工業4.0智能控制實驗臺 　
第一章：建造設計背景
工業4.0智能控制實驗臺,隨著中國版"工業4.0"《中國制造2025》的出臺，基于信息物理系統的智能裝備、基于工業機器人的智能工廠等智能制造正在引領制造方法的變革。而制造業乃國民經濟之主體，是立國之本、興國之器、強國之基。打造設定有國際競爭力的制造業，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建造設計世界強國的必由之路。
國家推進制造過程智能化，在重點領域試點建造設計智能工廠/數字化車間，加快人機智能交互、工業機器人、智能物流管理、增材制造等技術和裝備在生產過程中的應用，促進制造工序技藝的擬真優化、數字化控制、狀態信息就地實時監測和自適應控制。
為了適應國家對高端智能制造設備所需要的高技能人才的培養，上海-教育設備制造有限公司經多方調研及深度校企合作研發出系列工業機器人應用與維護專業實驗考核系統設備。該系統符合"四個定位"：即職業競技比賽的定位；技能培訓與鑒定的定位；做一體化教學改革的定位；符合高技能人才培訓基地的定位。并符合國家對"關于進一步深化中等職業教育教學改革的若干意見"的文件精神，緊緊圍繞以國家職業標準為依據，以綜合職業能力培養為目標，以經經典型作業任務為載體，以學生為中心，按照經經典型作業任務和作業過程，設計新的課程體系和內容，按照作業過程的順序和學生自主學習掌控把握的要求實行教學設計和安排教學活動，完成課程課程理論教學與實踐教學融通合一，能力培養與作業崗位對接合一，使實習與頂崗作業學做合一，最終培養學生的技術能力、方法能力和社會能力。
基于目前對專業的全新建造設計，集合現有基礎和未來發展思路與目標，上海-公司在本次規劃貴校工業機器人系列實驗基地和實驗裝備建造設計方面，將全面集合學校開設的專業，以適用教學實驗，考核鑒定為基礎，重點突出功能，把握建造設計檔次，體現技術水平，力求完成適度超前的規劃原則。
第二章：建造設計目標
集合學院當前和未來的發展規劃目標，本次規劃設計的工業機器人技能技能作業室能達到以下目標：
--具備能夠適用各專業教學實驗的基礎技能、綜合技能、創新技能，以及中級、高級、技師、高級技師的職業資格和人才培養的需求。
--具備能夠適用現代先進技術并緊密集合先進制造業技術發展的新工序技藝、新知識、新技能、新任務的需求。
--具備能夠適用緊缺人才培訓，高技能人才培訓，農村勞動力轉移培訓，退役士兵培訓，職業能力變換培訓等綜合培訓、鑒定的需求。
--具備能夠適用國家骨干師資培訓，一體化教學師資培訓及其他雙師型師資培訓等綜合性師資培訓的需求。
--具備能夠適用開展教學研討，開展競技比賽，開展學術交流ACAC，開展課程改革等等需要的多功能綜合性基地的需求。
規劃設計的一體化機電專業、電氣和自動化專業、工業自動化專業實驗基地的實驗裝備,本著實用性，實操性，職業性，綜合性為出發點，其技術優勢如下：
技術的先進性 整套方案體現出現代制造業領域中所含有的plc控制技術、互聯網通信技術等先進控制理念及管理系統。
技術的前瞻性 本套方案在基于現代控制理念的基礎上，突出體現現代制造業前沿科技的應知點及應會點，如工業機器人控制技術，智能監控技術等。
技術的綜合性 包括了光、機、電、氣、液、互聯網通信、數字控制等綜合技術的應用，完全覆蓋現有機電專業教學大綱及流行教學資料及實訓指導書的實訓內容。
技術的職業性 方案所涉及的實訓內容，在適用機電專業教學的前提下，集合相關工種的國家職業標準，既能實行培實訓習又能用來鑒定考核。
技術的可實操性 實訓載體體現高起點、高科技、高技能的特別點，該套方案配備裝備了完整系統的解決措施，具備配套的課程體系、教學大綱、實訓教學資料及實訓指導書及長期平穩的師資培訓計劃。
技術的兼容性 該方案的技術來源于生產實際，不但能夠用來教學實訓，還能實行與生產實際相關的經經典型作業任務，使學校實驗與生產實際零距離接軌。

一、 技術功能要求
1. 寫入電源：一相220V±10% 50Hz
2. 作業環境：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歐標工業鋁材、右側臺面鋪400×1000mm軟絕緣膠墊，中部抽拉式電氣接線板。
7. 安全保護：設定有漏電壓（V）、漏電流（A）保護裝置，安全符合國家標準
二、基礎配備及功能要求
★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計效果圖。
2、以上模型塊對應以下單元：PLC單元、485通信單元、工業視覺識別單元、RFID設備溯源單元、氣動控制基礎單元、變頻調節速度單元、觸摸屏單元、以太網交換機、伺服系統控制單元等構成、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），它也可用作負載電源。
（4）14點包括24V直線DC數字量寫入(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）脈沖寬度調制輸出(PWM),頻率高100 kHz。
（10）不少于2個包括以太網連接口(TCP/IP native、 ISO-on-TCP) 。
（11）不少于6個快速計數器(3個大頻率為100 kHz; 3個大頻率為30 kHz) ，帶有可功能數值化
（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
（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、基礎要求：
1、工業視覺檢驗測試系統含有概括相機、鏡頭、處置整理系統、光源等構成。工業視覺檢驗測試系統放置在輸送線一測，對工件實行顏色，尺寸，標識等信息檢驗測試。
2、檢驗測試成果經過總控通訊，為后續擺放等作業做好準備。
3、具體功能數值：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環形燈；通信和I/O: EtherNet/IP、PROFINET、SLMP、SLMP掃描儀、Modbus TCP、TCP/IP、RS-232；防護等級: IP65防護級外殼；作業電源: 24 VDC ±10%，照明開啟時，最大功率（W）：48 W (2.0 A)；作業溫度（℃）: 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：與上述參照對應的標準配備。
5、連接電纜與支撐架
二、系統要求
1、系統可實行曝光時間，白平衡設定。
c.實行四點相機標定，能快速讀取標定模板的像素值，可獲取對應的位置值。
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1次拍照，匹配模板1，模板1匹配成功，發出模板1數值；若模板1未能匹配成功，視覺返回s1,0,0,0數值給機器人，機器人發命令繼續匹配模板；
f.可實行發送可接收數值顯露。
4、系統輸出4個數值：類型、X、Y、旋轉量
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、在機器人視覺系統系統中，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、在機器人視覺系統系統中，有紅色十字光標便利裝配調動相機位置。
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）
標簽使用螺紋式小尺寸標簽。
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線精密電阻互聯網（表面硬度不低于4H）
4.7CPU: ≥800MHz RISC
4.8存儲器: ≥128MB閃存+64MB 內部存儲 RTC
4.9通訊連接口:COM0:RS485-2W/4W, RS232; COM2: RS232
5. 以太網交換機：
5.1以太網交換機應用非網管型工業以太網 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撲構造；自帶LED診斷顯露，供電電源DC 24V 。
5.3不低于IEC/EN 61000-4工業級防護，不低于IP30防護，9.6-60VDC三冗余電源寫入，多重保護。
6. 變頻調節速度單元：
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設定有線性V/F控制、平方V/F控制、可編程多點設定V/F控制，磁通電流（A）控制、直線DC轉矩控制；
6.4包括4路數字量寫入，2路模仿量寫入；
6.5具備過電壓（V）、欠電壓（V）保護，變頻器、電機過熱保護，短路保護等。
7. 小車動作控制單元：主要采用動作小車（直線DC電機驅動）、同步帶輪傳動機構、直線DC電機、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、行程開關等構成，經過傳感檢驗測試、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動和步進驅動構成。
8.2伺服驅動用來控制X軸，應用交流ACAC伺服驅動，作業電壓（V）AC220V，輸出功率（W）200W。
8.3應用數字信號處置整理器（DSP）作為控制核心，智能功率（W）模型塊（IPM） 內部包括了驅動電子回路,同時設定有過電壓（V）、過電流（A）、過熱、欠壓等故障檢驗測試保護電子回路，設定有較強的溫度（℃）、濕度、振動等環境適應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實行控制。
8.5步進電機驅動用來控制Y軸，應用交流ACAC伺服驅動，作業電壓（V）DC24V，輸出功率（W）>=30W；
8.6內部包括控制電子回路和功率（W）電子回路，設定有自檢線圈和短路保護等功能。
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一定溫度（℃）后，PLC控制系統控制臺達變頻器使電機旋轉，帶動扇葉加強空氣流動，快速散熱，使箱內環境溫度（℃）平穩。。
10.溫變變送器。
10.1二線制輸出，無需補償實驗連接線；
10.2要求溫變變送器構造簡便裝配便利，使用壽命≥10000次；
10.3構造簡便，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：作業電壓（V）AC220V、持續功率（W）30W-150W、外殼材料鋁制、尺寸不大于160*100。
12. 伺服系統控制單元：寫入電源一相或三相AC220V，-15~+10%，50/60HZ，調節速度比1：5000，脈沖頻率<500KHZ,控制寫入：伺服使能、報警復位、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、內部速度選用1等。控制輸出：伺服準備好、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認識實驗（軟硬件構造、系統構成、基礎指令、接線、編程下載等）
(一).PLC虛擬控制應用實驗
1. 數碼顯露控制
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. 自動送料裝車系統控制
8. 四節傳送帶控制
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. 氣動基礎線路控制
19. 直線動作位置檢驗測試、定位控制
20. 步進電機定位控制
21. 步進電機的速度控制
22. 步進電機的正反轉控制
23. 伺服電機定位控制
24. 伺服電機的速度控制
25. 伺服電機的正反轉控制
26. 伺服電機和步進電機的綜合控制
(三).PLC、變頻器、觸摸屏綜合應用技能實驗
27. 變頻器功能功能數值設定與實操
28. 外部端子點動控制
29. 變頻器控制電機正反轉
30. 多段速度選用變頻調節速度
31. 變頻器無級調節速度
32. 外部模仿量方法的變頻調節速度控制
33. 基于PLC的變頻器外部端子的電機正反轉控制
34. 基于PLC模仿量方法變頻開環/閉環調節速度控制
35. 基于PLC通信方法的變頻開環調節速度
36. 基于觸摸屏控制方法的基礎指令編程練習
37. 基于觸摸屏控制方法的數碼顯露控制
(四).組網通訊綜合實驗
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、觸摸屏組網綜合應用實驗
42、PLC與RFID通訊控制
43、PLC與工業相機通訊