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一、产品简介
    LGHL-02型  工业互联网技术应用实训台以离散行业全流程产线为背景，具有完整的工业互联网网络、平台、安全、标识体系架构，可以支撑工业互联网专业数据采集、网络互联、安全防护、边缘计算、平台运维、数据分析、标识解析、工业APP等项目实训，还可以开展智能制造专业电气控制及运动控制，人工智能专业机器视觉及质量模型分析等课程实训，满足学生全流程参与互动、多维度融合应用的需求。

    LGHL-02型  工业互联网技术应用实训台以工件切削加工产线为场景，构建基于边缘服务器的工业互联网平台，包含工业网关测控单元、工业控制器及人机交互单元、立体仓库与堆垛机控制单元、转台流转与生产加工单元、机器视觉检测单元、机械手控制单元、传送带输送单元、气源及气动控制单元、工业传感器单元、标识解析单元、网络互联与安全防护单元等，展现新时代工业企业数字化、智能化的特征，为院校相关学科专业的实训、科研和工业互联网工程技术人员职业竞赛提供技术支撑。
1、产品形态
产品外观如图所示。实训台结构上使用工业型材及焊接框架；型材台面方便固定工作站，钣金面板；底部安装自锁脚轮，方便移动固定；双开门设计，带锁有机玻璃门保护电气回路，同时能观察电气控制系统工作状态；支持多名学生同时操作和学习。
实训台整体尺寸为：1080mm×1000mm×14000mm，台面高度为780mm。
二、产品组成
产品组成架构如图所示：

工业互联网技术应用实训台采用四层架构，从底到顶依次为设备层、边缘层、平台层、应用层。
1、设备层
设备层包含工业控制器及人机交互单元，各种直线运动、旋转运动、多自由度运动的执行机构，工业传感器，以及交换机和防火墙等网络设备。
（1）工业控制器及人机交互单元
工业控制器采用PLC模块，具有多通道高频率高速输入输出端口，对生产线上限位传感器、状态传感器进行数据采集和状态监测，并根据反馈数据，控制产线执行机构按设定逻辑运动，完成工件切削加工整个产线流程。集成以太网通信模块，采用ModbusTCP工业网络协议与上位机通讯。
人机交互终端采用HMI触摸屏，通过RS485接口、ModbusRTU协议与PLC模块交互，提供可视化操作界面，可调整执行机构运动坐标，独立控制设备运动，或者循环控制系统运行，实时显示设备运行状态。
通过操作触摸屏界面，PLC控制器驱动产线设备从取料出库、流转、加工、检测、分拣、成品入库等完整工艺流程。HMI人机交互具有调整模式和自动模式。调整模式支持工业设备参数调整，可单独调试某一个设备，比如库位占用状态、堆垛机控制、转台独立加工控制、传送带独立控制等；自动模式支持模拟加工流水线自动运行，无需人工干预。调整模式界面，如图所示。
（2）立体仓库与堆垛机控制单元
由立体仓库单元、堆垛机、电气控制模块组成，用于物料的存取。立体库采用20mm*20mm铝合金型材框架设计，2行6列，共包含 12 个料位，每个库位安装有光电传感器，用于检测库位有无物料。堆垛机由水平、竖直、伸缩三轴丝杆滑台、180°旋转气缸和夹取气缸组成，分别由三个步进电机模块驱动滑块直线往复运动，气动电磁阀控制气缸旋转或加紧。参考如下所示。
（3）转台流转与生产加工单元
转台流转装置采用伺服电机、伺服驱动器以及间歇机构减速电机控制圆形转台旋转，转台直径260mm，设置4个物位，分别是上料、加工、检测、下料；结合金属接近开关信号按照90°间隔旋转启停。
生产加工单元X轴、Y轴进阶加工电机转动，带动主轴电机精准定加工位置；加工主轴扭矩电机高速旋转模拟原料加工。X轴行程≤100mm，Y轴行程≤100mm。设备如图所示。每个物位安装有光电传感器，检测是否有物料。
加工主轴安装有温度、振动传感器，可以进行加工状态监测。
（4）机器视觉检测单元
由工业摄像头、视觉检测模块组成，支持本地视觉检测（形状、颜色、深度识别）、实时反馈检查结果；也可对物料进行图像采集，上传到质量检测平台进行残次品检测。
（5）机械手控制单元
由工业机械臂、末端抓手、嵌入式控制器组成，实现工件的物位搬运、精准抓放。机械臂主要由全铝合金机械臂，行星减速步进电机、AB相光电编码器、铝合金联轴器、轴承等组成。电机带有编码器，具有位置闭合控制，重复精度大大提高。机械臂负载能力：500g，机械臂重量：3.14Kg。机械手采用舵机控制机械手张开闭合。手爪采用两面带齿结构，抓取物件更牢固稳当。电控板采用Cortex-M4内核微控制器，4路LV8731V驱动模块驱动机械臂电机，板载OLED显示屏，支持串口控制、RS485控制、按键控制等方式。设备如图所示。
（6）流水线输送单元
由传送带、电机控制模块、调速器以及到位检测传感器等装置组成，传送带转动，带动工件流转，实时检测工件到位信号。设备如图所示。
（7）气源及气动控制单元
包含空气压缩机、回转气缸、夹紧气缸、挡料气缸、推料气缸。空气压缩机产生的压缩空气转换成动力，驱动气缸实现旋转、加紧、伸缩等功能。
（8）标识解析单元
包含二维码打印机、二维码UHF手持机，用于二维码的识读。
（9）工业传感器单元
包含温度传感器、振动传感器、压力传感器等4-20mA模拟量传感器，金属接近开关、红外光电开关、行程开关等开关量传感器，以及三色警灯执行器。
（）网络互联与安全防护单元
采10用路由器、工业交换机，连接PLC控制器、工业网关、视觉检测模块，组建工业产线内部局域网。采用企业级防火墙，设置网络接口，实现工厂产线内网和工业互联网平台外网之间的互联互通；根据预先定制的安全策略控制通过防火墙的访问行为，从而达到对企业内部网络访问的安全管控。
2、边缘层
具备通讯协议转发、设备层数据处理预处理、设备层运行状态转发、平台命令接收处理的功能。
（1）工业网关
主要由Cortex-A9内核主板和7寸电容触摸屏组成，具有RS485、CAN、以太网接口，板载WiFi模块，运行Android、Linux双操作系统，可一键切换，支持ModbusRTU、ModbusTCP工业网络协议，MQTT、HTTP平台接入协议。
Android应用APP，用于和工业控制器单元交互，获取工业设备运行状态并显示，通过协议转换，将产线信息上传到工业互联网平台；同时接收平台下发的订单信息进行自动流水线生产。主界面如图所示，包含六大分区：原料/成品区，加工区，传输区，检验区，工单状态，系统设置。
（2）远程测控终端
由Cortex-M4内核和1.8寸TFT显示屏组成，具有8路模拟量输入通道，可配置电压电流类型，4路数字量输入通道，4路PWM输出通道，1路继电器输出通道，具有RS485接口，支持ModbusRTU协议；具有RJ45网络接口，支持网络通信。
3、平台层
（1）边缘服务器
采用Ubuntu操作系统，以Docker轻量级容器化技术部署AI框架、质量管理模型、AI开发环境，部署数据库、MQTT代理服务器、Tomcat应用服务器运行环境；提供本地化部署应用一体化工业互联网平台。
（2）工业互联网平台
工业互联网平台支持本地化部署，轻量小巧，只需铺设局域网环境即可完成工业互联网平台的运行；与产线实训台通讯，完成原料加工整个工艺流程和工厂数字化、网络化、智能化升级的真实体验。同时提供工业互联网平台运维课程。
包含消息订阅发布模块。该模块是核心模块，用于建立与物联网边缘侧如工业网关的连接和数据收集处理。
包含数据库接口操作模块，可将产线的订单排产生产过程数据、工单、设备运行数据、传感器监测数据、质检结果等写入数据库，同时可读取数据库信息。
包含数据处理模块，提供数据存储、处理、运维、计算和决策。
包含可视化展示模块。提供曲线图、饼状图、柱状图、数字图文等常用插件进行可视化展示。
包含质量检测模块。提供工件的残次品质检模型，能够对工件图片进行质检，反馈检测结果。
包含API接口，支持用户应用程序开发。
4、应用层
围绕生产制造执行系统MES应用展开，平台与仓储、生产、传输等制造业务主设施模块实现数据交互，完成整个工艺流程。
（1）产线应用管理
具有原料入库、订单管理、排产管理、质量管理、产品追溯、设备管理、标识管理七个应用功能。
原料管理：原料初始化、原料入库、库存状态，
订单管理：支持下单和状态查询
质量管理：查看产品质量，合格率占比。
设备管理：监测设备运行状态等。
标识管理： 标识编码编辑、标识信息录入、标识注册
产品追溯：扫描标识编码，访问标识解析平台，获取产品的溯源信息。
设备管理展示了产线设备运行状态、和工业传感器的实时曲线。
（2）产线数据分析
可与工业控制器通信，获取现场传感器监测数据存入本地计算机的数据库中，进行实时采集、历史曲线、统计学分析、傅里叶变换、曲线拟合等数据分析。历史曲线显示效果如图所示。
对数据进行傅里叶变换。
三、产品功能
1、数据采集
（1）根据电气连接图，进行工业传感器信号连线，工业控制器参数配置，实现工业传感器的数据采集。
（2）配置工业网关，实现常用工业传感器和工业控制器的数据采集。
（3）在工业互联网平台进行设备、数据等信息配置，实现采集数据上云。
（4）包含主轴温度、主轴振动、主轴转速、空压机压力、金属接近开关、红外光电开关等模拟量、开关量不同信号的工业传感器，可满足工业多类型信号的数据采集、工业控制器多通道编程。
（5）具备数据采集故障处理功能，根据故障指示灯和人机交互终端信息提示，定位简单的线路故障点并进行处理。
（6）具备标识编码的数据采集、图像数据采集。
2、设备控制
针对各种工业设备，通过PLC工业控制器、HMI人机交互终端，对工业传感器、工业设备执行机构等进行配置、调试。
（1）直线运动控制：可以控制立体仓库堆垛机的x、y、z三轴丝杆进行直线往复运动、行程定点控制，可控制末端气缸夹取工件。与库位状态检测传感器结合，实现库存信息动态感知和工件上下架。
（2）旋转运动控制：可控制加工转台按加工顺序转动，定点停止，控制主轴电机高速旋转模拟加工，具有上料、加工、检测、下料不停歇并行加工功能。
（3）多自由度运动控制：可控制机械臂和末端抓手相互配合，具有旋转、伸缩、抓放等多个自由度控制和精准抓放，实现自动化装配、搬运。
（4）流水线传输控制：可控制电机带动皮带转动，具有调速器，可旋转旋钮调节传输速度并显示转速，实时检测接近开关信号，判断工件是否到位。
（5）气动控制：可驱动电磁阀开关实现挡料气缸阻断工件传送，推料气缸将残次品推入次品筐。
3、视觉检测
（1）AI边缘侧视觉检测：边缘侧部署质量检测模型，利用AI技术对当前加工件形状、颜色等不同维度进行残次品检测，实时发布工件的检测结果。
（2）AI平台侧视觉检测：平台侧部署质量检测模型，支持模型训练；支持图片接收、质量检测、反馈质量检测结果。
（3）兼容工业网络协议：支持通过ModbusTCP协议与工业控制器交互，传输视觉检测结果。
（4）支持网络传输协议：通过HTTP协议与平台API接口交互。
4、网络互联
（1）具有工业控制器、工业网关、视觉检测模块、边缘服务器之间的网络互联集成功能，可通过通讯调试工具测试传输网络的连通性。
（2）网络层支持工业现场总线，采用ModbusRTU协议实现工业设备的控制。同时支持工业以太网传输，采用ModbusTCP协议实现工业控制器、工业网关、视觉检测模块之间的信息传递。
（3）平台层具有协议接入功能。工业网关支持协议转换，将工业通信协议转换为易读性强、层次化结构清晰的JSON数据交换格式，通过MQTT协议、HTTP协议接入工业互联网平台。
5、标识解析
（1）系统支持对接工业互联网标识解析二级节点，具有标识注册、标识更新、标识删除、标识解析的功能。
（2）针对本产品自动化加工的工件成品，系统将为其生成标识码，并将其注册到工业互联网标识解析二级节点。标识包含性能参数如出厂时间，产品材质、产品形状、用途等属性。
（3）标识触发及应用：在标识解析应用管理软件中，当需要查看已加工的成品工件性能时，使用标识解析功能，获取标识编码，从标识解析二级节点平台获取性能参数显示出来。
（4）提供移动端标识解析软件，进行标识扫描，获取标识编码，从标识解析平台获取标识名称、数据属性，实现标识解析服务。
6、安全防护
（1）MQTTS安全传输机制：部署于本地私有化服务器中，使用TLS安全传输层协议，确保工业互联网平台与终端应用程序之间具备保密性和数据完整性。
（2）访问控制：根据应用需求配置基础和扩展的访问控制列表、基于时间段的访问控制列表、基于用户、应用的访问控制列表和基于MAC的访问控制列表
（3）安全域：将安全需求相同的接口进行分类，划分到Local、Trust、DMZ、Management 和Untrust等不同的安全域，实现域间策略的统一管理。
7、工业数据分析
（1）提供质量模型分析：用人工智能深度学习算法对良品和次品工件进行深度学习生成质量检测模型，采用该模型对工件进行残次品检测。
（2）支持数值统计分析：采用数字信号处理知识对监测设备运行状态的传感器参数进行滤波、去野值、求方差、历史数据曲线趋势展示、傅里叶变换及曲线拟合，达到产线正常运行监测和故障监测的目的。
8、工业APP开发
平台开放API接口，为二次开发，跨平台可视化开发提供支持。具体包含设备运行状态API接口、传感器数据监测API接口、视觉检测结果API接口，可通过HTTP协议调用接口进行WEB前端应用开发，实现设备运行状态监测、传感器参数检测、视觉检测结果统计等应用。

四、配置清单