工业网络-工业物联网-工业互联网技术实验室建设方案

工业网络-工业物联网-工业互联网技术实验室建设方案-1---PAGE32-目录1工业网工业物联-工业互联网技术实验室 ..-3-1.1总体规划 ..-3-1.2实验设备 ..-3-1.2.1 产品介绍 ..-3-1.2.2 产品形态 ..-4-1.2.3 产品功能 ..-5-1.2.4 产品特性 ..-7-1.2.5产品详解 ..-16-1.2.6实训项目 ..-29-工业网络-工业物联网-工业互联网技术实验室总体规划业网络技术、工业物联网技术应用、工业互联网技术应用等核心课程的知识点学习，能够服务于相关课程的实验和实训需求。工业网络-工业物联网-工业互联网技术实验室主要用于对智能传感与测试技术、工业网络技术、工业物联网技术应用、工业互联网技术应用等核心课程的知识点学习，能够服务于相关课程的实验和实训需求。术、工业物联网技术应用、工业互联网技术应用的配置、维护和开发，接入等知识。的设计、开放式的硬件接口、开源的实验代码、完整的教学资源、贴心的售后服务。实验设备产品介绍工业物联网实训平台（ZC-IwsPlat）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。产品形态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。产品尺寸上，工业物联网实训平台高170cm，宽140cm。1.2.3产品功能1.2.3产品功能工业物联网实训平台提供三层架构的软硬件资源，包括：设备层、平台层、应用层，为相关教学提供配套的教学、实验、实训资源。所有硬件和教学资源全部开源开放，提供线上线下教学，微课视频等教学资源，让教学更轻松，项目开发更容易，售后服务更便捷。工业物联网实训平台提供三层架构的软硬件资源，包括：设备层、平台层、应用层，为相关教学提供配套的教学、实验、实训资源。所有硬件和教学资源全部开源开放，提供线上线下教学，微课视频等教学资源，让教学更轻松，项目开发更容易，售后服务更便捷。工业物联网实训平台设备层主要包含五个单元：工业主控监控单元、工业滑台加工单元、车间环境监控单元、工业原料传送单元、厂区环境监测单元。工业主控监控单元PLC、IOHMICAN留接线接口和编程接口。工业滑台加工单元：滑台加工单元，基于步进电机的滑台结构，实现工件模拟位移加工；在加工过程中，通过行程、限位、原点传感器，实现对滑台位置的感知和限定；通过激光测距、红外测温、编码测度等，对工件进行生产加工实时监测。车间环境监控单元知和控制；监控单元采用有线传感网络的通信方式，保证实时性和可靠性。工业原料传送单元：工业原料传送单元以直流电机传送带为核心，能够模拟工件原IO厂区环境监测单元：厂区环境监测基于无线技术，构建无线传感网络。基于无线传感网络技术和传感器技术，无线节点将传感器测量的厂区环境的数据发回实训平台；通过云推送服务，将物联网数据发到云端，实现云端存储和远程读取。平台层：智能制造实训平台平台层基于工业互联云平台技术，提供数据的处理、运维、计算和决策，包括三大单元：工业互联云平台、多协议工业网通、高性能边缘计算。工业互联云平台：实训平台提供基于工业互联云平台技术的智云物联数据中间件平台，支持海量工业数据的接入、分类存储、数据决策、数据分析及数据挖掘。多协议工业网通MQTT平台通信。高性能边缘计算NPUAIAI应用层：智能制造实训平台应用层提供丰富的互联网和大数据应用，支持远程异地使用，包括三大单元：可视化运维应用、工业互联网应用、大数据分析应用。可视化运维应用H5行数据的更新和预警。工业互联网应用：基于工业互联网新思维设计的工业互联网应用。大数据分析应用：基于工业云平台存储的海量工业数据，通过大数据分析和推断，为管理人员提供生产依据，为运维人员提供早期的预警和预测。课程资源：智能制造实训平台提供企业级教材和相关教学资源，能够完成工业自动化控制、物联网应用技术、机器视觉技术、物联网通信技术、物联网综合设计等课程的实验和实训需求。产品特性工业互联网之框架智能制造实训平台采用全新的工业互联网四层架构设计，将物联网、人工智能、大数据、移动应用等技术应用到传统生产制造过程中。物联网通信实训平台提供多协议网关实现各种异构网络的互联互通，并最终与工业云平台进行MQTTPLCModbusRS485RS232profinetZigBeeLoRaNB-IoTWi-FiLTE务。支持智慧云轻量级物联网通信协议，不仅支持PLC、Modbus、RS485、支持智慧云轻量级物联网通信协议，不仅支持PLC、Modbus、RS485、RS232EthernetZigBeeLoRaNB-IoTFiLTE1000+个节点的接入；提供本地数据消息推送即时通讯协议，支持用户应用的本地服务的探测，能够支持多客户端的同时接入，能够实现消息的同步更新与传输（当设备状态发生其他客户端也会同时收到消息更新设备状态；ID/KEY包含数据推送服务和数据存储服务，可以自定义数据中心服务地址，提供多网协议网关配置工具；推送服务，提供基于JSON格式的通信数据包服务，配置服务提供内外网数据切换，二维码添加ID/KEY授权。工业云平台实训平台提供基于工业互联云平台技术的智云物联数据中间件平台，支持海量工业数据的接入、分类存储、数据决策、数据分析及数据挖掘，主要软件功能模块包括：消息推送、数据存储、数据分析、触发逻辑、应用数据、位置服务、短信通知、视频传输等。SMSSMS数据消息实时连接推送服务/曲线件系统控制、定时发送短消息、根据各种变量触发某个复杂控制策略实现系统复杂控制等等开放应用数据：提供私有的数据库使用权限，实现多客户端间共享的私有数据进行存储、查询和使用360GPS/GSM：GPS，GSM开放接口：底层硬件数据接口及上层数据服务接口完全开放可视化应用H5远程异地进行监控和管理。同时工业云平台海量存储的工业历史数据为大数据分析和决策提供了充分了数据，为智能生产和柔性生产提供参考依据。有线无线异构组网无线传感网络无线传感网络ZigBeeWiFiBLELoRaIOTLTE3传感网络进行组网通信。无线传感网络TCP/IPprofinetCAN-OpenMODBUS、数字量IOIO平台网络拓扑图下图为物联网实训平台的网络拓扑图，不同的颜色的线表示不同的通信协议。人工智能技术落地人工智能与工业的融合，本质上是解决制造业设计、研发、生产、经营、管理、决策种的核心效率问题，通过数据智能、技术集成、平台智能全面提升生产效率。智能制造实训平台在生产的过程中，提供视觉、语音、机械臂智能、大数据分析等实训内容。智能视觉由光控电路控制的光学镜头在光源下获取目标图像，经传感器于信号存储电路之中保存，之后通过信号放大电路以及计算机的图像处理，最终获得目标的视觉信息。采用智能视觉技术，实现工业生产中的动态任务调配、缺陷分拣、精准定位、目标识别等任务。智能制造中典型的机器视觉系统如下图所示：由光控电路控制的光学镜头在光源下获取目标图像，经传感器于信号存储电路之中保存，之后通过信号放大电路以及计算机的图像处理，最终获得目标的视觉信息。1）1）学的无接触的测量方式，拥有严密的理论基础，测量范围更广，而且相对于传统测量方式而言，拥有更高的测量精度和效率。严重影响产品质量和使用的安全性，准确识别缺陷产品非常重要。高了多目标识别的准确性和实时性，可以大规模应用于工业制造场景。大数据分析通过工业大数据和行业经验知识，建立合适智能工厂、车间、计划调度控制执行、使用频率分析流交付。流交付。品质的因素，并持续进行改善。备采用物联网无线技术进行数据采集和控制。设备剩余寿命曲线（RUL）和预测性维护工业型嵌入式系统备采用物联网无线技术进行数据采集和控制。设备剩余寿命曲线（RUL）和预测性维护工业型嵌入式系统PLCARM多种电机生产单元执行部件采用不同种类的电机，用于学习不同的电机工作原理和相关程序开发，包括：交流变频电机、直流电机等。PLC&ARMPLCPLCARM产品详解5工单元、车间环境监控单元、工业原料传送单元、厂区环境监测单元。工业主控监控单元PLCHMICAN口和编程接口。工控主机工控主机部署在本地，用以本地实时采集和控制实训系统传感器数据和指标；工控主机内置云服务功能，能够将本地数据推送到物联网云平台。设备名称工控主机

主要技术指标1）工控主机尺寸不大于CPUIntel8G120G具有WiFi内置云服务功能，能够将本地物联网数据推送到云端PLCPLCPLC，IO设备名称工控PLC

主要技术指标1）采用西门子高端PLC，型号S7-12002）工作存储器125KB，装载存储器4MB，保持性存储器10KB，位存储器8192个字节；本体集成IO/2通信接口，两路以太网接口，支持Profinet工控网关工控网关采用ARM处理器，用以进行工业控制和采集。IO

主要技术指标1）宽供电电压：9V-30VDC；2）10M/100M以太网自适应；32AT91SAM9x25支持一键恢复出厂设置；模式等，使用方便；6）开机自动连接云服务器，数据实时上传与下发；支持DHCP，动态获取IP支持MODBUS-RTU主机模式，符合标准modbus-rtu或控制设备无缝接入；支持心跳包，无限次自动重连；采用标准导轨式设计，端子可插拔，接线更方便；IOprofinet时用以采集传送带状态监控的各类数字量和模拟量传感器数据。设备名称IO

主要技术指标1）通信方式profinet工业总线协议；16支持141A；4）4路模拟量输入，分辨率12位，精度1%,0-10V量程；5）1RS485modbusHMI制和数据显示，HMI制和数据显示，HMITCP/IP设备名称HMI主要技术指标1）显示尺寸7英寸；2）分辨率800*480；3）CAN设备名称CAN主要技术指标1）9-30v；CAN设备名称CAN主要技术指标1）9-30v；2）2）CAN标准：符合ISO11898标准，支持CAN2.0A/B3）:TCPServer/TCPClient/UDP高清球机用以对车间环境进行实时视频监测，支持有线和无线两种通信方式。设备名称高清球机

主要技术指标1）摄像头像素：400万；2）云台旋转：水平360°，垂直-15°-90°；100m；工业滑台加工单元温、编码测度等，对工件进行生产加工实时监测。滑台滑台由滑台丝杆结构和步进电机及其驱动器构成，通过步进电机的转动，带动滑台工作台的位置移动。设备名称滑台滑台驱动器

主要技术指标410mm260mm4mm，行程带标准刻度尺；421.8°；一体化原点、行程、限位开关，集成编码测速传感器；1）能够驱动42/57/86型的2相4相（4/6/8线）步进电机；9-24v4A输入信号带光耦隔离保护；移位传感器位移传感器包括限位开关、行程开关、原点开关，用以对滑台动作太的位置进行定位、限定和测量。设备名称行程开关 1）宽电压2）感应距离4mm；3）

主要技术指标限位开关1）工作电压10-30v；限位开关1）工作电压10-30v；输出方式NPN静态电流：300mA；原点开关24v；7.5MM工作方式：电容感应；滑台检测传感器滑台工件检测传感器包括激光测距传感器、红外测温传感器、编码测速传感器，分别对工作台移动距离、步进电机温度、步进电机转速进行实时测量。设备名称激光测距传感器主要技术指标1）输出信号0-5v；2）测量距离10-100mm；3）测距方式：激光；红外测温传感器编码测速传感器1）测量范围0-300℃；2）重复测量精度±0.5℃；3）物距比：1.6:1；工作电压DC5-24v；600相数：AB车间环境监控单元，主要用以对生产车间的工作环境进行是感知和控制；监控单元采用有线传感网络的通信方式，保证实时性和可靠性。紧急报警传感器紧急报警传感器包括震动传感器、对射光栅、急停按钮、报警灯，主要用以对紧急设备名称对射光栅设备名称对射光栅主要技术指标0-30M；光轴：402工作电压：DC12-24V；震动传感器通信类型：CAN输出数据：三维（加速度、陀螺仪、欧拉角、磁场）数、时间；3）Z±180°，Y±90°急停按钮材质：ABS防护：带防水罩结构复位：旋转复位报警灯24v；85报警颜色RGB排风扇排风扇用以对车间进行定时通风换气，保证人员和设备工作于适宜环境。设备名称排风扇 1）工作电压：12v2）工作电流转速:3000rpm最大风量

主要技术指标电子横幅用以显示当前设备介绍、环境情况、欢迎词等，可在线编辑文字。设备名称电子横幅

主要技术指标1）尺寸99*19*3.8cm；显示内容：在线自定义；3）通信方式：RS458；3）通信方式：RS458；电能计量能够对平台当前电压、电流、有功功率、无功功率等用电情况进行实时监测。设备名称电能计量表

主要技术指标1）工作相数：1-3相；测量指标：电压、电流、有功功率、无功功率、通信接口：RS485;工业原料传送单元工业原料传送单元以直流电机传送带为核心，能够模拟工件原材料在传送带上运动IO模拟量输出型传感器对传送带系统的运行情况进行监控。传送带传送带由直流减速电机驱动，配合机械机构和皮带，能够用来传送原材料。传送带是工业原料传送单元的核心。设备名称传送带系统 1）尺寸87*465mm；2）带速50-400mm/s3）负载：3-8kg；

主要技术指标IOIO属，反射等特征进行检测。设备名称接近开关

主要技术指标1）光源红色，4元素发光二极管；2）检测方式：光强度检测MARK及颜色自动匹配检测C以及颜色+光亮检测值CI；3）工作电源：DC12-24v±10%；感应方式：电感式；工作电压：DC6V-36V；200mA；输出形式：NPN光电反射传感器工作电压DC5V；工作原理：漫反射；光电反射传感器工作电压DC5V；工作原理：漫反射；18cm模拟量IO型传感器包括热敏传感器、霍尔电流传感器，主要用以对减速电机的温度和传送带系统的工作电流进行实时监测。设备名称主要技术指标和传送带系统的工作电流进行实时监测。设备名称主要技术指标热敏传感器1）0-400℃；2）1.5℃；霍尔电流传感器1）量程0-50A;24v；厂区环境监测单元厂区环境监测基于无线技术，构建无线传感网络。基于无线传感网络技术和传感器无线节点无线节点用以读取工业传感器的数据，并将传感器的数据通过无线的形式发送给工业物联网实训平台。设备名称工业经典型无线节点

主要技术指标采用无线模组作为MCU主控，板载信号指示灯：电源、电池、网络、数据，两路功能按键，板载集成锂电池接口，集成电源管理芯片，支持USBRJ45P0_0~P0_7IOADC3.3VADC5VRS485、两路继电器等功能，3.3V5V12V、LTE工业增强型无线节点 集成ARMCortex-M4STM32F407控制器，2.8寸真彩LCD液晶屏，HTU21DRGBLEDLEDUSB仿真器接口；集成以太网；集成四路RJ45工业接口，提供ARMIOADC3.3VADC5VRS485、3.3V5V12VWi-FiBLELoRa、LTE采集类传感器采集类传感器，主要对厂区环境的物理量进行实时采集，同时能够对厂区的安全情况进行监测。设备名称光照度传感器

主要技术指标PVCIP53RJ4512V3.量程：湿度0～100%RH，温度-10～+60℃；4.精度：湿度±3.0%RH，温度±0.5℃；RS485ModbusZXBeePVCRJ455V3.3v-5.5v；0-65535lux接口类型：IIC6.工作环境；-40℃-85℃；<=95%RH7.提供智云ZXBee通信协议驱动源码。PVCCO2PM2.5/TVOCRJ455v5v，平均电流<200mA；TTL3（3.3v；预热时间<5min7.温度量程0-1000ug/m³0-2000ug/m³；TVOC4ZXBee大气压力传感器 1.PVC塑料外壳，壁挂式安装；15-115kpa，精度±1.5kpa；RS485，ModBusDC12-36V，15mA，15ms；5.工作温度-10-65℃，工作湿度0-90%RH；ZXBeeRJ4512V噪声传感器 1.PVC塑料外壳，壁挂式安装；15-115kpa，精度±1.5kpa；RS485，ModBusDC12-36V，15mA，15ms；5.工作温度-10-65℃，工作湿度0-90%RH；ZXBeeRJ4512V火焰传感器烟雾传感器

PVCRJ4512V探测器；光谱响应范围：180nm-290nm；ZXBeePVCRJ4512V100mA120mA；预热时间：1-2Min；报警浓度：10&LEL5%LEL);6.工作环境；-10℃-50℃；<=95%RH7.提供智云ZXBee通信协议驱动源码。工业物联网云平台工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台。智能制造实训平台提供面向教学服务的智联工业云平台，提供工业数据的管理、工业数据的传输、工业数据的智能分析等服务。工业云平台实训平台提供基于工业互联云平台技术的智云物联数据中间件平台，支持海量工业数据的接入、分类存储、数据决策、数据分析及数据挖掘。设备名称AI

主要技术指标（实训平台内置多网协议网关服务，为工业异构网络提供认证服务、数据接入、地址解析、数据推送和网络配置等服务，通过MQTT数据服务与工业互联云平台通信。实训平台内置多网协议网关服务，为工业异构网络提供认证服务、数据接入、地址解析、数据推送和网络配置等服务，通过MQTT数据服务与工业互联云平台通信。设备名称异构网络网通服务主要技术指标支持Wi-FiLTE等数据的解析接入，提供传感网与互联网云数据中心的接入服务，同时支持多达1000+个节点的接入；2）支持ModbusRS485RS232Ethernet等工业总线数据的PLC

；3）数据库仓库：数据存储为字符格式数据存储，数据存储载MySQL5.0及以上版本数据库，针对项目ID单个TCP1KB/sTCP10008KB/s；IP支持云台的自定义转动；5）软件系统提供数据推送、数据存储、数据挖掘查询等管理功能，实时显示监测数据（动态实时更新，现场视频，显示实时/历史数据曲线（可以任意选择时间段，对单个或多个传感器数据进行显示，数据导出功能，按照指定时间段导出数据功能；6）支持自动控制策略管理，包含触发器、定时器、执行器、短信/电话等各个模块的自动控制策略管理，可以配置根据指定的传感器/定时器触发指定的执行动作，能够监测策略的触发记录等信息；7）支持GPS支持GIS地图显示；8）提供私有的数据库使用权限，对多客户端间共享的私有数据进行存储、查询和使用；9）提供接入数据的跟踪分析，并支持数据在线调试，通过指令对硬件数据进行远程控制管理。设备名称设备名称AI主要技术指标1）提供AI计算资源共享功能，多个用户可以同时登录系统，搭建不同的AI应用项目；2）提供统一的算法模型接口，用户可以切换不同的算法模型，无需修改应用代码，快速验证算法模型的性能指标；3）提供统一的硬件调用接口，用户无需深入硬件底层，直接通过Web方式调用硬件接口，即可完成硬件设备的调用和控制；数据中心的接入服务；数据中心的接入服务；3）提供本地数据消息推送即时通讯协议，支持用户应用的本（制；4）（；5）支持项目ID/KEY设置，可以二维码扫描自动录入，提供数据中心的服务接入，包含数据推送服务和数据存储服务，可以自定义数据中心服务地址，提供UI界面下电容触摸的物联网多网协议网关配置工具；6）提供AES数据加密，数据信令拦截需要ID/KEY认证。AI边缘计算AIAI4）提供用户注册和权限管理功能，不同用户之间资源隔离，4）提供用户注册和权限管理功能，不同用户之间资源隔离，同时提供模型、应用等资源的用户间分享功能；5）提供内外网穿透服务，每台设备提供唯一的URL，用户可以通过此URL，远程登录到指定的设备；6）提供远程协助功能，用户可以通过SSH登录系统，检查应用的日志记录，分析监控应用运行状况；工业物联网应用以云计算、大数据、物联网、移动互联网和新一代人工智能技术为代表的新兴互联网技术，正在变成新的工业底座，成为工业技术的一部分。工业互联网技术是融合了这些新兴互联网技术，将在各个行业广泛应用，并逐步打造新的工业形态。工业互联网应制造模式和商业模式的重塑。可视化运维可视化运维实训平台提供可视化的监控大屏，通过工业互联网平台将生产现场的数据进行实时大屏展示和故障及时预警。设备名称可视化运维系统主要技术指标1）采用流数据处理技术，实时获取工业互联网现场各种设备运行参数；2）提供可视化触摸屏控制界面，现场操作人员可以通过触摸控制各种设备的运行；3）提供丰富的可视化图表，实时展现生产现场各种设备运行状况和异常情况；4）提供数据统计分析功能，实时展现生产现场各种产量、品4）提供数据统计分析功能，实时展现生产现场各种产量、品质和库存等数据；5）提供移动端应用，现场操作人员可以在手持设备上控制和浏览设备运行状况。互联网应用实训平台基于移动互联网应用技术，市场与生产直接对接，催生更多更新的商业应用和商业创新。设备名称主要技术指标1）与互联网对接，用户可在线下单，平台自动完成排程和生产；2）根据生产订单，灵活安排物料订购，降低库存水平，提高库存周转率；3）运用大数据技术，预测消费趋势，提前进行生产安排，实现预测性生产。大数据分析实训平台源源不断的获取工厂实时数据，并存储到工业互联网平台，结合大数据技实训平台源源不断的获取工厂实时数据，并存储到工业互联网平台，结合大数据技术进行数据分析和挖掘，为生产决策、故障预警、生产报表提供依据。设备名称生产大数据系统主要技术指标1）通过消费者偏好分析，指导产品设计和研发，优化产品设计品质，进行个性化产品设计；2）实时监控设备运行状况，快速感知设备运行异常事件，及时采取应急措施；3）力不足影响因素；4）对品质异常进行多维度因子相关分析，确定品质不良原因，有针对性的改善；5）设备可能发生故障的时间，进行预测性维护，降低设备维护成本。实训项目工业物联网实训项目以实际工业互联应用项目为切入角度，讲述项目的开发流程、134应用软件设计的具体实施细节，获得工业物联网应用软件的统筹和开发能力。基础项目案例工业物联网实训平台可完成以下基础项目案例的开发实训：项目名称 项目介绍厂区空气环境监测系统

1（、5C、大气压力的数据进行实时监测，并以图形化的形式展示，支持刷新时间自定义；2）每种环境空气要素都能够设置阈值，当传感器采集到的值超过阈值时，软件系统发出警报提示；3）传感器的数据能够在云端存储，支持自定义时间4）传感器数据支持微信小程序扩展接入。厂区安防环境监测系统

支持燃气和火焰实时报警监测；史数据查询，并以曲线的形式对数据进行展示；4）具有厂区安全情况滚动播报功能；5）传感器数据支持微信小程序扩展接入。史数据查询，并以曲线的形式对数据进行展示；3）电能数据支持微信小程序扩展接入。车间远程电能计量系统实时监控车间紧急按钮和对射光栅的检测状态；4）数据支持微信小程序扩展接入。

实时监测车间工作台的震动异常情况；定的阈值时，软件发出警报，并控制报警灯报警提示，振幅阈值大小支持自定义；3）史数据查询，并以曲线的形式对数据进行展示；4）报警灯支持远程关闭和打开；数据支持微信小程序扩展接入。HMI能够沟通过软件远程控制滑台左右和右移；支持微信小程序扩展。滑台控制系统功1）位置；2）程；滑台能够定位中心点的位置；支持微信公众号拓展功能；滑台定位系统滑台检测系统

图形化的形式显示；据查询，并以曲线的形式对数据进行展示；支持微信小程序扩展；屏幕控制；系统支持自动模式和手动模式；自动执行；4)