工业控制研发平台介绍

发布者:宋亚伟发布时间:2022-04-29浏览次数:616

     主要包括美国罗克韦尔工业网络中心、瑞士ABB智能控制中心(ABB系统总控制室、智能控制示范线、智能供配电实训室、离散控制实训室、运动控制实训室、过程控制实训室、工业云技术实训室)。

1、罗克韦尔工业网络中心

该中心为南工院与罗克韦尔校企合作分两期建设,2010年学校投入300多万人民币,罗克韦尔捐建1000多万,建设了工业三层网络控制系统及40套应用PLC等终端;2017年学校投入150万人民币,罗克韦尔捐建1200万,建设了DCS系统、平面机器人系统、40套工控机、80台变频器、80PLC40台人机界面,运动、过程控制对象三种各40套。

该中心主要为电气自动化、自动化等专业提供工业网络控制综合实训及教师的工业网络技术方面的研究。

2ABB智能控制中心

本中心包含2套智能控制总控系统、1套智能控制过程控制系统、1套智能控制离散控制系统、1套智能控制智能配电系统、1套智能控制运动控制系统、1套智能控制工业云服务系统、1条智能控制示范线及相关配套软件,所有设备均为工业级生产设备。本项目中智能控制过程控制系统、智能控制智能配电系统为开放式应用系统。该中心为南工院和ABB联合建设,学校投入资金1500万元人民币,ABB捐建约2000万元。

1ABB系统总控制室

    智能控制总控系统包含1台计算机系统单元、4台人机界面HMI1台智能控制屏幕支架及中央控制大屏,中央智能控制柜1台、1套终端智能配电系统;智能控制总控系统DCIM为工业领域数字工厂的中央控制系统,系统采用开放式IoT操作系统。具备大数据分析、边缘计算、数字孪生等功能,各种开发工具以及各种应用软件和服务。支持各种现场总线的互联如OPC UACANopenPOWERLINKEtherNet/IPPROFINETMODBUS TCP等。DCIM通过工业互联网将智能控制智能配电系统(终端)、智能控制离散控制系统、智能控制工业云服务系统、智能控制过程控制系统、智能控制运动控制系统柔性的连接,对现场级设备设施的生命周期管理,协同自动生产管理,设备的能源管理,对企业生产管理执行系统进行订单执行及反馈。

该系统可以为老师和学生提供智能控制系统的设计与仿真,智能系统维护、系统运行、试验分析与管理等方面的研究及技术技能训练。

2ABB智能供配电系统

本系统包括8台智能塑壳断路器、智能马达控制器、变频器、软启、CMS系统、多功能电力仪表、智能电力监控系统、快熔保护、电机负载等原器件与保护系统。2台金属铠装封闭中压开关设备ZS11台中压进线柜、1台中压出线柜)3台智能型组合式多功能低压开关柜MDMAX-ST1台低压进线柜、2台低压出线柜)。16套智能设计软件及仿真软件。

智能电力监控系统和教学岛之间将采用以太网通讯,设备与通讯主机间采用总线通讯,通讯协议为标准Modbus-RTU。同时智能电力监控系统可连接工程应用室的智能中低压配电系统,组成三级供电系统。

本系统主要为电气自动化、自动化、电气工程及自动化专业老师和学生提供智能供配电相关课题科研及综合实训。

3)运动控制系统

智能互联运动控制系统以真实的康尔贝制药工业级药品装盒捆包生产线为控制对象,控制系统采用Autonmation Studio,控制系统包含实验教学中典型的仿真模型和仿真实例;支持MATLAB/Simulink算法建模及验证、虚拟仿真与实物的数字孪生技术、速度运动控制;张力运动控制等应用。该平台可基于MATLAB/SimulinkGUI界面设计和实现运控系统可视化生产线。

该生产线为间歇式设计,工业级运动控制系统,结构简洁,易维护。采用一系列复杂的传动,模仿人的动作来自动完成下盒、开盒、折叠说明书、装药(说明书)及封盒等工序。

生产线采用高速折纸机,说明书自动折叠系统及传送装置。说明书采用工业级运动控制系统的轮式入盒系统,该系统还可实现说明书的入盒对折长度的调节。入盒系统为间歇式运作,装有推装过载保护功能,保护泡罩板和说明书安全入盒。本机可选配多种关盒方式及其它装置。更换不同尺寸的纸盒,无需更换模具,仅按盒子大小进行调节定位。

本系统可以为电气自动化、自动化专业的老师和学生提供运动控制系统研究及相关的综合实训,培养学生的综合应用能力和创新能力。

4)离散控制系统

智能控制离散控制系统为生产性产线,加工产品为定制化优盘,涵盖PCB安装、U盘盖安装、U盘标签涂胶、U盘装配、成品打包等工艺,涉及机器人应用领域的上下料、搬运、涂胶、包装、装配等工艺。每个工位可自行加工,且可以连成一条完整产线。同时配置工厂智能设备管理系统,为学生开展智能制造实验以及工业数据(含能耗检测)处理实验平台。

其中智能设备管理系统,可通过对机器人等控制器的直接连接完成从现场实时控制到远程分析监控的全面生产管理功能,可连接上层的企业商业系统或厂级管理系统MES。拥有机器人运行可视化和远程控制平台,生产线和生产单元智能化管理的平台,生产单元大数据分析和异常分析的平台。机器人控制器集成,机器人及设备实施监控,实施报警及时间管理,重点参数实时/历史趋势,历史数据导出,基于web远程画面及报告查询,物联网及大数据分析。

5)过程控制系统

智能控制过程控制系统设备包含1台过程控制装置、1台过程控制柜、1套过程控制系统,1套过程控制中控台、1套终端智能配电系统。过程仪器仪表、控制系统、控制柜、控制台均为工业级产品;系统为开放式系统,学生可在该系统上进行过程控制系统典型项目应用开发流程。

根据工厂主要装置为背景,过程控制系统为真实的工业控制系统,能进行正常运行操作、开停车、断电事故处理。可对生产系统温度、压力、流量、液位进行检测、显示、控制,可实现自控系统、报警系统、趋势图、带控制点的工艺流程图、仪表界面等操作。对温度、压力、流量、液位等过程参数应用多种控制方案进行控制,同时让学生熟悉主流的工业控制产品,并具备一定操作、选型、设计能力,为就业时迅速进入角色打下基础。该系统也是老师进行智能过程控制的研发平台。

6)工业云技术服务中心

智能互联工业云服务中心基于造纸行业的纸机设备为对象,包含2台工业级柜式传动、2台工业级传动电机(带电机传感器)、1台控制器、1套终端智能配电系统、1套工业级云服务系统(基于Azure)。是根据在造纸行业领域广泛用的收取和放卷工艺为主要设备对象,对于收卷和放卷工艺来说,过程参数(测量值)、张力范围(静张力和锥形张力)、带材卷径比、外围设备速度(爬行速度、最大速度和运行速度)、加减速率、齿轮变比、材料重量和密度等因素是造纸工艺的关键点,需通过大量的数据分析及先控算法进行计算分析。通过工业级云服务系统,使数据实时共享并在线决策。以强大的算法控制进行运算分析,同时结合现场控制系统实现了设备的稳定及精确运行。

二次开发纸机云服务企业端、了解云服务系统的基础构架、了解公有云及私有云的结构、数据安全测试及数据防护措施、云服务的分布式算法应用、虚拟仿真与实物的数字孪生技术应用、MATLAB/Simulink先进算法建模及验证、工业传动设备与电机调试、边缘计算及设备预维护应用。

为老师和学生提供真实的工业云技术研究和综合应用训练。







7)智能控制示范线

智能控制示范线包含:1套控制中心、1套自动传输系统、1套原材料立体仓储工作站、1套机器人智能装配工作站、1套视觉检测与老化测试工作站、1套托盘回收工作站、1套激光打标工作站、1套包装中心工作站、1套成品立体仓储工作站、1套信息显示中心、1套工业互联网云平台。

智能控制示范线-控制中心

控制中心由总控台和总控系统(总控PLC、工作站计算机、网络交换机、无线路由器、系统监控计算机等)组成。总控系统实时监测、记录各分系统的当前状态,根据订单内容进行下料、生产、检测、包装等制造指令,并将设备的状态提供给操作者或管理人员。

智能控制示范线-自动传输系统

自动传输系统主要由皮带传输流线、标准物料托盘、标准托盘顶升模组、AGV小车、RFID等组成。自动传输系统主要功能是为了充分发挥物流资源供应方的效率,同时使需求方(客户)能够快速获得服务匹配,并得到物流支持,自动传输单元是实现“智能物流”的硬件传输基础。在本系统中主要实现根据客户需求,控制系统从原材料立体仓储库发出需求产品的物料托盘(每块托盘上都需镶嵌一块RFID电子标签),自动传输单元把不同种类的物料通过皮带传输线以及AGV运输到不同的工作站,每个工作站需由RFID系统对进出该站的产品进行读写识别,之后完成不同物料的生产装配工作,传输系统中各种物料及产品均由RFID进行物料和产品的跟踪。

智能控制示范线-原材料立体仓储工作站

原材料立体仓储工作站是用来储存装配PLC的原材料,采用巷道式立体库,总仓位不少于40个,主要由基础工作台架、电气控制系统、巷道式堆垛机、工业型材搭建的立体库位、接驳平台等组成,其中原材料入库和出库需由不同的工位进出。库内物品通过RFID系统和系统软件来实现物料的信息管理和科学调配。

堆垛机XZ轴传动机构均采用由基于ProfiNet总线控制的伺服电机驱动,保证了入库动作的快速性与精确性。堆垛机取料机构采用三级货叉,由直流电机驱动,可完成在双面库位的双面作业,托盘携带的RFID电子标签有效记录物料的状态信息。

智能控制示范线-机器人智能装配工作站

机器人智能装配工作站的主要任务是将PLC原材料按照装配工艺进行PLC组装,在相关装配工艺完成后,需视觉系统进行检测该工序是否合格,最终完成PLC的主体装配工作,不合格产品需进行不合格处理,合格产品进行下一步工艺加工,或流入下一个工作站继续加工。该工作站主要由基础工作台架、电气控制系统、6轴机器人、SCARA机器人、气动按压装置、伺服定位台、抓手工装模块、气动系统、视觉系统等组成。

智能控制示范线-视觉检测与老化测试工作站

视觉检测与老化测试工作站主要任务检测前面工序安装完成PLC的装配缝隙检测与老化测试等指标。检测内容有:PLC装配缝隙是否正常、外观是否正常、PLC的老化测试。主要由基础工作台架、电气控制系统、视觉检测模块、接口测试机、老化实验箱、6轴机器人、抓手工装模块、气动系统等组成。

智能控制示范线-托盘回收工作站

远程回收工作站的主要作用是将空托盘进行回收,当原材料托盘在装配中心完成送料后形成空托盘,所以在第一道传送线的末端远程站会将空托盘自动回收放入回收小车,能够存放至少12个空托盘。当回收小车收满空托盘后,系统自动提示工作人员将空托盘运送至指定的地点,重新放料。本工作站主要包括基础工作台架、托盘码垛机构、回收小车、远程控制单元等。远程回收工作站采用基于ProfiNet总线的远程模块进行控制。

智能控制示范线-激光打标工作站

激光打标工作站主要是完成PLC侧面的标识信息打标。主要包括基础工作台架、电气控制系统、激光打标机、直角坐标机器人、打标平台、气动系统等。

智能控制示范线-包装中心工作站

包装中心工作站主要作用是完成装配检测之后PLC的包装。主要由基础工作台架、电气控制系统、6轴机器人、机器人行走轴、包装材料供料机构、包装工位、标签机、抓手组件、气动系统等组成。

智能控制示范线-成品立体仓储工作站

成品立体仓储系统用来存放PLC的成品,能够满足2PLC,最多8台的PLC成品,设置有不少于8个成品库位。主要由基础工作台架、电气控制系统、6轴机器人、成品货架、抓手工装模块、气动系统等组成。

智能控制示范线-信息显示中心

信息显示中心主要是显示生产线的实时运行状态信息如:(1)当前订单信息;(2)各工作站的产品信息;(3)各工作站的设备运行状态;(4)各工作站自动故障报警并提示具体工位的报警信息;(5)各工作站加工产品合格数/不合格数;(6)以及其他生产数据。

智能控制示范线-工业互联网云平台

采用的工业云是一个PaaS云平台。平台以OT(操作技术)与IT(信息技术)深度融合技术为核心,提供从感知层、传输层到应用层的全套工业互联网解决方案,实现互联网+设备、互联网+工厂,为工业提供行业效率。监控系统为工业互联网平台的数据展示终端形式之一,设备依靠于智能网关设备连接,将数据推送至云服务器,云组态平台从服务器获取数据进行展示。监控界面服务是全联互控基于PaaS平台提供的物联网可视化工作服务,包括:检测点及报警配置、监控界面设计以及监控界面配置三大部分,通过该服务,可减少用户对监控可视化效果的UI的研发投入。最终界面以B/S架构可部署在客户的服务器中,客户通过PC浏览器或移动手机及平板电脑访问和控制物联网监控设备。

本示范线主要为电气自动化、自动化、电气工程及自动化专业学生提供智能控制系统综合实训及创新能力的培养,同时也是老师智能控制系统研发平台。