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工業(yè)網(wǎng)絡(luò )智能控制與維護實(shí)訓考核裝置
一、總體要求
1、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )智能控制與維護實(shí)訓考核裝置要求是以物料自動(dòng)化供料、傳輸、檢測、分選、裝配、入庫等生產(chǎn)過(guò)程為應用技術(shù)場(chǎng)景集成PLC、工業(yè)以太網(wǎng)、現場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)機械手、RFID、傳感檢測系統、增加信息化器件等，該平臺融入云平臺數據管理與MES管理系統，可實(shí)現對生產(chǎn)現場(chǎng)的實(shí)時(shí)監控、調度和優(yōu)化等功能，同時(shí)與數字孿生融合，貼合行業(yè)發(fā)展和智能制造技術(shù)的進(jìn)步。
2、要求工業(yè)網(wǎng)絡(luò )智能控制與維護實(shí)訓考核裝置適合職業(yè)院校相關(guān)職業(yè)工種的技能培訓、競賽、鑒定需求。 也適合機電一體化技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、智能控制技術(shù)等專(zhuān)業(yè)的《可編程控制器技術(shù)》《工業(yè)數據采集與可視化》《智能線(xiàn)數字化設計與仿真》《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )與通信》《機器人視覺(jué)技術(shù)及應用》《智能控制原理與系統》《變頻器與伺服驅動(dòng)應用》《工業(yè)邊緣計算技術(shù)》《工業(yè)數據分析與應用》等課程的實(shí)訓、實(shí)習教學(xué)。
二、設備的技術(shù)參數
1.工作臺A尺寸：長(cháng)×寬×高≈1600mm×1120mm×1900mm（±50mm）；
2.工作臺B尺寸：長(cháng)×寬×高≈800mm×1120mm×1900mm（±50mm）；
3.工業(yè)網(wǎng)絡(luò )控制柜尺寸：長(cháng)×寬×高≈800mm×600mm×1800mm（±50mm）；
4.輸入電源：AC 220V±10% /50HZ；輸入功率：≤3kw；工作環(huán)境：常溫、室內；溫度：-10℃～+50℃ ；相對濕度：≤90%（+20℃）；海拔高度：≤4000m；
5.設備重量: ≈900kg；
6.安全保護：要求具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關(guān)的國際標準。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護套的高強度安全型實(shí)驗導線(xiàn)。
三、設備功能要求
1、網(wǎng)絡(luò )拓撲
要求投標文件中提供工業(yè)網(wǎng)絡(luò )智能控制與維護實(shí)訓考核裝置網(wǎng)絡(luò )拓撲參考。
2、功能要求
（1）要求體現設備操作能力，設備模塊組合靈活，各模塊相對獨立，模塊擴展方便，可根據用戶(hù)需求靈活配置、組合；同時(shí)機械裝配調整部分均應在工作臺上，機械及電氣連接均可快速拆換，可以進(jìn)行更加靈活的競賽試題輸出；設備物料輸送采用并行輸送形式，控制流程靈活多樣化。
（2）要求體現工藝創(chuàng )新能力，以多種物料為載體，貼近工業(yè)生產(chǎn)的理念，實(shí)現自動(dòng)化檢測、分選、裝配生產(chǎn)過(guò)程為應用技術(shù)場(chǎng)景，集成工業(yè)以太網(wǎng)、現場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)機械手、RFID、傳感檢測系統、增加信息化器件等，貼合行業(yè)發(fā)展和智能制造技術(shù)的進(jìn)步。使用者可利用個(gè)人創(chuàng )新思維對原有的生產(chǎn)流程進(jìn)行創(chuàng )新和改造；在掌握基礎知識的前提下，進(jìn)一步提高使用者的積極性、實(shí)踐能力和創(chuàng )新思維。
（3）要求體現系統分析能力，設備包含電氣控制系統、人機界面、工業(yè)視覺(jué)、多類(lèi)型傳感器、安全系統、氣動(dòng)系統、外圍機械功能單元組件等真實(shí)工業(yè)器件，可實(shí)現工件裝配過(guò)程的外圍配套設備布局、安裝與調整、系統編程、離線(xiàn)編程、工藝優(yōu)化、現場(chǎng)總線(xiàn)通訊調試、系統聯(lián)調等功能，培養全�；こ處�。
（4）要求結合新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式，將傳統工業(yè)產(chǎn)品融入智能傳感技術(shù)、自動(dòng)識別檢測技術(shù)、數字孿生技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)、數字化智能管理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)， 實(shí)現設備自動(dòng)化、生產(chǎn)精益化、 管理數字信息化的高度統一。
（5）要求智能控制系統與數字孿生的融合，從宏觀(guān)層面將各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節統籌起來(lái)，進(jìn)行數字仿真，將控制算法、分析算法、在仿真系統中實(shí)時(shí)運算，使數字孿生系統與實(shí)際控制系統組成一套虛實(shí)結合的智能系統，運行過(guò)程數據和控制過(guò)程數據相互關(guān)聯(lián)，在仿真系統中得到最優(yōu)決策，再發(fā)布到控制系統中，記錄和分析控制系統的全部數據，分析控制的結果，再將結果反饋到仿真系統繼續運算，實(shí)現動(dòng)態(tài)最優(yōu)的智能控制。
（6）要求裝置所選用主要器件均選自國際、國內知名品牌，市場(chǎng)使用率高，其技術(shù)先進(jìn)，使用可靠性、耐久性。
（7）要求整體控制系統模塊化、網(wǎng)絡(luò )化，方便工作站更換與調試。該系統從MES產(chǎn)品下單、云平臺數據采集到到設備運行之間，通過(guò)全面網(wǎng)絡(luò )化通訊，構筑了一條安全、穩定、低時(shí)延的通訊鏈路，實(shí)現真正的一網(wǎng)到底，整體分布式結構設計，適用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò )課程教學(xué)。
3、工藝流程要求
要求裝置可以模擬生產(chǎn)工藝流程，使用者可根據任務(wù)要求自行設計工藝流程。至少可以完成以下為案例工藝流程，分別是軸承滾珠（或藥品罐裝或顆粒物料）智能分揀包裝生產(chǎn)流程；汽車(chē)輪胎輪轂（或工件）自動(dòng)裝配生產(chǎn)流程；柑橘分揀生產(chǎn)流程；變速箱部件（或發(fā)動(dòng)機部件）裝配生產(chǎn)流程，要求投標文件中提供4種工藝的流程圖。
（1）軸承滾珠（或藥品罐裝或顆粒物料）智能分揀包裝生產(chǎn)流程
工藝流程要求：
（1.1）生產(chǎn)管理系統：部署有MES軟件、數字孿生軟件和云平臺，可以實(shí)現訂單管理、設備管理、生產(chǎn)管理、虛擬仿真、數據云端維護等，具有總控系統功能，實(shí)現平臺所有數據上傳和下發(fā)等；
（1.2）供料單元：接收訂單命令后，由供料氣缸推出料倉的空瓶到傳輸帶上，RFID對空瓶進(jìn)行信息寫(xiě)入或識別檢測，之后，傳輸帶輸送到下一單元；
（1.3）檢測分揀單元：傳輸帶傳輸瓶體至要求的檢測分揀擋停位置，根據任務(wù)要求掃碼器對瓶體進(jìn)行掃碼信息確認（或視覺(jué)質(zhì)量檢測或顏色檢測識別），信息確認完成后，合格產(chǎn)品繼續傳輸到下一單元，不合格產(chǎn)品推至廢料倉；
（1.4）鋼珠裝配單元：傳輸帶傳輸瓶體至要求的鋼珠裝配擋停的位置，根據訂單需求完成大小鋼球灌裝后，擋停機構復位，傳輸帶運行將灌裝后的瓶子傳輸至下一單元。
（1.5）搬運裝配單元：傳輸帶將物料輸送到末端，搬運復合機構將物料搬運至稱(chēng)重單元；
（1.6）稱(chēng)重單元：對灌裝的工件進(jìn)行稱(chēng)重，三色燈根據稱(chēng)重結果進(jìn)行顯示（稱(chēng)重合格后綠燈亮，稱(chēng)重不合格紅燈亮）并將稱(chēng)重合格的物料進(jìn)行盒蓋裝配；由供料氣缸推出料倉的盒蓋，盒蓋抓取裝配復合機構抓取盒蓋，在稱(chēng)重單元對瓶體進(jìn)行盒蓋的裝配。
（1.7）倉儲單元：裝配完成的瓶子由龍門(mén)搬運機械手在稱(chēng)重單元進(jìn)行抓取，入庫前，根據任務(wù)要求將合格工件產(chǎn)品信息通過(guò)RFID寫(xiě)入標簽中，根據訂單要求放置在相應編號的倉儲庫位中。
（2）汽車(chē)輪胎輪轂（或工件）自動(dòng)裝配生產(chǎn)流程
工藝流程要求：
（2.1）生產(chǎn)管理系統：部署有MES軟件、數字孿生軟件和云平臺，可以實(shí)現訂單管理、設備管理、生產(chǎn)管理、虛擬仿真、數據云端維護等，具有總控系統功能，實(shí)現平臺所有數據上傳和下發(fā)等；
（2.2）供料單元：接收訂單命令后，由供料氣缸推出料倉輪胎（模擬）到傳輸帶上，RFID對模擬輪胎進(jìn)行信息寫(xiě)入或識別檢測，之后，傳輸帶輸送到下一單元；
（2.3）旋轉供料單元：根據任務(wù)要求，含有輪轂（模擬）物料的料倉旋轉到位，由供料氣缸推出料倉輪轂（模擬）到供料臺，由物料抓取復合機構進(jìn)行裝配，之后，傳輸帶輸送到下一單元；
（2.4）高度檢測單元：傳輸到高度檢測單元，擋停氣缸伸出，根據任務(wù)要求進(jìn)行高度（或深度）檢測，判斷是否合格，并將結果傳輸至數據管理中心；
（2.5）檢測分揀單元：傳輸帶傳輸輪胎（模擬）至要求檢測分揀擋停位置，根據任務(wù)要求掃碼器對輪胎（模擬）進(jìn)行掃碼信息確認（或視覺(jué)質(zhì)量檢測或顏色檢測識別），信息確認完成后，傳輸帶輸送到下一單元；
（2.6）搬運裝配單元：傳輸帶將物料輸送到末端，搬運復合機構將物料搬運至稱(chēng)重單元；
（2.7）稱(chēng)重單元：對輪胎（模擬）進(jìn)行稱(chēng)重，三色燈根據稱(chēng)重結果進(jìn)行顯示（稱(chēng)重合格后綠燈亮，稱(chēng)重不合格紅燈亮）。
（2.8）倉儲單元：裝配完成的輪胎（模擬）由龍門(mén)搬運機械手在稱(chēng)重單元進(jìn)行抓取，入庫前，根據任務(wù)要求將合格工件產(chǎn)品信息通過(guò)RFID寫(xiě)入標簽中，根據訂單要求放置在相應編號的倉儲庫位中。
（3）柑橘分揀生產(chǎn)流程
（3.1）生產(chǎn)管理系統：部署有MES軟件、數字孿生軟件和云平臺，可以實(shí)現訂單管理、設備管理、生產(chǎn)管理、虛擬仿真、數據云端維護等，具有總控系統功能，實(shí)現平臺所有數據上傳和下發(fā)等；
（3.2）供料單元：接收訂單命令后，由供料氣缸推出料倉的空瓶到傳輸帶上，RFID對空瓶進(jìn)行信息寫(xiě)入或識別檢測，之后，傳輸帶輸送到下一單元；
（3.3）鋼珠裝配單元：傳輸帶傳輸瓶體至要求的鋼珠裝配擋停的位置，根據訂單需求完成模擬柑橘的大�。S色或綠色）珠子灌裝后，擋停機構復位，傳輸帶運行將灌裝后的瓶子傳輸至下一單元。
（3.4）檢測分揀單元：傳輸帶傳輸瓶體至要求的檢測分揀擋停位置，根據任務(wù)要求掃碼器對瓶體進(jìn)行掃碼信息確認（或視覺(jué)質(zhì)量檢測或顏色檢測識別），信息確認完成后，合格產(chǎn)品繼續傳輸到下一單元，不合格產(chǎn)品推至廢料倉；
（3.5）搬運裝配單元：傳輸帶將物料輸送到末端，搬運復合機構將物料搬運至稱(chēng)重單元；
（3.6）稱(chēng)重單元：對灌裝的工件進(jìn)行稱(chēng)重，三色燈根據稱(chēng)重結果進(jìn)行顯示（稱(chēng)重合格后綠燈亮，稱(chēng)重不合格紅燈亮）并將稱(chēng)重合格的物料進(jìn)行盒蓋裝配；由供料氣缸推出料倉的盒蓋，盒蓋抓取裝配復合機構抓取盒蓋，在稱(chēng)重單元對瓶體進(jìn)行盒蓋的裝配。
（3.7）倉儲單元：裝配完成的瓶子由龍門(mén)搬運機械手在稱(chēng)重單元進(jìn)行抓取，入庫前，根據任務(wù)要求將合格工件產(chǎn)品信息通過(guò)RFID寫(xiě)入標簽中，根據訂單要求放置在相應編號的倉儲庫位中。
（4）變速箱部件（或發(fā)動(dòng)機部件）裝配生產(chǎn)流程
工藝流程要求：
（4.1）生產(chǎn)管理系統：部署有MES軟件、數字孿生軟件和云平臺，可以實(shí)現訂單管理、設備管理、生產(chǎn)管理、虛擬仿真、數據云端維護等，具有總控系統功能，實(shí)現平臺所有數據上傳和下發(fā)等；
（4.2）供料單元：接收訂單命令后，由供料氣缸推出變速箱部件（或發(fā)動(dòng)機部件）（模擬）到傳輸帶上，RFID對模擬輪胎進(jìn)行信息寫(xiě)入或識別檢測，之后，傳輸帶輸送到下一單元；
（4.3）旋轉供料單元：根據任務(wù)要求，含有輪轂（模擬）物料的料倉旋轉到位，由供料氣缸推出部件零件（模擬）到供料臺，由物料抓取復合機構進(jìn)行裝配，之后，傳輸帶輸送到下一單元；
（4.4）高度檢測單元：傳輸到高度檢測單元，擋停氣缸伸出，根據任務(wù)要求進(jìn)行高度（或深度）檢測，判斷是否合格，并將結果傳輸至數據管理中心；
（5.5）檢測分揀單元：傳輸帶傳輸物料至要求的檢測分揀擋停位置，根據任務(wù)要求掃碼器對變速箱部件（或發(fā)動(dòng)機部件）（模擬）進(jìn)行掃碼信息確認（或視覺(jué)質(zhì)量檢測或顏色檢測識別），信息確認完成后，傳輸帶輸送到下一單元；
（5.6）搬運裝配單元：傳輸帶將物料輸送到末端，搬運復合機構將物料搬運至稱(chēng)重單元；
（5.7）稱(chēng)重單元：對輪胎（模擬）進(jìn)行稱(chēng)重，三色燈根據稱(chēng)重結果進(jìn)行顯示（稱(chēng)重合格后綠燈亮，稱(chēng)重不合格紅燈亮）。
（5.8）倉儲單元：裝配完成的變速箱部件（或發(fā)動(dòng)機部件）（模擬）由龍門(mén)搬運機械手在稱(chēng)重單元進(jìn)行抓取，入庫前，根據任務(wù)要求將合格工件產(chǎn)品信息通過(guò)RFID寫(xiě)入標簽中，根據訂單要求放置在相應編號的倉儲庫位中。
也可根據教學(xué)任務(wù)調整工藝流程。
四、設備結構要求
設備要求由實(shí)訓工作臺單元、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )控制單元、工業(yè)電氣控制單元、檢測單元、執行單元、信息管理單元等實(shí)訓輔助單元組成。
1、實(shí)訓工作臺單元
實(shí)訓臺承重主體要求為鋁型材拼接而成，側封板為鈑金，正面采用雙開(kāi)門(mén)設計，桌面采優(yōu)質(zhì)專(zhuān)業(yè)鋁型材拼接成型；為功能單元的安裝提供標準的安裝接口，可根據實(shí)訓任務(wù)隨意調整單元安裝位置；預留有標準氣源和電氣接口安裝位置，根據單元的使用情況進(jìn)行功能的擴展；為功能單元、功能套件提供穩定的電源；平臺上可牢固安裝多種多功能多應用單元。實(shí)訓臺內部用于單元和工具存放。
2、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )控制單元
工業(yè)網(wǎng)絡(luò )控制單元要求包含三層工業(yè)交換機、防火墻、無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)及客戶(hù)端、工業(yè)交換機等。利用以太網(wǎng)通信接口實(shí)現整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)系統的網(wǎng)絡(luò )通信，能夠實(shí)現與其它單元的網(wǎng)絡(luò )通信與數據傳輸。
3、工業(yè)電氣控制單元
工業(yè)電氣控制單元要求采用網(wǎng)孔板結構安裝，至少包含空開(kāi)、PLC、伺服系統、步進(jìn)系統、變頻器、工業(yè)級交換機、繼電器、按壓式接線(xiàn)端子排等元器件。用于接收來(lái)自檢測單元的傳感數據，發(fā)送控制指令，實(shí)現執行單元的動(dòng)作執行，以及和信息管理單元實(shí)現數據可視化、信息化管理等功能。
4、檢測單元
要求包括工業(yè)視覺(jué)、條碼/二維碼檢測、稱(chēng)重檢測等產(chǎn)品檢測裝置，以及對整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)系統的設備狀態(tài)、環(huán)境參數實(shí)時(shí)監測的各類(lèi)傳感裝置，包括溫度、濕度、電能、電量等動(dòng)力環(huán)境監測。
（4.1）檢測單元1-高度檢測單元
高度檢測單元要求由測距傳感器、氣缸、單元底座、遠程IO模塊等組成�？蓹z測工件的深度。
（4.2）檢測單元2-分揀檢測單元
分揀檢測單元要求由工業(yè)視覺(jué)系統、顏色傳感器、金屬傳感器、分揀機構、單元底板、遠程IO模塊等組成。工件經(jīng)過(guò)視覺(jué)下方時(shí)進(jìn)行視覺(jué)檢測，可檢測工件的顏色和形狀，掃碼器用于工件二維碼的檢測，配備廢料庫，不符合要求的由廢料推料氣缸推至廢料庫。
5、執行單元
要求包括機械手、傳輸帶、氣缸等執行元件如輸送供料、旋轉供料，RFID、鋼珠裝配、搬運裝配、龍門(mén)搬運、導軌搬運、智能倉儲能夠實(shí)現整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)系統的物料入庫、物料組裝、物料搬運等生產(chǎn)執行環(huán)節。
（5.1）執行單元1-輸送供料單元
輸送供料單元要求由傳送帶、變頻電機、RFID、供料單元、稱(chēng)重單元、單元底座、遠程IO模塊等組成。工件由推料氣缸推出后，輸送帶帶動(dòng)工件運動(dòng)，從而完成高度檢測、大小鋼珠裝配、視覺(jué)檢測、顏色檢測、工件材質(zhì)檢測等工序。
（5.2）執行單元2-RFID單元
要求是一款集天線(xiàn)，放大器，控制器于一體的3合1型高頻讀寫(xiě)頭，可與其他模塊進(jìn)行組合，實(shí)現不同的實(shí)訓任務(wù)，實(shí)訓任務(wù)設計可以參考教學(xué)資源中實(shí)訓指導書(shū)里面的案例，用戶(hù)亦可自主進(jìn)行應用拓展。
（5.3）執行單元3-旋轉供料單元
旋轉供料單元要求由步進(jìn)電機、旋轉臺、供料機構、傳感器、單元底座、遠程IO模塊等組成。主要放置多類(lèi)型物料等原材料，可根據工藝流程需要，由步進(jìn)電機帶動(dòng)轉盤(pán)旋轉從而選擇需要的工件。
（5.4）執行單元4-鋼珠裝配單元
鋼珠裝配單元要求由大小鋼珠料筒、供料機構、電磁閥組、單元底座、遠程IO模塊等組成。小鋼珠物料檢測傳感器檢測到工件后，前后阻擋氣缸伸出，小鋼珠推料氣缸將小鋼珠推出，前后阻擋氣缸縮回，隨后輸送帶帶動(dòng)工件繼續運行。大鋼珠物料檢測傳感器檢測到工件后，前后阻擋氣缸伸出，大鋼珠推料氣缸將大鋼珠推出，前后阻擋氣缸縮回，隨后輸送帶帶動(dòng)工件繼續運行；
（5.5）執行單元5-搬運裝配單元
搬運裝配單元要求由行程氣缸、夾爪氣缸、供料機構、物料搬運復合機構、物料抓取裝配復合機構、單元底板、遠程IO模塊等組成。
（5.6）執行單元6-龍門(mén)搬運單元
龍門(mén)搬運單元要求由伺服電機、龍門(mén)架、搬運機構、傳感器、單元底座、遠程IO模塊等組成。工件裝配完成后，由龍門(mén)搬運單元搬運入庫，龍門(mén)搬運單元有X軸、Y軸運動(dòng)，上下運動(dòng)由氣缸完成。
（5.7）執行單元7-智能倉儲單元
智能倉儲單元由傳感器、倉儲庫位、廢料倉、單元底板等組成。 智能倉儲單元由九個(gè)庫位組成，每個(gè)庫位都配備傳感器，將該庫位是否有料反饋給PLC。
（5.8）執行單元8-導軌搬運單元
導軌搬運單元要求由伺服導軌、搬運復合機構、傳感器、電磁閥組、單元底座、遠程IO模塊等組成。
6、實(shí)訓輔助單元
電腦桌承重主體要求為鋁型材拼接而成，側封板為鈑金，桌面采用優(yōu)質(zhì)板材，帶絲口萬(wàn)向腳輪并有剎車(chē)功能；安裝雙屏氣動(dòng)顯示器支架；配套椅子。
電腦工作桌顯示器調節靈活、采用高度自由懸停方式，360°旋轉橫豎切換，適應各種操作顯示需要。
7、信息管理單元
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