SBGYW-02型工業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡綜合實訓平臺

一、產(chǎn)品概述

工業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡綜合實訓平臺是根據(jù)人力資源和社會保障部制定的"可編程序控制系統(tǒng)設計師"培訓及國家職業(yè)標準考核大綱內(nèi)容，適當增加新技術，按照職業(yè)教育培訓、職業(yè)技能鑒定和實訓教學要求而研制的。設備包含PLC、變頻器、觸摸屏、小車運動單元、二維絲桿運動單元、三相異步電機、傳感器、電氣元件等部件，適合職業(yè)院校、職業(yè)培訓學校、職教中心、鑒定站/所對可編程序控制系統(tǒng)設計師的四、三、二級開展培訓及技能鑒定。

二、研發(fā)背景

1. 工業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡綜合實訓裝置是根據(jù)人力資源和社會保障部制定的"可編程序控制系統(tǒng)設計師"培訓及國家職業(yè)標準考核大綱內(nèi)容，適當增加新技術，按照職業(yè)教育培訓、職業(yè)技能鑒定和實訓教學要求而研制的。

2. 工業(yè)迅速發(fā)展處理器要求不斷提高，教學需要與時俱進設備要不斷升級，而教學還需要從基礎學起，同時滿足需要實驗室建設重復會導致浪費資金和實驗室空間。

3. 一個產(chǎn)品需要多種加工工藝，導致工業(yè)現(xiàn)場設備錯縱復雜，一個主機不能完成所有工作，需要多個站點進行相互配合完成。

4. 不同層次的考核需要不同設備，不能有機的進行結合，有些實訓完成后無法進行考量檢查學生的接受程度。

三、工業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡綜合實訓裝置特色

1. 實訓建設理念為一次性建設，本設備采用通用型寬展口，所有主機的I/O口都可通過擴展口引出，可以用于插接式訓練，也可進行線接式實操訓練；還設有兩塊可拆卸的網(wǎng)孔板可對不同層次的學生進行考核。

2. 在主機選型方面由小型S7-1200系列PLC，全面覆蓋了西門子常用PLC類型，主機可以通過并口連接到實訓區(qū)進行實訓，可從基礎小型PLC開始學起，再到中型PIC,最后到大型PLC，由簡到繁的學習理念讓學生容易接受，學習起來更加得心應手。

3. 采用模塊組合式結構，含開關量、模擬量、變頻調(diào)速、觸摸屏、通信模塊等，配套MCGS工控組態(tài)監(jiān)控軟件，實現(xiàn)仿真化、信息化實訓教學。

4. 項目實訓模塊：利用目前典型的可編程控制器及總線技術完成對工業(yè)生產(chǎn)中典型案例的模擬對象、實物模型中的邏輯、模擬、過程、運動等的控制。

5. 仿真實訓教學：通過虛擬環(huán)境實時顯示PLC運行狀態(tài)，模擬工業(yè)現(xiàn)場控制，可以進行編程訓練、程序編寫測試等功能。

6. 模塊化網(wǎng)絡系統(tǒng)：網(wǎng)絡結構主要由西門子主機S7-1200構成，根據(jù)工業(yè)中西門子PLC應用歷程構建了一個工業(yè)網(wǎng)絡，網(wǎng)絡通訊涉及PROFINET通訊、以太網(wǎng)通等多層網(wǎng)絡通訊。

四、技術性能

1. 輸入電源：三相四線（或三相五線）～380V±10% 50Hz

2. 工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃  相對濕度＜85%(25℃)  海拔＜4000m

3. 裝置容量：＜0.5kVA

4. 重    量：100kg

5. 外形尺寸：1780mm×730mm×1460mm

6. 安全保護：具有漏電壓、漏電流保護裝置，安全符合國家標準

五、基本配置及功能:實訓裝置由S7-1200單元、變頻調(diào)速單元、小車運動控制單元、、實訓組件、電工基礎實訓單元二維絲桿控制單元、觸摸屏單元、以太網(wǎng)交換機、交流電機等組成。

1. S7-1500單元

S7-1500單元主要由主機1511C-1PN。

主機1511C-1PN，CPU自帶顯示屏；工作存儲器可存儲 175 KB 代碼和 1 MB 數(shù)據(jù)；位指令執(zhí)行時間 60 ns；4 級防護機制，工藝功能，運動控制，閉環(huán)控制，計數(shù)與測量；跟蹤功能；PROFINET IO 控制器，支持 RT/IRT，性能升級 PROFINET V2.3，支持 MRP、MRPD，傳輸協(xié)議 TCP/IP，安全開放式用戶通信，S7 通信，Web 服務器，DNS 客戶端，OPC UA 服務器數(shù)據(jù)訪問；自帶 DI16/DQ16，AI5/AQ2，數(shù)字量輸入模塊 DI 16xDC24V，16 個一組；數(shù)字量輸出模塊 DQ 16xDC24V/0.5A，16 個一組；模擬量輸入模塊 AI 4xU/I、AI 1xRTD，16 位，5 個一組；模擬量輸出模塊 AQ 2xU/I，16 位，2 個一組；6 個通道用于計數(shù)與測量，帶增量式編碼器 24 V（最高 100 kHz）；4 個通道用于 PTO；脈寬調(diào)制；頻率輸出（最高 100 kHz）。

2. 觸摸屏單元

觸摸屏單元采用西門子KTP700 Basic 7寸彩色觸摸屏，7'' TFT 顯示屏，800 x 480 像素，64K 色；按鍵和觸摸操作，8 個功能鍵；1 x PROFINET，1 x USB，用于1200主機以太網(wǎng)通訊，控制和顯示各單元的運行狀態(tài)。

3. 以太網(wǎng)交換機

以太網(wǎng)交換機采用非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng) 10/100MBIT/S交換機，自帶5個雙絞線端口，RJ45 接口；用于構建小型星形和總線形拓撲結構；自帶LED診斷顯示，供電電源DC 24V 。

4. 變頻調(diào)速單元

變頻調(diào)速單元采用西門子SINAMICS 系列G120變頻器，控制單元CU250,功率單元PM240,三相380V供電，輸出功率0.55KW。集成PROFINET通訊接口，提供BOP操作面板；具有線性V/F控制、平方V/F控制、可編程多點設定V/F控制，磁通電流控制、直流轉矩控制；集成4路數(shù)字量輸入，2路模擬量輸入；具備過電壓、欠電壓保護，變頻器、電機過熱保護，短路保護等。

5. 小車運動控制單元

主要由運動小車（直流電機調(diào)速器）、同步帶輪傳動機構、直流電機、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、行程開關等組成，通過傳感檢測、PLC編程，實現(xiàn)運動距離測量、傳動控制、鍵值優(yōu)化比較行走控制、定向控制、報警運行控制、點動控制等，能實現(xiàn)小車的精確定位。該系統(tǒng)外觀精美，體積緊湊，重量輕。

6. 實訓組件

實訓組件主要由電源掛箱虛實結合掛箱，掛箱區(qū)域采用開放式結構可根據(jù)需求增加不同掛箱。

電源掛箱提供AC380V、AC220V、DC24V電源，為實訓掛箱和電機實訓單元提供動力源；設有啟動停止按鈕，各相電源工作指示，具有過流、過壓、短路等保護。

7. 二維絲桿控制單元

二維絲桿控制單元主要由伺服驅(qū)動和步進驅(qū)動組成。

伺服驅(qū)動用于控制Y軸絲桿，采用交流伺服驅(qū)動，工作電壓AC220V，輸出功率200W。采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，智能功率模塊（IPM） 內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應能力和很強的抗干擾的能力；支持位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制。

步進驅(qū)動用于控制X軸絲桿，采用交流伺服驅(qū)動，工作電壓DC24V，輸出功率35W；內(nèi)部集成控制電路和功率電路，具有自檢線圈和短路保護等功能。

8. 電工基礎實訓單元

電工基礎實訓單元主要由交流接觸器、中間繼電器、時間繼電器、按鈕等組成，用于電機正反轉、星三角轉換、啟停自鎖等實訓。

9. 三相交流電機

交流額定電壓380V/△接法，轉速1400轉/min，功率40W，頻率50HZ，絕緣等級E級。

五、實訓項目

（1）PLC基本技能實訓：MCGS組態(tài)棒圖實驗教學,利用已編輯好組態(tài)棒圖,對以下任何實驗進行動態(tài)跟蹤教學實驗針對實驗項目的具體要求，學生自行編輯組態(tài)棒圖進行實驗。

1. PLC認知實訓（軟硬件結構、系統(tǒng)組成、基本指令、接線、編程下載等）

（2）PLC虛擬控制應用實訓

1. 數(shù)碼顯示控制

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(tǒng)控制

8. 四節(jié)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. 自控成型機控制

12. 自動洗衣機控制

13. 電鍍生產(chǎn)線控制

14. 自控軋鋼機控制

15. 郵件分揀機控制

16. 自動售貨機控制

17. 機械手控制控制

18. 四層電梯控制

（3）PLC實物控制應用實訓

19. 直線運動位置檢測、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

（4）典型電動機控制實操實訓

27. 三相鼠籠式異步電動機點動和自鎖PLC控制

28. 三相鼠籠式異步電動機聯(lián)動正反轉PLC控制

29. 三相鼠籠式異步電動機帶延時正反轉PLC控制

30. 三相鼠籠式異步電動機Y/△轉換起動PLC控制

（5）PLC、變頻器、觸摸屏綜合應用技能實訓

31. 變頻器功能參數(shù)設置與操作

32. 外部端子點動控制

33. 變頻器控制電機正反轉

34. 多段速度選擇變頻調(diào)速

35. 變頻器無級調(diào)速

36. 外部模擬量方式的變頻調(diào)速控制

37. 基于PLC的變頻器外部端子的電機正反轉控制

38. 基于PLC模擬量方式變頻開環(huán)/閉環(huán)調(diào)速控制

39. 基于PLC通信方式的變頻開環(huán)調(diào)速

40. 基于觸摸屏控制方式的基本指令編程練習

41. 基于觸摸屏控制方式的數(shù)碼顯示控制

（6）網(wǎng)絡通訊綜合實訓

42. PLC與變頻器RS485通訊實訓

43. PLC、觸摸屏與變頻器通信控制

44. PLC主機之間PROFINET通訊實訓

45. PLC、變頻器、觸摸屏組網(wǎng)綜合應用實訓

六、工業(yè)自動化數(shù)字孿生仿真軟件

采用單片機技術，具備多路數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出，有通訊接口與電腦相連，通過內(nèi)置協(xié)議與上位機中虛擬仿真教學軟件實時通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和對外控制等操作。具有RS232通信接口或USB通信接口、24路開關量輸入接口及指示、24路開關量輸出接口及指示、4路模擬量輸入接口、4路模擬量輸出接口、系統(tǒng)協(xié)同傳感器模塊將動作信號反饋給上位機仿真軟件中的虛擬對象模型，虛擬對象模型給出反饋信號，PLC等智能控制器根據(jù)信號執(zhí)行相應的輸出操作，以此反應整個系統(tǒng)執(zhí)行動作過程。能在具有物理屬性的3D環(huán)境中進行虛擬設備的仿真調(diào)試。具有高度的人機交互性，通過虛擬對象進行各種與實際環(huán)境中相1同的操作。軟件通過自動、手動和PLC控制三種模式再現(xiàn)了以下虛擬工業(yè)場景：

1）三層電梯控制

2）自動售貨機

3）機械手

4）自動門

5）天塔之光

6）全自動洗衣機

7）自動成型機

8）紅綠燈

9）裝配流水線

10）四路搶答器

11）音樂噴泉

12）軋鋼機

13）郵件分揀

14）物料分揀

15）多級傳輸

16）八段碼顯示

17）多種液體混合

18）雙面銑床

19）電鍍槽

20）交流電機正反轉控制

21）小車運動

22）攪拌站

23）汽車燈光控制

24）汽車火花塞點火控制

25）加工中心控制

26）隧道監(jiān)控

27）自動扶梯

28）CA6140普通車床PLC改造控制

29）X62W萬能銑床PLC改造控制

30）T68臥式鏜床PLC改造控制

31）M7120平面磨床PLC改造控制

32）Z3050搖臂鉆床PLC改造控制

33）電動葫蘆PLC改造控制

34）Z35搖臂鉆床PLC改造控制

35）M1432A萬能外圓磨床PLC改造控制

36）PLC基礎電路實訓。