一种工业互联网实施与运维实训平台的制作方法

本发明涉及工业互联网教学实训领域，尤其是一种工业互联网实施与运维实训平台。

背景技术：

当前制造业正处在由数字化、网络化向智能化发展的重要阶段，其核心是基于海量工业数据的全面感知，通过端到端的数据深度集成与建模分析，实现智能化的决策与控制指令，形成智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等新型制造模式。

工业互联网是新一代信息通信技术与现代工业技术深度融合的产物，是制造业数字化、网络化、智能化的重要载体。随着工业互联网的应用领域越来越广。社会对具备工业互联网实施与运维等相关技术的人才需求不断增加。迫切需要学校对相关人才的培养和输出。

伴随着工业互联网浪潮的到来，对于相关人才的需求日益扩大，目前高校对工业互联网的教学还是停留在书本上，限制了学生的动手操作能力。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种工业互联网实施与运维实训台，通过基础实训使学生掌握工业互联网实施与运维相关技术，提高动手操作能力。

为实现上述目的，本发明一种工业互联网实施与运维实训台，包括组合电脑桌（1），工作台柜（2），工业网关模块（5），原料模块（6），成品/废品模块（7），检测/组装模块（8），机器人模块（9），人机交互模块（10），转运模块（11），上下料模块（12），加工模块（13），所述工作台柜（2）底板安装有控制系统（4）；上述部件均集成安装在工作台柜（2）上，并整体形成可移动式实训台，通过工业网关模块（5）进行各个部件的运行数据采集，并通过人机交互模块（10）实现学生的实训操作。

进一步，所述工作台柜（2）的台面安装有工作台防护罩（3），工作台防护罩（3）的各面均设有透明亚克力门（14），其上设有开关门检测传感器（15），当人为开关门时，会触发系统报警；所述工装台防护罩（3）顶部安装有液晶显示屏（16），用于显示数据。

进一步，所述原料模块（6）设有车底上料料井（20），车底上料料井（20）设有光纤传感器（17）、车底物料推送气缸（18）、第一光电开关（19），光纤传感器（17）用于料井缺料检测，光电开关（19）设置在车底上料料井（20）的前端，用于检测车底物料是否推出到位。

进一步，所述原料模块（6）设有车体上料平台（21），所述车体上料平台（21）设有四个车体原料放置工位（22）及小车拆解工位（23）；所述车体原料放置工位（22）的底部设有第二光电开关（24），第二光电开关（24）用于检测是否放置有物料；所述小车拆解工位（23）设有吸盘（25），用于拆解固定。

进一步，所述成品/废品模块（7）设有八个成品放置工位（26）及两个废品放置工位（27），所述成品放置工位（26）及废品放置工位（27）的底部均设有第三光电开关（28），第三光电开关（28）用于检测是否放置有物料。

进一步，所述检测/组装模块（8）设有车体高度检测机构（29），所述高度检测机构（29）设有推送滑台气缸（30）及升降滑台气缸（31），所述升降滑台气缸（31）安装于推送滑台气缸（30）上，所述升降滑台气缸（31）上安装有车体高度检测机构（32）。

进一步，所述检测/组装模块（8）还设有颜色传感器（33），颜色传感器（33）用于车体颜色检测。

进一步，所述检测/组装模块（8）还设有检测工位（34）、组装工位（35），所述检测工位（34）、组装工位（35）底部设有第四光电开关（36），第四光电开关（36）用于检测是否放置有物料。

进一步，所述机器人模块（9）设有四轴机器人（37），所述四轴机器人（37）末端设有末端执行器（38），所述末端执行器（38）设有两个夹爪（39），夹爪（39）设有磁性开关（40），用于检测夹爪的开合。

进一步，所述转运模块（11）设有无杆气缸（43），所述无杆气缸（43）的滑台上设有物体转运治具（44），所述无杆气缸（43）设有磁性开关（45），用于检测滑台位置。

进一步，所述上下料模块（12）设有三轴气动桁架（46），所述三轴气动桁架（46）的x轴有推动气缸（47）及直线导轨（48）；所述三轴气动桁架（46）的y轴为无杆气缸（49），所述三轴气动桁架（46）的y轴通过铝型材支撑架（50）安装于x轴台面上；所述三轴气动桁架（46）的z轴为三轴气缸（51），所述三轴气缸（51）末端安装有第二夹爪（52）。

进一步，所述加工模块（13）设有三轴cnc数控加工中心（53），所述三轴cnc数控加工中心（53）上设有工具定位夹具（54）。

进一步，所述人机交互模块（10）设有触摸屏（41）及操作按钮（42）；所述控制系统（4）设有plc单元，温度检测单元，湿度检测单元，机器人控制柜单元，cnc系统单元，工业交换机单元；所述plc单元用于对系统数字信号及模拟量信号进行处理；所述温度检测单元用于对控制系统温度进行监测；所述湿度检测单元用于对控制系统湿度进行监测；所述机器人控制柜单元用于对机器人运动机机器人信号进行控制；所述cnc系统单元用于对cnc运动及信号进行控制；工业交换机单元用于实现个单元的数据通信及工业网关模块（5）的数据采集。

本发明通过端到端的数据深度集成与建模分析，实现智能化的决策与控制指令，形成智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等新型制造模式，通过集成化的可移动式实训台，实现学生的实训操作，使学生掌握工业互联网实施与运维相关技术，提高动手操作能力。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为人机交互模块、转运模块、上下料模块、加工模块集成的结构示意图；

图3为工业网关模块、原料模块、成品/废品模块、检测/组装模块、机器人模块集成的结构示意图；

图4为车底上料料井结构立体示意图；

图5为车底上料料井主视结构示意图；

图6为车底上料料井俯视结构示意图；

图7为车底上料料井侧视结构示意图；

图8为车体上料平台结构立体示意图；

图9为车体上料平台主视结构示意图；

图10为车体上料平台俯视结构示意图；

图11为成品/废品模块结构立体示意图；

图12为成品/废品模块主视结构示意图；

图13为成品/废品模块俯视结构示意图；

图14为工作台防护罩结构示意图；

图15为工业网关模块结构示意图；

图16为检测/组装模块结构立体示意图；

图17为检测/组装模块主视结构示意图；

图18为检测/组装模块俯视结构示意图；

图19为机器人模块结构立体示意图；

图20为机器人模块主视结构示意图；

图21为机器人模块俯视结构示意图；

图22为人机交互模块结构示意图；

图23为转运模块结构立体示意图；

图24为转运模块主视结构示意图；

图25为转运模块俯视结构示意图；

图26为三轴气动桁架结构立体示意图；

图27为三轴气动桁架主视结构示意图；

图28为三轴气动桁架俯视结构示意图；

图29为三轴气动桁架侧视结构示意图；

图30为加工模块结构示意图；

图31为plc单元线路示意图；

图32为温湿度传感器线路示意图；

图33为cnc系统线路示意图；

图34为机器人的主电气室线线路示意图；

图35为工业交换机单元线路示意图；

图36为本发明流程结构示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位旋转90度或位于其他方位，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1至图30所示，本发明一种工业互联网实施与运维实训台，包括组合电脑桌1，工作台柜2，工业网关模块5，原料模块6，成品/废品模块7，检测/组装模块8，机器人模块9，人机交互模块10，转运模块11，上下料模块12，加工模块13，工作台柜2底板安装有控制系统4；上述部件均集成安装在工作台柜2上，并整体形成可移动式实训台，通过工业网关模块5进行各个部件的运行数据采集，并通过人机交互模块10实现学生的实训操作。

工作台柜2的台面安装有工作台防护罩3，工作台防护罩3的各面均设有透明亚克力门14，其上设有开关门检测传感器15，当人为开关门时，会触发系统报警；工装台防护罩3顶部安装有液晶显示屏16，用于显示数据。

原料模块6设有车底上料料井20，车底上料料井20设有光纤传感器17、车底物料推送气缸18、第一光电开关19，光纤传感器17用于料井缺料检测，光电开关19设置在车底上料料井20的前端，用于检测车底物料是否推出到位。

原料模块6设有车体上料平台21，车体上料平台21设有四个车体原料放置工位22及小车拆解工位23；车体原料放置工位22的底部设有第二光电开关24，第二光电开关24用于检测是否放置有物料；小车拆解工位23设有吸盘25，用于拆解固定。

成品/废品模块7设有八个成品放置工位26及两个废品放置工位27，成品放置工位26及废品放置工位27的底部均设有第三光电开关28，第三光电开关28用于检测是否放置有物料。

检测/组装模块8设有车体高度检测机构29，高度检测机构29设有推送滑台气缸30及升降滑台气缸31，升降滑台气缸31安装于推送滑台气缸30上，升降滑台气缸31上安装有车体高度检测机构32，车体高度检测机构32通过期内部设置的高度检测传感器来进行高度检测。

检测/组装模块8还设有颜色传感器33，颜色传感器33用于车体颜色检测。

检测/组装模块8还设有检测工位34、组装工位35，检测工位34、组装工位35底部设有第四光电开关36，第四光电开关36用于检测是否放置有物料。

机器人模块9设有四轴机器人37，四轴机器人37末端设有末端执行器38，末端执行器38设有两个夹爪39，夹爪39设有磁性开关40，用于检测夹爪的开合。

转运模块11设有无杆气缸43，无杆气缸43的滑台上设有物体转运治具44，无杆气缸43设有磁性开关45，用于检测滑台位置。

上下料模块12设有三轴气动桁架46，三轴气动桁架46的x轴有推动气缸47及直线导轨48；三轴气动桁架46的y轴为无杆气缸49，三轴气动桁架46的y轴通过铝型材支撑架50安装于x轴台面上；三轴气动桁架46的z轴为三轴气缸51，三轴气缸51末端安装有第二夹爪52。

加工模块13设有三轴cnc数控加工中心53，三轴cnc数控加工中心53上设有工具定位夹具54。

人机交互模块10设有触摸屏41及操作按钮42；控制系统4设有plc单元，温度检测单元，湿度检测单元，机器人控制柜单元，cnc系统单元，工业交换机单元；plc单元用于对系统数字信号及模拟量信号进行处理；温度检测单元用于对控制系统温度进行监测；湿度检测单元用于对控制系统湿度进行监测；机器人控制柜单元用于对机器人运动机机器人信号进行控制；cnc系统单元用于对cnc运动及信号进行控制；工业交换机单元用于实现个单元的数据通信及工业网关模块5的数据采集。工业网关模块5为网间连接器、协议转换器，是一个网络连接到另一个网络的“关口”。它在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间充当翻译器。

本发明中，如图31、图32、图33所示，plc单元的型号选用西门子1200系列的1214dc/dc/dc型号，其cpu模块为6es7214-1ag40-0xb0。温度检测单元中选用的是安科瑞的温湿度传感器，型号为whd20r-11。cnc系统选用的是蓝天数控。如图34所示为机器人的主电气室线路图。如图35所示，工业交换机单元采用华为24口工业交换机。

本发明中，plc单元用可编程的存储器作面向用户指令的内部寄存器，完成规定的功能，如逻辑、顺序、定时、计数、运算等，通过数字或模拟的输入/输出，控制各种类型的机械或过程。可编程序控制器及其相关外围设备的设计，使它能够非常方便地集成到工业控制系统中，并能很容易地达到所期望的所有功能。

本发明工业互联网实施与运维实训台，适用于：

中等职业学校：物联网技术应用、计算机网络技术、通信技术、软件与信息服务、计算机应用、机电技术应用、工业机器人技术应用、电气技术应用、网络信息安全等专业。

高等职业院校：工业网络技术、物联网应用技术、物联网工程技术、云计算技术与应用、智能控制技术、通信技术、计算机应用技术、机电一体化技术、工业机器人技术、机械制造与自动化等专业。

应用型本科院校：物联网工程、智能制造工程、通信工程、电子信息工程、软件工程、自动化、机器人工程、机械设计制造及其自动化、信息安全、智能科学与技术等专业。

如图36所示，工作时，分为两个流程部分：加工组装流程、成品拆装流程。

加工组装流程，具体为：

启动工业互联网实施与运维实训台，选择手动模式或自动模式，如果是手动模式，采用气缸手动操作、机器人手动操作、机床手动操作。

选择自动模式，步骤为：

1、气缸原位、机床原点、机器人原点、原料检测，进行确认；如果却认为非上述参数，进行手动模式下回原点，如果确认为上述参数，则进行下一步；

2、机器人拾取车体原料；

3、移动至滑台工位；

4、滑台气缸进行输送；

5、机器人回到安全点；

6、龙门机械手进行车体搬运；

7、龙门机械手移动到位；

8、机床工装固定进行铣削加工；

9、机床加工完毕；

10、加工完成，龙门机械手进行车体搬运；

11、机械手放置滑台气缸工位、回退到位；

12、滑台气缸，进行输送；

13、滑台移动到位；

14、机器人拾取车体到检测工位；

15、移动与升降气缸到位；

16、进行加工检测；

17、如果加工不合格，放入废料工位，机器人回原点，返回自动运行条件判断步；

18、如果加工合格，进行车底送料，机器人拾取；

19、放置组装工位后，机器人拾取检测后车体；

20、车体颜色判断；

21、机器人进行车体与车底组装；

22、车体颜色与库位颜色配对，按顺序摆放入库；

23、机器人回原点，并判断是否成品组装完毕；

24、如果成品未组装完毕，车体原料库未空；

25、返回自动运行条件判断步，继续进行组装；

26、如果成品组装完毕，车体原料库已空，进入拆解模式。

成品拆解流程，具体为：

1、机器人拾取成品，进入拆分工位；

2、吸盘吸住成品；

3、机器人夹取车体到原料库；

4、车体原料回库，按库位顺序摆放；

5、机器人返回原点；

6、判断成品是否拆分完毕；

7、如果成品库未空，再次拾取成品进行拆分，重新回到步骤1；

8、如果成品库已空，判断废品库是否空；

9、如果废品库已空，返回执行自动组装程序流程的条件判断流程框s0；

10、如果废品库未空，废品回原料库；

11、机器人拾取废品；

12、按顺序放入空的原料库位；

13、机器人返回原点；

14、判断成品是否拆分完毕；

15、如果成品是未拆分完毕，机器人继续搬运，重复到步骤11；

16、如果成品是已经拆分完毕，机器人返回原点；

17、判断是否有异常故障/报警；

18、如果无异常故障/报警，返回执行组装程序流程的条件判断流程框；

19、如果有异常故障/报警，plc做出报警，触摸屏做提示信息，人为检查处理；

20、故障/报警处理完毕，将使用启动按钮再次启动设备。

自动运行流程中，凡是有一处门打开，设备马上停机，并做报警提示，重启需确认门信号，及再次使用启动按钮再次启动继续运行设备。

本发明的优点在于：

1、工业互联网实施与运维实训平台将硬件设备与软件it集成于一体。

2、工业互联网实施与运维实训平台同时兼容modbustcp协议，s7协议，profibus协议；等多种通讯协议。满足各种通讯协议的教学实训。

3、工业互联网实施与运维实训平台硬件设备类型丰富，包含工业机器人，cnc，传感器，伺服电机，变频电机，气动元件。

4、工业互联网实施与运维实训平台数据类型丰富，包含温湿度传感器，高度检测传感器等模拟量数据。plc数字信号数据，plc与机器人、cnc通讯数据。