·設備外觀

·設計簡述

     教學平臺采用實物套件+數字孿生+人機協作的設計理念，將可編程控制器技術、機器人技術、智能制造的控制技術以及數字化仿真技術虛實結合。
     教學平臺配套了多功能實訓桌、可編程控制器實驗箱（PLC+HMI）、機器人示教器、電腦、嵌入式顯示器和數字孿生仿真教學資源，通過實驗箱上預裝的按鈕、傳感器等元件對控制程序進行調試檢驗，完成PLC、HMI相關的基礎實訓項目；通過真實的機器人示教器、PLC、驅動虛擬仿真場景運行，支持機器人手動調試、機器人編程調試、機器人系統集成、PLC編程調試、PLC系統集成。
     教學平臺結合數字孿生仿真軟件可實現虛擬3D環境互動與數字孿生，構建機器人、物流自動化、傳感器等各種應用，適合學校裝備制造、自動化、電工電子、電氣大類專業教學使用。

·主要參數

1、工作電源：單相三線AC220V±10%  50Hz；
2、工作環境：溫度-10℃～+40℃，相對濕度＜85%(25℃)，海拔＜4000m；
3、裝置容量：≤1.3KVA；
4、外形尺寸：1300mm×800mm×1430mm；
5、安全保護：具有接地、漏電壓、漏電流保護，安全指標符合國家標準。

·組成及功能

教學平臺主要由多功能實訓桌、可編程控制器實驗箱、機器人示教器、電腦及嵌入式顯示器、無線鍵盤鼠標等組成。
（一）多功能實訓桌
采用1.2-1.5mm優質冷軋鋼板，除油/酸洗/磷化/打磨/靜電噴涂，臺面采用高密度防火板；
桌體配有4個高強度福馬輪，輪子直徑≥40mm，單個動載≥250KG，四個承重≥500KG，方便移動和固定。
桌面設有2個收納盒用于放置可編程控制器實驗箱、機器人示教器、無線鍵盤鼠標等，平時桌面是平整的，可以作為普通課桌使用。在使用實驗箱和示教器時，桌面可翻轉打開，進行可編程控制器、觸摸屏和示教器的操作；
控制屏上方嵌入27寸寬屏液晶顯示器，配套電腦運行可編程控制器、觸摸屏編程軟件及數字孿生軟件；
桌面下方設置有電腦主機收納位，用于放置電腦主機。
配有工業級電源插座，5位25孔，用于電腦、顯示器、實驗箱、示教器等設備供電，功率10A/2500W，具有過壓、過載保護。
（二）可編程控制器實驗箱
實驗箱由手提式實驗箱、可編程控制器、觸摸屏、模擬控制實驗板、按鈕模塊、傳感器模塊、基礎電氣模塊、工具等組成。實驗箱充分考慮實用性、可靠性與安全性，其實驗線路連接采用高性能自鎖緊接插件實驗導線，堅固可靠。實驗箱上可直觀地進行PLC的基本指令練習、PLC技術的應用模擬、PLC實物控制教學等實驗內容。
1、手提式實驗箱
采用大強度鋁合金，高級工具鎖，防磨損海綿、合金提手等設計，結構美觀大方，便于攜帶，尺寸433*313*180mm。
面板采用藍色2.0mm厚度金屬面板，器件標識印刷清晰不掉色。
可編程控制器、觸摸屏、傳感器等器件合理布局，使用方便。
2、可編程控制器
采用西門子緊湊型PLC產品S7-1200 CPU1214C AC/DC/RLY，供電電壓AC85～264V，集成14路數字量輸入,10路數字量繼電器輸出，2路模擬量輸入，內置100KB工作存儲器/4MB負載存儲器/10KB保持性存儲器、6個高速計數器（100KHz），集成以太網接口，支持RS232、RS485、MODBUS、USS、S7協議通訊、PROFIBUS、PROFINET等通信，配有通信編程電纜。
3、觸摸屏
觸摸屏采用昆侖通態MCGS TPC7032KT，供電電壓24±20%VDC，Cortex-A7 CPU，主頻800MHz,內存256M；7英寸高亮度TFT液晶顯示屏，分辨率800×480；集成以太網接口、RS232、RS485、USB接口，能夠使學員了解工業觸摸屏的功能及使用方法、掌握與PLC之間的通信知識，并掌握復位、置位、交替等功能鍵、圖形（曲線）顯示、動態畫面跟蹤在觸摸屏中的實現方法。可以和PLC組建PROFINET網絡。
4、模擬控制實驗板
提供機械手、裝配流水線、十字路口交通燈基礎實驗模塊，通過導線連接可進行可編程控制器編程學習。
5、按鈕模塊
提供1個電源按鈕、1個急停開關、1個啟動按鈕、1個復位按鈕、1個停止按鈕、1個報警蜂鳴器、4個撥檔開關。
6、傳感器模塊
1對光柵傳感器（檢測距離5mm，重復精度≤0.03mm，響應頻率2KHz,PNP輸出）、2個光電傳感器（檢測距離5～30mm，響應速度1ms,最小檢測物體Ф0.15mm，動作指示燈(橙色)，穩定指示燈(綠色)，PNP輸出）、1個槽型光電（檢測距離5mm，重復精度≤0.03mm，響應頻率2KHz,PNP輸出）、1個接近傳感器（檢測距離3mm，設定距離0～2.4mm，沖擊耐久500m/s23次，響應頻率600Hz,PNP輸出）。
7、基礎電氣模塊
提供5口工業交換機（TP-SF1005）、電氣元件（電源線、DC24V/5A、保險座、接線端子、實驗導線等）、網線3根
8、工具
提供十字螺絲刀、一字螺絲刀、一字數顯電筆各1個。
（三）機器人示教器
1、與ABB原廠一致的6.5寸彩色液晶顯示屏和觸摸屏
2、與ABB原廠一致的示教盒外形
3、與ABB原廠一致的功能按鍵、3D操縱桿等
4、與ABB原廠一致的界面和操作習慣
5、與ABB原廠一致的指令格式、操作模式等
6、編程指令包括全部指令。
7、示教盒配置：
（1）意法半導體（ST）處理器：
ARM  32-bit Cortex-M3 CPU Core
128 Kbytes Flash存儲器
20 Kbytes SRAM
（2）板載接口：
一個VGA接口（16位色輸出，支持音頻輸出）
一個LCD接口（支持24位輸出，默認未引出）
一個485接口（速度1M，支持modbus協議）
一個3線調試串口（6-pin 2.54間距連接器）
兩個擴展接口，可擴展UART、I2C、SPI、UAB、CAN和PWM等接口
一個JTAG接口（6-pin接口，默認未焊接連接器）
（四）配套編程軟件
1、ABB模擬與離線編程軟件RobotStudio
（1）軟件支持導入各種主流CAD格式的數據，包括IGES、STEP、VRML、VDAFS、ACIS及CATIA等；
（2）軟件支持自動跟蹤生成加工曲線的坐標信息，便于機器人編程；
（3）軟件可直接生成機器人程序，離線編輯，在線導入機器人；
（4）軟件支持奇異點自動檢測，提供軌跡調整優化工具包，如碰撞檢查、軌跡自動調整優化、奇異點優化等功能；
（5）軟件支持機器人可到達性分析，顯示機器人工作范圍，方便工作站布局及部件位置調整；
（6）軟件支持機器人運行暫停仿真、可精確模擬機器人運行節拍時間；
（7）軟件可以調用機器人示教器，操作步驟和過程應與真實環境下的示教器對機器人本體操作一致，相輔相成，形成虛實結合的實訓模式；
（8）軟件具有播放仿真功能：進行仿真時，整個機器人程序應能在虛擬控制器上運行，在進行仿真前，應可選擇要進行仿真的路徑；
（9）軟件具有事件處理功能，通過事件應能將動作與觸發器連接，可在碰撞或設置信號時把一個對象連接至另一個對象；
（10）軟件應能模擬真實環境下的示教器對機器人本體進行編程的操作步驟進行操作，進行仿真時，整個機器人程序應可在虛擬控制器上運行；
（11）軟件應具備系統工作站旋轉、縮放、平移、窗口選擇等多種強大的觀察功能。
2、西門子TIA博途軟件
TIA博途作為一切未來軟件工程組態包的基礎，可對西門子全集成自動化中所涉及的所有自動化和驅動產品進行組態、編程和調試。向用戶提供統一的導航并確保系統操作的一致性，統一的軟件開發環境由可編程控制器（S7-1200、S7-1500、S7-300、S7-400系列等）、人機界面（TP、KTP系列等）和驅動裝置（V90、G120等）組成，有利于提高整個自動化項目的效率。TIA博途在控制參數、程序塊、變量、消息等數據管理方面，所有數據只需輸入一次，大大減少了自動化項目的軟件工程組態時間，降低了成本。
（五）方凳*2
1、尺寸：34X24X45（長X寬X高cm ）；
2、重量：5kg
3、材質：三聚氰胺板飾面，內部基材為高密度板，厚度2.5cm；PVA膠邊封邊，防火、防滑、防污、耐磨；
（六）終端控制設備（選配）
CPU：性能不低于I5-12400
芯片組，接口不少于前置6個USB3.1接口、耳機接口；后置4個USB2.1接口；1個串行COM、1個VGA+1個HDMI、PS/2,1個PCI；
內存：16GB ；
硬盤：1T固態硬盤；
獨顯：1660S 6G
鍵鼠：無線防水鍵盤，抗菌鼠標；
系統：正版windows11以上系統；
五、數字孿生仿真系統（基礎版）
提供5種主機類型通信控制，包括西門子200smart、西門子1200、西門子1500、三菱FX3U、三菱FX5U等。
提供提供13個基礎訓練實訓項目（模型采用LED指示燈、按鈕開關、接線端子、噴繪圖形的形式進行展現），涵蓋了裝配流水線模擬、十字路口交通燈模擬、天塔之光模擬、水塔水位模擬、步進電機模擬模擬、電動機星三角啟動模擬、三層電梯模擬、自動配料裝車模擬、四節傳送帶模擬、刀庫捷徑選擇模擬、數碼顯示模擬、自動扶梯模擬、水泵排水模擬）
提供提供21個場景訓練實訓項目（模型采用三維立體空間形式，通過實景式情景化的場景展現，真實的反應工業/生活中的應用場景），涵蓋了工業機器人協調控制、氣動沖壓機控制、自動上料機控制、自動封裝控制、工業流水線控制、小區水塔供水控制、智能配料控制、樓宇電梯控制、電機星三角啟動控制、數碼顯示控制、水泵控制、機械手搬運控制、物料分揀控制、數控沖壓機控制、立體倉庫控制、十字路口交通燈控制、天塔控制、多段輸送帶控制、步進電機控制、多功能刀架控制、自動扶梯控制等實訓仿真畫面。
集成西門子200smart在線學習課程67節，涵蓋了定時器指令、SMART簡介、MODBUS RTU通信簡介、PID回路控制、USS通信、以太網通信等。
集成西門子200smart在線測試功能67項，涵蓋了SMAART與CN的對比、時鐘指令、PLC設備和通信組態等。
集成西門子1200 PLC在線學習課程45節，涵蓋了PTP通信、保持型接通延時定時器、帶參數的FC的編程示例、接通延時定時器等。
集成西門子1200 PLC在線測試功能44項，涵蓋了PROFINET通信、PID控制器、運動控制功能、組態網絡連接等，可以加深學生對指令的理解。
通用功能
包含實驗模塊介紹、實訓目的、實訓原理、實訓流程、設備組成、區域介紹、實訓項目、控制要求、端口說明、模擬仿真、在線仿真、網絡連接等功能菜單。
具有離線仿真功能：不用連接PLC，相關模型按固定的流程模擬運行，可以根據任務要求或者模擬運行流程，自行編寫PLC程序，實現PLC編程的在線仿真控制；
在線仿真：在網絡區輸入PLC的IP地址和端口號，連接成功后，顯示“已連接”，通過PLC在線編程控制自動化模型動作，實現PLC編程的虛擬控制訓練；
六、數字孿生仿真系統（開發版）(選配)
系統是以虛擬3D孿生技術與智能控制技術平臺的融合，基于數字化雙胞胎技術，建立 1:1 的虛擬數字化與物理信號控制的平行世界。采用虛實結合及數字孿生技術，系統提供了基于智能制造技術的PLC、工業機器人、數控、運動控制、嵌入式、人工智能等多種應用的虛擬調試及集成仿真平臺，基于數字孿生及虛實互動仿真的特點，結合實驗室的綜合建設，該系統能夠貫穿整個智能制造技術的仿真課程體系進行仿真，提供課程管理、虛擬仿真、硬件實踐以及AR/VR平臺資源。
系統通過結合了數字孿生技術，將1:1的機器人技術、PLC技術、智能控制技術融合，按照智能制造的人才培養過程和梯度，以仿真貫穿整個實訓室設備，從智能控制技術+機器人技術+工業互聯網為知識架構，依次將機械、電氣、物聯網以及計算機軟件技術各個專業、行業的示范應用結合。在工業自動化、機電一體化、電氣工程、機械工程等課程中具有較高的教學價值。
系統集成了PLC仿真、機器?仿真等功能。提供用戶自主建模與自主布局功能，并開放底層接口，支持用戶二次開發，是一套數字孿生技術的綜合設計仿真驗證平臺，并提供了豐富的教學資源。通過1:1數字建模，可與實際生產線實時交互，達到數字孿生。
1、方式靈活，支持網絡模式與模式，網絡版形式通過賬號和密碼的形式使用。
2、具有豐富的工業模型庫，本地模型主流品牌工業機器人（ABB、KUKA、FANUC、三菱、埃夫特等）、傳送帶、氣動件、電機、按鈕開關、傳感器、視覺相機、數控機床、立體倉庫、AGV、機器人夾具等，并且每個模型都支持用戶自定義設置其坐標、角度、參數尺寸等，能夠通過便攜化的3D交互托拉拽建設3D場景應用。具有網絡模型，3D模型支持云端更新，軟件可查看云端模型并可在仿真場景內使用。
3、物理引擎：內置物理引擎，創建的三維模型具有物理屬性，能模擬現實生活中的物理現象，如：運動、旋轉和彈性碰撞等。在發生碰撞、摩擦、受力的運動模擬中，不同的物理屬性能得到不同的運動效果。包含豐富的軌跡調整優化工具包，如碰撞檢查、工業機器人可達性、姿態奇異點、軸超限、節拍估算、軌跡自動調整優化等功能。
4、虛擬設備工作由控制設備通過程序驅動，虛擬傳感器能反饋場景的狀態，賦予了虛擬設備與實際設備相同的特性，還能通過外部真實的控制面板或虛擬設備上的控制面板對虛擬設備進行操作。
5、通過鍵鼠能完成平移、旋轉、縮放等操作，可快速切換視角。具有三視圖功能，具有頂視圖、前視圖、左視圖，多視角同時查看三維場景。
6、使用者可以使用軟件方便、有效地建立、測試、控制任意的自動化系統。軟件可將涉及各領域的元件、部件組合在一起。在模擬時，也可對在真實硬件環境運行時會產生干擾、錯誤的過程情況進行評價。
7、支持導入3DCAD軟件創建的三維模型（如Solidworks、ProE、Catia等),用戶可將CAD設計的設備先導入軟件中，進行仿真調試，先通過驗證測試再進行生產，既節約了成本與時間，又能保證產品的準確性。
8、具有設備介紹功能，點擊設備，能顯示設備的詳細信息，設備信息可編輯。具有操作引導功能，引導使用者逐步完成操作，每一步操作都有相應提示，操作步驟可編輯。
9、支持VR功能，通過VR眼鏡（另購）可實現沉浸式虛擬現實3D體驗，包含逼真工業現場3D音效仿真，使體驗者身臨其境。通過手柄可與場景進行互動操作。
10、軟件支持同各種實際的PLC進行直接通訊（無需通過OPC），如西門子1200、西門子1500、三菱FX5U、三菱Q系列等以及國產匯川H2U-1616MT-XP、臺達DVP SX2等，虛擬設備可接受PLC的指令信號，同時也可返回其采集的信號到PLC中，屬于一個完整的閉環控制系統。）
11、可與第三方虛擬PLC進行通訊，如西門子的PLCSIM、三菱虛擬PLC，可用PLC廠商提供的編程軟件編寫相應品牌的PLC程序，下載到相應品牌的虛擬PLC中，再連上軟件中的模型，進行控制仿真，整個流程在計算機中完成。
12、組態軟件開發的模擬人機界面，可控制虛擬PLC，對仿真場景的虛擬設備進行操作。
13、仿真場景的虛擬設備通過多種通訊協議與外部控制器進行數據交換，支持Modbus-RTU、Modbus-TCP、OPC UA、S7等總線通訊協議。通過設備數據映射表，把外部控制器端口與三維模型的內部端口建立映射關系，因此外部控制器能驅動虛擬設備工作，用戶可自行修改數據映射表。
14、二次開發：支持Python、lua腳本語言編程控制虛擬設備，可用于快速功能驗證及功能擴展。
15、用于電氣信號連接圖設計，仿真場景的電氣主控器件與被控制器件都有一個對應的電氣符號，電氣符號用圖形表示，有名稱與內部端口號。用畫線方式連接不同端口，不同類型端口用不同顏色線條表示，完成電氣信號連接圖后可導出Excel格式的IO表。
16、自動考評：軟件具有數據實時采集與分析、自動評分功能。先由教師在軟件上出題，自動生成評分規則，學員在考核過程中，軟件實時記錄學員的操作過程、執行結果、異常事件，并根據考試評分規則計算最終成績，減輕教師的批改工作量，提升教學質量。
17、具有豐富的工業模型庫，本地模型主流品牌工業機器人（ABB、KUKA、FANUC、三菱、埃夫特等）、傳送帶、氣動件、電機、按鈕開關、傳感器、視覺相機、數控機床、立體倉庫、AGV、機器人夾具等，并且每個模型都支持用戶自定義設置其坐標、角度、參數尺寸等，能夠通過便攜化的3D交互托拉拽建設3D場景應用。具有網絡模型，3D模型支持云端更新，軟件可查看云端模型并可在仿真場景內使用。
18、軌跡優化：離線編程時提供多種軌跡優化工具：碰撞檢測工具檢查仿真運行時是否發生過碰撞，防止真實應用時發生危險；軌跡分析工具對工業機器人的可達性、姿態奇異點、軸超限、節拍估算進行檢查，方便設計人員對機器人軌跡進行調整，避免實際運行時無故停機；機器人3D工作范圍球能直觀顯示機器人的工作范圍和最小工作范圍，提高調試效率。
19、豐富的工藝工具包：提供了多種工藝工具包：根據需求自定義工具模型和坐標參數，滿足個性化工作站設計要求。通過多點智能匹配算法實現虛擬設計環境與真實應用環境的坐標變換，在軌跡輪廓不變的情況下對所有標志點進行變換，提高適應性。集成了機器人碼垛、機器人上下料、機器人焊接等典型工藝應用。
20、機器人拖動示教：支持拖動機器人法蘭末端或工具末端進行平移操作與旋轉操作獲取空間點位，空間點位可打開或關閉顯示，并可移動點位。
21、虛擬示教器編程：內置機器人虛擬示教器，功能、界面與真實的示教器一致。虛擬示教器程序驅動機器人運動與IO操作，完成機器人編程、運動仿真、機器人工藝訓練等功能。
22、硬件示教器編程：真實示教器通過以太網總線接入軟件，在硬件示教器上完成機器人編程并控制虛擬機器人運動，完成各種機器人虛實結合仿真。在保證操作安全的同時，不影響操作體驗。
23、多機器人同時仿真：支持多種類型機器人，如直角機器人、SCARA機器人、4軸串聯機器人、6軸串聯機器人，每臺機器人都有獨立的運動控制器，分別編程，獨立運行。支持多品牌、多類型的機器人同時仿真運行。
24、機器視覺仿真：仿真場景中的虛擬相機，能與外部機器視覺軟件實時數據交換，組成機器視覺系統，實現對虛擬工件的在線視覺檢測。機器視覺軟件與虛擬機器人總線通訊，把工件坐標傳給虛擬機器人，引導虛擬機器人抓取工件。

·實訓項目

（一）PLC基礎編程實訓
1、基本指令編程練習
2、機械手控制
3、十字路口交通燈控制
4、裝配流水線控制
5、各種傳感器檢測控制
6、觸摸屏組態軟件實訓
7、觸摸屏網絡配置與組態
8、PLC與觸摸屏通訊實訓
（二）工業機器人示教編程實訓
1、工業機器人的應用
2、機器人基本原理及組成實驗
3、工業機器人運動學分析及控制
4、六自由度機器人關節運動控制實驗
5、六自由度機器人直線運動軌跡控制實驗
6、六自由度機器人圓弧運動軌跡控制實驗
7、機器人控制基本操作實訓
8、機器人坐標系應用操作實訓
9、機器人操作及示教編程實訓
10、機器人典型應用-焊接應用實例
11、機器人典型應用-機床上下料應用實例
12、機器人典型應用-碼垛搬運應用實例等
（三）數字孿生實訓（基礎）
1、裝配流水線模擬
2、十字路口交通燈模擬
3、天塔之光模擬
4、水塔水位模擬
5、步進電機模擬模擬
6、電動機星三角啟動模擬
7、三層電梯模擬
8、自動配料裝車模擬
9、四節傳送帶模擬
10、刀庫捷徑選擇模擬
11、數碼顯示模擬
12、自動扶梯模擬
13、水泵排水模擬
14、工業機器人協調控制
15、氣動沖壓機控制
16、自動上料機控制
17、自動封裝控制
18、工業流水線控制
19、小區水塔供水控制
20、智能配料控制
21、樓宇電梯控制
22、電機星三角啟動控制
23、數碼顯示控制
24、水泵控制
25、機械手搬運控制
26、物料分揀控制
27、數控沖壓機控制
28、立體倉庫控制
29、十字路口交通燈控制
30、天塔控制
31、多段輸送帶控制
32、步進電機控制
33、多功能刀架控制
34、自動扶梯控制
（四）數字孿生實訓（開發板）
1、數字孿生開發平臺基礎實訓
2、傳輸線基礎控制
3、傳輸線阻擋控制
4、流水線并線控制
5、伺服控制
6、直角機器人裝配控制
7、桁價機器人碼垛
8、立體倉庫
9、立體車庫
10、桁架機器人機床上下料
11、液位控制
12、機器人示教與編程實訓（點動、校準、示教）
13、機器人搬運操作
14、機器人碼垛操作
15、機器人打磨操作
16、機器人寫字操作
17、機器人流水線及料庫取放操作
18、機器人分揀工作站
19、機器人碼垛工作站
20、機器人機床上下料工作站
21、機器人焊接工作站
22、機器人集成應用工作站
23、數字孿生二次開發應用

·配置清單