一、 产品概述

工业物联网与自动化控制实训台、工业互联网网络集成与实训系统、工业物联网实训平台是一款工业物联网综合教学实训平台，包含了完整的工业物联网架构，包括：感知设备、执行机构、无线传感网络、有线传感网络、工业主控机构、工业物联网云平台、工业大数据分析平台。工业物联网实训平台使用了工业物联网、嵌入式、大数据、移动应用、人工智能等新兴技术，同时内置工业互联云平台，为高校相关学科专业升级和改革提供教学、实验和科研支撑。工业物联网与自动化控制实训台、工业物联网实训平台能够满足工业互联网的教学、实训课程需求，包括：《物联网短距离无线通信》、《物联网长距离无线通信》、《工业物联网》、《工业自动化控制》、《物联网应用技术》、《机器视觉技术》等。工业物联网实训平台结构上使用工业铝型材和冷轧钢板，面板采用网孔板设计。孔板通过线槽分割成的宫格结构，方便装卸非常适合快速多次的实践教学，非常灵活方便，在满足理论和实验教学的同时，还能够进行综合布线等拆装操作，实验平台支持多名学生同时操作和学习。工业物联网与自动化控制实训台、工业互联网智能网关实验台以工业智能网关为核心，结合PLC、伺服系统、RFID等自动化设备，实现工业数据采集、工业以太网、现场总线、边缘计算、云服务开发、远程访问等实验教学。通过该系统，学生可以掌握工业互联网应用开发流程。

二、 研发背景

1. 该装置是根据人力资源和社会保障部制定的"可编程序控制系统设计师"培训及国家职业标准考核大纲内容，适当增加新技术，按照职业教育培训、职业技能鉴定和实训教学要求而研制的。

2. 工业迅速发展处理器要求不断提高，教学需要与时俱进设备要不断升级，而教学还需要从基础学起，同时满足需要实验室建设重复会导致浪费资金和实验室空间。

3. 一个产品需要多种加工工艺，导致工业现场设备错纵复杂，一个主机不能完成所有工作，需要多个站点进行相互配合完成。

4. 不同层次的考核需要不同设备，不能有机的进行结合，有些实训完成后无法进行考量检查学生的接受程度。

三、 工业物联网与自动化控制实训装置特色

1. 实训建设理念为一次性建设，本设备采用通用型宽展口，所有主机的I/O口都可通过扩展口引出，可以用于插接式训练，也可进行线接式实操训练；还设有两块可拆卸的网孔板可对不同层次的学生进行考核。

2. 在主机选型方面由小型ET200系列PLC到中型S7-1200系列PLC再到大型S7-1500系列PLC，全面覆盖了西门子常用PLC类型，主机可以通过并口连接到实训区进行实训，可从基础小型PLC开始学起，再到中型PIC,最后到大型PLC，由简到繁的学习理念让学生容易接受，学习起来更加得心应手。

3. 采用模块组合式结构，含开关量、模拟量、变频调速、触摸屏、通信模块等，配套MCGS工控组态监控软件，实现仿真化、信息化实训教学。

4. 项目实训模块：利用目前典型的可编程控制器及总线技术完成对工业生产中典型案例的模拟对象、实物模型中的逻辑、模拟、过程、运动等的控制。

5. 仿真实训教学：通过虚拟环境实时显示PLC运行状态，模拟工业现场控制，可以进行编程训练、程序编写测试等功能。

6. 模块化网络系统：网络结构主要由西门子主机S7-1500、S7-1200、ET200SP构成，根据工业中西门子PLC应用历程构建了一个工业网络，网络通讯涉及PROFINET通讯、以太网通等多层网络通讯。

四、 技术性能

1. 输入电源：三相四线（或三相五线）～380V±10% 50Hz

2. 工作环境：温度-10℃～+40℃  相对湿度＜85%(25℃)  海拔＜4000m

3. 装置容量：＜0.5kVA

4. 重    量：100kg

5. 外形尺寸：1780mm×730mm×1960mm

6. 安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准

五、 工业物联网与自动化控制实训台基本配置及功能

实训装置由S7-1500单元、S7-1200单元、ET200SP单元、变频调速单元、小车运动控制单元、、实训组件、电工基础实训单元二维丝杆控制单元、触摸屏单元、以太网交换机、交流电机等组成。

1. S7-1500单元

S7-1500单元主要由主机1511C-1PN，带显示屏的 CPU；工作存储器可存储 175 KB 代码和 1 MB 数据；位指令执行时间 60 ns；4 级防护机制，工艺功能，运动控制，闭环控制，计数与测量；跟踪功能；PROFINET IO 控制器，支持 RT/IRT，性能升级 PROFINET V2.3，双端口，智能设备，支持 MRP、MRPD，传输协议 TCP/IP，安全开放式用户通信，S7 通信，Web 服务器，DNS 客户端，OPC UA 服务器数据访问，恒定总线循环时间，路由功能；运行系统选件，固件版本 V2.5，带 DI16/DQ16，AI5/AQ2，数字量输入模块 DI 16xDC24V，16 个一组；数字量输出模块 DQ 16xDC24V/0.5A，16 个一组；模拟量输入模块 AI 4xU/I、AI 1xRTD，16 位，5 个一组；模拟量输出模块 AQ 2xU/I，16 位，2 个一组；6 个通道用于计数与测量，带增量式编码器 24 V（最高 100 kHz）；4 个通道用于 PTO，脉宽调制，频率输出（最高 100 kHz)

2. S7-1200单元

S7-1200单元主要由主机1215C和信号转接板组成。

主机1215C,125 KB 工作存储器；24VDC 电源，板载 DI14 x 24VDC 漏型/源型，板载 DQ10 x 24VDC 及 AI2 和 AQ2；板载 6 个高速计数器和 4 个脉冲输出；信号板扩展板载 I/O；多达 3 个用于串行通信的通信模块；多达 8 个用于 I/O 扩展的信号模块；0.04 ms/1000 条指令；2 个 PROFINET 端口，用于编程、HMI 和 PLC 间数据通信

3. S7-200SMART 单元

S7-200SMART 单元主要由主机单元和模拟量单元组成。

主机选用ST40，本机集成24路数字量输入，16路数字量输出，时钟读取功能，本机集成RS485通讯接口，PROFINET接口，支持PPI协议，S7协议，USS协议，PROFIBUS协议，MODBUS协议等，配置一个模拟量输入输出模块（2路模拟量输入1路模拟量输出），输入支持电压或者电流信号，输出支持电压或者电流信号，

4. FX3U-48MT单元

FX3U-48MT单元由主机单元、模拟量单元、通讯模块单元组成，

主机选用三菱FX3U-48MT主机，本机集成了24路数字量输入和24路数字量输出，支持3路脉冲，模拟量单元配置FX3U-3A-ADP一块，通讯单元配置一个FX3U-485BD模块一块，与下位机进行串口通讯

5. ET200单元

带工作存储器的 CPU（代码 100 KB，数据 750 KB）；位指令执行时间 72 ns；4 级防护机制，工艺功能：运动控制、闭环控制、计数与测量，跟踪；PROFINET IO 控制器，支持 RT/IRT，性能升级 PROFINET V2.3，3 个端口，智能设备，MRP，MRPD，传输协议 TCP/IP，安全开放式用户通信，S7 通信，Web 服务器，DNS 客户端，OPC UA 服务器数据访问，恒定总线循环时间，路由；运行时选项；

6. 触摸屏单元

触摸屏单元采用西门子KTP700 Basic 7寸彩色触摸屏，用于1500主机以太网通讯，控制和显示各单元的运行状态。

7. 以太网交换机

以太网交换机采用非网管型工业以太网10/100MBIT/S交换机，自带5个双绞线端口，RJ45 接口；用于构建小型星形和总线形拓扑结构；自带LED诊断显示，供电电源DC 24V 。

8. 变频调速单元

变频调速单元采用西门子SINAMICS 系列G120C变频器，三相380V供电，输出功率0.55KW。集成PROFINET通讯接口，提供BOP操作面板；具有线性V/F控制、平方V/F控制、可编程多点设定V/F控制，磁通电流控制、直流转矩控制；集成12路数字量输入，8路模拟量输入；具备过电压、欠电压保护，变频器、电机过热保护，短路保护等。

9. 实训组件

实训组件主要由电源挂箱虚实结合挂箱，挂箱区域采用开放式结构可根据需求增加不同挂箱。

电源挂箱提供AC380V、AC220V、DC24V电源，为实训挂箱和电机实训单元提供动力源；设有启动停止按钮，各相电源工作指示，具有过流、过压、短路等保护。

10. 二维丝杆控制单元

二维丝杆控制单元主要由伺服驱动和步进驱动组成。

伺服驱动用于控制Y轴丝杆，采用交流伺服驱动，工作电压AC220V，输出功率200W。采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，智能功率模块（IPM） 内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力；支持位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制。

步进驱动用于控制X轴丝杆，采用步进驱动，工作电压DC24V，输出功率35W；内部集成控制电路和功率电路，具有自检线圈和短路保护等功能。

11. 电工基础实训单元

电工基础实训单元主要由交流接触器、中间继电器、时间继电器、按钮等组成，用于电机正反转、星三角转换、启停自锁等实训。

13.逻辑编程控制对象

1套 信号模拟，包含的模拟器件提供真实的模拟量信号和开关量信号，能够模拟工业现场的设备运行状态。包括：

1)2个 电压表，测量AQ输出电压。

2)2个 直滑电阻，提供0~12V 直流电压信号。

3)8路开关和8路LED显示。

配套教学使用的对象卡，包括：交通灯、自控成型、洗衣机、天塔之光、机械手、自控售货机、装配流水线、抢答器、音乐喷泉、自控轧钢机、邮件分拣机、四节传送带、物料分拣、多种液体混合、加工中心、电镀生产线、电机控制、运料小车控制、搅拌器控制、汽车灯光控制、采用配方形式进行各种实验，可以任意扩展实训内容，采用通用底盒加卡片式设计，内置三基色LED灯、开关、安全接插柱，所有I/O口均开放出来。

14.三相交流电机

交流额定电压380V/△接法，转速1400转/min，功率40W，频率50HZ，绝缘等级E级。

六、可实验内容：

1、PLC基本逻辑控制实验

2、PLC模拟量控制实验

3、交通灯

4、自控成型

5、洗衣机

6、天塔之光

7、机械手

8、自控售货机

9、装配流水线

10、抢答器

11、音乐喷泉

12、自控轧钢机

13、邮件分拣机

14、四节传送带

15、物料分拣

16、多种液体混合

17、三轴加工中心

18、电镀生产线

19、电机控制

20、运料小车控制

21、搅拌器控制

22、汽车灯光控制

23、汽车火花塞控制

24、隧道风机控制

25、三层电梯控制

26、艺术彩灯控制

27、LED数码管控制

28、伺服电机参数设置

29、伺服电机的位置控制

30、伺服电机的速度控制

31、伺服电机转矩控制

32、步进电机参数设置

33、步进电机位置控制

34、步进电机速度控制

35、单轴运动控制

36、双轴运动控制

37、变频器参数设置

38、变频器BOP控制

39、变频器点动控制

40、变频器连续控制

41、变频器外部端子控制

42、变频器外部模拟量控制

43、PLC控制三相异步电机的点动控制

44、PLC控制三相异步电机自锁控制

45、PLC控制三相异步电机的正反转控制

46、PLC控制三相异步电机的星三角控制

47、触摸屏的通讯控制

48、触摸屏画面编辑实验

49、触摸屏上载下载实验

50、触摸屏与PLC通讯实验

51、PLC与伺服电机通讯控制实验

52、PLC与变频器通讯控制实验

53、PLC与PLC通讯控制实验

54、触摸屏、PLC、变频器网络控制实验

55、触摸屏、PLC、伺服电机网络控制实验

56、触摸屏、PLC、ET200网络控制实验

57、触摸屏、PLC、伺服电机、变频器、ET200综合网络控制实验

七、工业物联网与自动化控制实训台主要配置清单