相机数据图像处理。

5. 到位阻挡站点：由阻挡气缸和到位近点传感器组成，物料检测通过后，传感器控制气缸伸出，辅助物料准确入库。

6. 十字滑台：X轴由伺服电机控制，安装左极限、右极限、原点传感器；Y轴由气动控制，气爪夹取物料出入库。

7. 气动控制站点：包含气泵、电磁阀、油水分离器、气动接头、气管等，为装置内气动部件提供动力。

四、 电气控制系统配置

本工业互联网综合实训平台的电气控制系统采用了高性能工业级器件：

• 主控PLC：带有显示屏，工作存储器≥150KB代码和1MB数据，位指令执行时间≤60ns，支持运动控制、闭环控制、计数与测量、跟踪功能，PROFINET接口支持TCP/IP、OPC UA、S7通信等，配备≥4MB存储卡。

• 执行端控制PLC：≥125KB工作存储器，板载DI14×24VDC、DQ10×24VDC、AI2、AQ2，支持6个高速计数器、4个脉冲输出，可扩展信号模块和通信模块，PROFINET IO控制器，双端口，支持OPC UA服务器DA。

• 远程I/O：≥2个RJ45接口，24VDC供电，PROFINET总线协议，传输速率100Mbps，工作温度-10~55°C。

• 工业交换机：8个10/100M自适应RJ45端口，导轨式安装。

• 触摸屏：≥7寸TFT显示屏，800×480像素，64K色，8个功能键，支持PROFINET和USB接口，安装在移动盒上。

• 变频器系统：单相220-240V输入，三相0-240V输出，功率1.5KW，频率范围0-500Hz，支持V/F控制和SVC控制，具备4个数字输入端子、1个模拟量输入、1个继电器输出、1个模拟输出、1路RS485接口。

• 伺服系统：支持PROFINET通信，输入电压200-240V，电机功率≥400W。

• 空气压缩机：电源220V，额定功率≥550W，排气量≥58L/min，排气压力≥0.8MPa。