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BOH-IIoT01 工业互联网技术综合应用实训设备

一、设备概述

该套系统设备主要由工业互联网平台、颗料填装单元、加盖拧盖单元、检测分拣单元、加工包装单元、智能物流单元、系统看板、服务器等组成，涵盖了工业网关、三层管理交换机、工业防火墙、工业级双频无线接入点、工业级双频无线客户端、工业交换机、RFID识别、智能阀岛、远程IO、工业传感器、工业视觉等网络设备和产线虚拟仿真应用场景等。

设备智能产线包含了自动装配系统、自动检测及质量控制、自动包装系统、自动化仓储及智能物流系统、生产过程数据采集及控制系统等，将网络、平台、数据、安全技术与实际工业场景有机融合，通过设备间的网络互联实现生产过程数据采集、生产计划、库存管理、生产环节智能化管理等信息化功能，应用采集生产过程多源数据实现数据分析处理的数字化功能。该系统能够智能地识别、感知和采集生产相关数据，在互联互通的泛在化网络上进行处理和分析，形成开放式服务并反馈到工业生产。设备智能产线可实现空瓶上料、颗粒物料上料、颗粒选料、颗粒填装、加盖、拧盖、物料检测、瓶盖检测、成品分拣、纸盒送料成型、入盒包装、物流分类、智能存储等智能生产过程。

设备依托开放和标准的技术体系，提供开放、可扩展的接入和集成平台，通过低代码、可视化、组件化、模板化的平台开发模式和工具，实现将传感器、生产系统、控制系统、数据采集网关的数据融合，实现分析优化生产流程，利用MES系统实现生产计划、库存管理等环节智能化；设备为工业对象分配唯一的RFID标识符绑定生产过程数据解析二维码等信息追踪生产过程。把生产过程数据、设备数据等整合到统一的数字平台，应用数据存储、管理、抽取、转换、数据预处理等技术，进行数据分析与预测，建立数据分析模型，通过看板可视化界面和报表展示数据处理与分析结果，实现生产优化、报警预测等。

设备模块全部采用网络化设计，各模块之间或与控制系统采用多种网络连接方式，包含Profinet、CC-Link IE、EtherCAT、Modbus、TCP/IP、工业WIFI等多种网络协议类型。设备各单元之间通过局域网连通交换数据信息，通过工业互联网平台实现系统的远程诊断、调试、操作、订单下达、过程监控、数据采集与功能优化。

二、设备网络架构

三、设备功能与结构

系统设备主要由工业互联网平台、服务器、仿真场景、智能产线、电源盒、智能看板、电脑桌、装配桌等组成。

• 工业互联网平台

工业互联网开发平台提供工业互联网所需的全系列平台服务，该平台开放式智能应用平台，能够在一个平台上实现智能工厂、智能生产、智能物流及运维服务。提供IDE支持SDK，以可视化拖放的方式实现二次开发。

运行时标准功能及通过平台IDE二次开发出来的UI均支持PC、PDA、Android等终端；以拖拽方式配置业务流程，结合查询语句、查询结果自动生成表格页面。流程图可进行运行调试，监控数据流。

支持多态数据源，可根据不同条件、不同场景改变数据源。支持云端集成开发与调试技术，降低开发工业互联网SaaS的门槛，使用Visual Cloud IDE、MVC、实现多开发者同时在线开发。支持面向对象的大数据查询语言RQL（兼容SQL）；支持Hot-fix（热修改）实现不停机/不停产更新。支持编程语法检查，Java/Groovy。具有分布式高性能日志及数据追溯与恢复，服务器运维监控，多数据源与多态数据源；支持设备实时在线监控，通过各种图表、仪表盘，实现监控数据可视化、分析结果可视化。

工业互联网平台通过对系统设备数据的采集，基于基础网络、存储设备、操作系统、数据库系统、中间件等资源，运用大数据通用模型进行数据标注、清洗、聚合、分析等环节分析，优化模型算法，结合工业应用场景，实现设备故障诊断、参数优化、能源统计等功能。

基于工业互联网平台标识解析系统符合国际标准编码体系。可实现按编码规则灵活配置产品属性，形成一个身份标识；并能进行标识管理，用于产线产品信息、批次、统计记录、分析、溯源等应用。

平台以系统设备为对象载体，已完成整套系统功能参考资源开发；实现对系统智能化的数据采集监控与管理；包括客户体验平台、系统管理平台、系统智能看板、系统数据配置、应用APP等组成。

客户体验平台：提供客户的体验式下单，通过可视化图文交互界面，直观选择物料种类、产品数量和产品规格，实现客户的个性化订单生产加工；并且能在下单后账号查询订单相关信息（下单时间、订单号、种类、数量）、订单状态（未完成订单、加工中订单、已完成订单）。

系统智能看板：实现系统全过程数据采集监控、设备状态显示、订单执行状态显示等；监控系统总体进度与各类数据信息，监控设备运行状态、当前工单生产进度、工单数据信息、工单排产信息等。

系统数据配置：通过智能网关采集系统各单元设备数据，设置推送各关联数据信息，编辑动作指令，数据库数据的获取、更新，产品存储信息数据，工单信息更新等。

系统管理平台：实现整套工业互联网设备开发流程，集中于一个平台实现全部开发功能，包括平台与设备连接的物联服务、实现定时执行任务的定时事务、数据库表格管理的领域模型、后端代码开发的业务组件、前端开发的页面开发、工单排产的流程模型等。

应用APP：根据系统设备应用开发专属的APP功能；实现在智能终端对设备的远程状态监控、客户订单的追踪、体验式下单、历史数据查询、设备的远程诊断等功能。

• 服务器

服务器用于部署工业互联网平台和系统数据库资源，与实训设备组网连接，用于实训设备应用开发、学员账号与实训管理，是实训室设备培训训练、教学考核的核心系统。

• 仿真场景

场景以实际产线设备为载体，将机械自动化与电气和软件结合起来，主要包括机械、机电、传感器、驱动等多个领域部件的概念设计，可用于新产品集成管理，机械设计，电气，自动化等专业概念的3D建模和物理特性创建，提供了机电设备设计过程中硬件在虚拟环境中仿真调试，通过虚拟设备与PLC连接，对产品可靠性进行虚拟调试验证。仿真场景可以无缝接入工业互联网平台，实现数据的采集、分析处理及工业APP的开发。

• 智能产线设备

智能产线主要由颗料填装单元、加盖拧盖单元、检测分拣单元、加工包装单元、智能物流单元组成，涵盖了循环选料机构、颗粒填装机构、输送带模块、定位机构、加盖机构、拧盖机构、工业视觉检测模块、分拣模块、包装机构、搬运机构、存储仓、堆垛机、单元实训桌等机构模型载体和智能阀岛、远程IO、RFID、工业网关、三层管理交换机、工业防火墙、工业级双频无线接入点、工业级双频无线客户端、工业交换机、总线型伺服、电能表、PLC等网络设备；可进行PLC应用编程控制、PLC通讯应用、RFID识别应用、智能阀岛通讯应用、远程IO通讯应用、伺服系统通讯应用、传感器设置、网络安全应用、网关配置、网络数据采集、网络管理、网络搭建等多项应用技能实训，实现订单下达与生产过程监控的可视化应用，设备智能产线各单元模块及功能如下：

4.1颗料填装单元

单元主要由电气挂板、操作控制板、智能阀岛、主输送带、上料输送带、循环选料机构、颗粒填装机构、定位机构、实训桌体组成，可进行PLC应用编程控制、PLC通讯应用、传感器设置、RFID识别应用、智能阀岛通讯应用、变频器通讯应用、数据采集、网络搭建等多项应用技能实训，其控制流程如下：

上料输送皮带按订单要求依次逐个将空瓶输送到主输送带；同时循环选料机构将料筒内的颗粒物料推出，对颗粒物料根据颜色（白、红、蓝可选）进行分拣；当空瓶到达填装位后，顶瓶装置将空瓶固定，主皮带停止；空瓶在运送过程中通过RFID的数据读取，实现系统物料过程跟踪；颗粒填装模块拾取分拣到位的颗粒物料并填装到物料瓶内；颗粒物料填装达到设定的颗粒数量后，顶瓶装置松开，主皮带启动，将瓶子输送到下一个工位。此单元可以设定多样化的填装方式，可从物料颜色（3种）、颗粒数量（最多4粒）进行不同的组合，产生12种填装方式。

4.2加盖拧盖单元

单元主要由电气挂板、操作控制板、智能阀岛、主输送带、加盖机构、拧盖机构、定位机构、实训桌体组成，可进行PLC应用编程控制、PLC通讯应用、传感器设置、RFID识别应用、智能阀岛通讯应用、工业WIFI通讯应用、数据采集、网络搭建等多项应用技能实训，其控制流程如下：

来料瓶子输送进入单元首先经过RFID的数据读取，进行唯一识别与过程跟踪，并上传相关数据信息；瓶子到达加盖机构下，加盖定位机构将瓶子固定，加盖机构启动加盖流程，将盖子（白色或蓝色）加装到瓶子上；加上盖子的瓶子继续被送往拧盖机构，到拧盖机构下方，拧盖定位机构将瓶子固定，拧盖机构启动，将瓶盖拧紧，而后拧盖机构退出，定位机构松开，瓶子被输送到下一工序。

4.3检测分拣单元

单元主要由电气挂板、操作控制板、智能阀岛、主输送带、龙门检测机构、视觉检测机构、辅助输送带、分拣机构、实训桌体组成，可进行PLC应用编程控制、PLC通讯应用、传感器设置、RFID识别应用、智能阀岛通讯应用、视觉设置与通讯应用、数据采集、网络搭建等多项应用技能实训，其控制流程如下：

拧盖完成的瓶子被输送进入单元首先经过RFID的数据读取，进行唯一识别与过程跟踪，并上传相关数据信息；而后瓶子依次经过此单元进行多项指标检测：反射传感器检测瓶盖是否拧紧；龙门机构检测判别瓶盖颜色及瓶内物料数量是否合格；视觉机构检测瓶子外观是否有缺陷；任何一项检测不合格的瓶子均被分拣机构推送到辅输送带上；各项检测均合格的瓶子被输送到下一工序。

4.4加工包装单元

单元主要由电气挂板、操作控制板、智能阀岛、远程IO、主输送带、纸盒送料机构、龙门搬运机构、包装机构、实训桌体组成，可进行PLC应用编程控制、PLC通讯应用、传感器设置、RFID识别应用、智能阀岛通讯应用、远程IO通讯应用、数据采集、网络搭建等多项应用技能实训，其控制流程如下：

料瓶被输送进入单元首先经过RFID的数据读取，进行唯一识别与过程跟踪，并上传相关数据信息；料瓶到达包装搬运位置，搬运定位机构定位料瓶，龙门搬运机构启动搬运流程，将料瓶搬运至包装台上方；同时纸盒送料机构送出包装纸盒并成型定位，包装机构动作打开纸盒，搬运机构把料瓶装入纸盒，包装机构扣紧纸盒完成包装后退出；搬运机构拾取包装好料盒搬运放回输送带上，被输送到下一工序。

4.5智能物流单元

单元主要由电气挂板、操作控制板、智能阀岛、搬运机构、主输送带、1号存储输送带、2号存储输送带、3号存储仓、实训桌体组成，可进行PLC应用编程控制、PLC通讯应用、伺服系统通讯应用、传感器设置、RFID通讯应用、智能阀岛通讯应用、网关配置、网络管理、网络安全、数据采集、网络搭建等多项应用技能实训，其控制流程如下：

料盒被输送进入单元首先经过RFID的数据读取，进行唯一识别与过程跟踪，并上传相关数据信息；到达的物料根据跟踪数据信息与订单要求分类进行存储，1号、2号存储区均为输送带，通过气动机构推送到存储区域；3号存储区为平面存储仓，通过三轴搬运机构搬运入仓存储；1/2号存储区最多存储4个物料，3号存储区域最多存储6个物料；物料进入存储区域后，系统把进入存储区的物料数据信息上传进行智能化可视化处理与分析。

• 系统看板

系统配置43寸一体机作为可视化显示与控制使用，配合工业互联网平台展示系统客户订单下达、过程数据监控、设备状态显示、订单执行状态显示等功能。

• 电源盒

提供6路输出供电，电源输出电压：AC220V, 配置信号指示灯、快速连接接口，具有短路保护、过流保护等用电安全保护功能。 

• 电脑桌

有桌体、台面、键盘抽屉等组成，桌采用优质Q235冷轧钢板折弯焊接喷涂，台面采用25mm厚高密度板，表面贴压防火板，具有耐热、耐污、耐烟灼、耐火、耐菌、防霉、抗静电及易清洁等特点，正面鸭嘴边设计，键盘抽屉抽拉式安装，桌体底部配有承重万向轮。

• 装配桌

装配桌由桌体框架和台面两大部分组成。桌体框架用优质Q235冷轧钢板折弯焊接，喷塑后组装连接，配置1个2层工具柜，表面静电喷塑，可储藏工具，放置于装配桌底部一侧；台面用高密度中纤板，表面贴压防火板，耐腐蚀、防静电。

四、设备特点

• 核心技术与工业应用的深度融合

设备将网络、平台、数据、安全技术与实际工业场景有机融合，形成全面的工业互联网系统；设备集成了物联网、大数据、低代码开发等核心技术，从物理层设备的互联互通，到网络层的数据传输与协议解析；从平台层的数据处理与分析，到应用层的服务创新与智能决策，每一个技术节点都模拟了真实的工业场景，提供了从设备配置到系统部署、从数据采集到应用开发的全方位实践机会；这种体验式学习，不仅能帮助理解工业互联网的核心技术原理，还能够深刻了解这些技术在工业实际中的应用场景与价值。通过这种“学以致用”的教学理念，激发了学生的学习兴趣与创造力，培养了他们的创新思维与问题解决能力。‌

• 智能产线与数字孪生的融合

通过系统虚拟模型库资源，运用业务领域的工具组件，用户可以搭建和智能产线一致的模拟仿真产线，实现虚拟机械设计、虚拟电气接线、虚实互动编程、虚拟调试以及集成调试的过程；通过数字孪生手段，对智能产线每个单元进行虚拟仿真及可靠性进行虚拟调试验证。完全符合工业控制、数据采集、数据分析、虚实结合的工业智能应用的全流程实训环境。

• 工业互联网与大数据的融合

工业互联网平台充当了设备、数据与应用之间的无缝连接器；集成了海量设备无缝接入、高效数据集群分发、实时精准读取以及灵活规则引擎等强大功能，把设备过程数据、参数数据等整合到统一的数字平台，应用数据存储、管理、抽取、转换、数据预处理等技术，进行数据分析与预测，建立数据分析模型，通过看板可视化界面和报表展示数据处理与分析结果，实现生产优化、报警预测等，为决策提供有力支持。

• 竞赛与实训教学的融合

设备组合灵活，模块扩展方便，增加减少各功能模块，不影响其它模块的安装与接线，可以进行更加灵活的题目输出。设备每个单元模块侧重于不同的知识与技能，方便教学展开，同时高度模块化的设计，又让设备的维修与维护变得相当简单更方便于教学实训。

四、设备技术参数

• 工作电源：AC220V±10％ 50Hz
• 额定功率：≤1.9kW
• 环境湿度：≤90%
• 安全保护功能：急停按钮，过流保护等用电安全保护功能
• 工业互联网平台：Flex Weaver
• 服务器：T100C（单机版）
• 智能看板：43寸
• 工业网关：OPC UA
• 三层管理交换机：工业级
• 工业防火墙：工业级
• 无线接入点：工业WiFi
• 无线客户端：工业WiFi
• 电能表：485通讯；
• 虚拟仿真软件：NX MCD
• 仿真模型：智能产线仿真模型
• PLC:汇川H5u/ 西门子S7-1214C/ 三菱Q03U
• 伺服：驱动器SV660N/ 电机 MS1H1-10B30CB
• 智能阀岛：总线型
• 远程IO：总线型
• RFID：网络型
• 视觉传感器：网络型
• 单站尺寸：L600mm×W840mm×H1600mm
• 单套设备尺寸：L3000mm×W840mm×H1600mm
• 单工作站尺寸：L3000mm×W3000mm×H1600mm

五、设备配置清单