一种工业互联网一体化实训平台的制作方法

1.本发明涉及一种实训系统，尤其是一种工业互联网一体化实训平台。


背景技术：

2.随着互联网的发展，工业应用也越来越多，但是现有的智能生产的教学还是基于零散的流水线模式，无法形成大系统，导致对基于互联网的应用的教学形成空白。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明提供一种集教学、开发、实训、竞赛于一体，适用于各大院校开展综合实训的一种工业互联网一体化实训平台，具体技术方案为：
4.一种工业互联网一体化实训平台，包括：工业网络单元，所述工业网络单元包括：环网两层管理交换机、环网三层管理交换机、无线网络节点、网络安全模块；现场总线执行单元，用于生产制造设备监控和生产办公环境检测；工业网络标识单元，用于通过条形码、二维码、无线射频识别标签来识别物品信息并通过工业网络单元传输相关数据；控制与边缘计算单元，用于单元间的数据交互、工作流程及信号处理以及现场层的数据采集；数据应用单元，用于实现系统的数据可视化和管理智能化；其中，所述控制与边缘计算单元、所述工业网络标识单元和所述现场总线执行单元均通过所述工业网络与所述数据应用单元连接。
5.优选的，所述环网两层管理交换机工作于数据链路层，用于完成数据的转发；所述环网三层管理交换机工作于网络层，用于数据包的高速转发；所述无线网络结点工作在ap或client的覆盖传输模式，以及router上网模式；所述网络安全模块用于对不同层级的网络进行访问权限的管理以及数据的监控。
6.优选的，生产制造设备监控系统包括：总线io，用于与具有modbus tcp主站的控制器相链接，形成一个modbus tcp实时以太网系统；开关量信号组，包含光电开关、微动开关、红色带灯按钮、绿色带灯按钮、黄色带灯按钮、闪光蜂鸣器；变频调速电机；智能能耗采集模块，完成电能采集、测量及数据传输；通信链路转换模块，用于实现串口到以太网口的数据的双向透明传输；及振动传感器，用于实时采集设备的振动数据，通过振动情况判断机器的运行状况。
7.优选的，所述生产办公环境检测系统包括：光照传感器、温湿度传感器、氧气浓度传感器。
8.优选的，所述工业网络标识单元包括rfid电子标签系统和条码阅读器。
9.优选的，所述控制与边缘计算单元包括电气控制系统和边缘计算系统，所述电气控制系统用于单元间的数据交互、工作流程及信号处理，所述边缘计算系统用于现场层的数据采集。
10.进一步的，所述边缘计算系统包括边缘控制器，所述边缘控制器用于直接采集、处理、分析和保存来自多个来源的生产数据，并将其传送到本地或基于云的系统。
11.优选的，所述数据应用单元包括云平台、工业app系统、mes生产管理系统、机电一体化数字孪生套件和计算机。
12.进一步的，所述云平台用于数据接入、远程监控、多屏协作、远程调试、信息展示和权限管路，其中，所述多屏协作包括通过pc端、pad、手机app进行设备监控、数据监控、报警监控、报表管理、视频监控、运维管理、消息管理，并且和云端保持同步和联动。
13.进一步的，所述工业app系统用于拖曳图形化编程。
14.与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
15.本发明提供的一种工业互联网一体化实训平台围绕制造业数字化智能化应用，融入工业互联网、工业网络通信、数字孪生和大数据等技术，帮助院校师生了解和掌握“先进制造+工业互联网”方面的发展趋势及新知识、新技术和新技能的应用，促进和引导工业互联网相关专业建设，探索推进工学结合人才培养模式和课程教学的改革与创新，提升院校教师及职工的智能制造及工业互联网技术应用水平，并为制造业数字化转型培养工业互联网技术应用的复合型高素质创新应用和技术技能人才。
附图说明
16.图1是本发明的结构框图。
具体实施方式
17.现结合附图对本发明作进一步说明。
18.本方案基于生产制造典型应用场景搭建一个教学实训的工业互联平台，包含环网两层管理交换机、环网三层管理交换机、无线网络节点、网络安全模块、生产制造设备监控系统、生产办公环境检测系统、rfid电子标签系统、条码阅读器、电气控制系统、边缘计算系统、云平台工业app系统、mes生产管理系统、机电一体化数字孪生套件、计算机等设备。平台围绕工业网络、现场总线以及传感器数据采集和应用，结合plc、人机界面、传感器、rfid等自动化设备，组成典型的工业网络系统，可实现工业数据采集、工业以太网、现场总线、边缘计算等实训教学。
19.一种工业互联网一体化实训平台以真实工业互联网应用场景为依托，涵盖了数字化技术应用与工业互联网所需元素，在不依赖实物智能装备情况下，可实现工业网络搭建到数据采集与处理相关教学实训。
20.与传统教学相比，本产品具有如下教学优势：
21.采用开放式结构，便于实训教学；
22.网络结构层次分明，线路清晰明了；
23.教学应用场景丰富，且学生参与性较强；
24.配备数字孪生软件，可在虚实结合的环境中进行实训教学；
25.不依赖实物智能装备，可同时配置多套，满足多人实训需求。
26.如图1所示，具体的，一种工业互联网一体化实训平台，包括：工业网络单元，所述工业网络单元包括：环网两层管理交换机、环网三层管理交换机、无线网络节点、网络安全模块；现场总线执行单元，用于生产制造设备监控和生产办公环境检测；工业网络标识单元，用于通过条形码、二维码、无线射频识别标签来识别物品信息并通过工业网络单元传输
相关数据；控制与边缘计算单元，用于单元间的数据交互、工作流程及信号处理以及现场层的数据采集；数据应用单元，用于实现系统的数据可视化和管理智能化；其中，所述控制与边缘计算单元、所述工业网络标识单元和所述现场总线执行单元均通过所述工业网络与所述数据应用单元连接。
27.工业网络单元中，工业网络通信设备由2套环网两层管理交换机、2套环网三层管理交换机、无线网络节点、网络安全模块组成，可为各层级网络提供对应的数据通信服务，打通网络数据流，实现现场数据的快速、精确采集与网络通信。
28.环网两层管理交换机工作于数据链路层，用于完成数据的转发。交换机支持单环、多环组网，快速环网，可有效避免网络环路、广播风暴等现象，保护工作数据，提高网络可靠性。
29.环网三层管理交换机工作于网络层，具备三层网管功能。交换机具有强大的环境适应力和高速的拓扑自愈性，不仅可以实现数据包的高速转发，还可以根据不同网络状况达到最优网络性能。
30.工业级双频无线接入点采用工业级选材、设计、工艺，保障极端条件与强干扰条件下的稳健通信。可工作在ap或client的覆盖传输模式，以及router上网模式。高发射功率，增强双频漫游等技术，为智能制造，仓储物流，交通，电力等行业提供专业的无线通信。
31.工业级双频无线客户端采用无线ap与无线client快速协商的漫游技术，极大程度减少了漫游过程中新发现合适链路并做链路关联的时间，实现了无缝的快速漫游，有效保障数据传输的实时性，提升无线网络通讯可靠性。
32.网络安全模块对不同层级的网络进行访问权限的管理，数据的监控，保障通信的稳定和数据安全。
33.现场总线执行单元由生产制造设备监控系统和生产办公环境检测系统组成，包含功率监控、振动检测、信息追溯、身份验证、温湿度监测、氧气浓度监测、光照检测、安防监控等多种工业互联网应用场景。
34.生产制造设备监控系统包括总线io、开关量信号组、变频调速电机、智能能耗采集模块、通信链路转换模块和振动传感器。
35.总线io可将模块化、可扩展的卡片式io模块与具有modbus tcp主站的控制器相链接，形成一个modbus tcp实时以太网系统。
36.开关量信号组包含光电开关、微动开关、红色带灯按钮、绿色带灯按钮、黄色带灯按钮、闪光蜂鸣器等。
37.变频调速电机采用精研电机调速器，具备mcu数字控制技术，功能丰富，性能优异。调速器采用数显菜单式选项，修改设定方便快捷。可根据用户显示需要设定显示倍率，自动换算显示目标值；可实现缓慢加速、级慢减速、快速停止等复杂运动控制；可外接开关控制、0～10v模拟量控制；模拟量控制可自动匹配最高转速,调节控制方便、安全，同时还具备堵转保护功能，防止电机、调速器损坏。
38.智能能耗采集模块能够完成电能采集、测量及数据传输，可准确测量电压、电流、功率、电量等参数，可用于工业现场，实现对用电设备的监控和管理。模块可借助工业互联网实现对设备的实时监测、控制管理。
39.通信链路转换模块可用于实现串口到以太网口的数据的双向透明传输。
40.振动传感器可用于实时采集设备的振动数据，通过振动情况判断机器的运行状况。
41.生产办公环境检测系统包括光照传感器、温湿度传感器和氧气浓度传感器。
42.光照光感器支持实时检测光照强度检测，可用于室外雨雪、花卉养殖、农业大棚、车间照明等工农业环境。可搭配云平台，根据现场情况自行配置，随时查看数据及报警。
43.温湿度传感器支持环境温湿度检测，可用于机房环境控制、室内环境监测、办公环境反馈、工业环境控制，支持云平台数据传输，实现远距离的数据采集、传输和集中控制。
44.氧气浓度传感器支持检测环境中的氧气浓度检测，可用于工厂仓库、食品存储、农牧场、果蔬园林等工农业环境。可搭配云平台，根据现场情况自行配置，随时查看数据及报警。
45.工业网络标识单元由rfid电子标签系统和条码阅读器组成，是工业互联网网络体系的重要组成部分，单元通过条形码、二维码、无线射频识别标签等方式识别物品信息并通过工业互联网传输相关数据，进而实现底层数据的采集、共享及应用。
46.条码阅读器支持纸质、手机屏幕的一维码、二维码识别，可应用于门禁管理，身份识别，健康码登陆等场景。
47.控制与边缘计算单元由电气控制系统和边缘计算系统组成，电气控制系统主要负责单元间的数据交互、工作流程及信号处理，边缘计算系统负责现场层的数据采集，具备延迟低、响应快、安全等优点。
48.边缘计算系统包括边缘控制器，边缘控制器主可直接采集、处理、分析和保存来自多个来源的生产数据，并将其传送到本地或基于云的系统。控制器采用通用协议可配合三方平台将现场工业设备的数据传输到远端云数据中心，实现远程监控、远程诊断、远程维护、故障预警，建设大规模远程管理设备的信息化网络，进而提供完整的设备远程维护管理解决方案。
49.数据应用单元主要由云平台、工业app系统、mes生产管理系统、机电一体化数字孪生套件、计算机组成。单元基于工业互联数据的高时效性和准确性，进行时刻效率趋势分析，数据筛选的零时报表查看，标准报表分析等，实现系统的数据可视化和管理智能化。
50.工业互联网云平台面向制造业数字化、网络化、智能化需求，依托高效的设备集成模块、强大的数据处理引擎、开放的开发环境工具，向下对接工业装备、仪器、产品，向上支撑工业智能化应用的快速开发与部署，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系。
51.云平台主要功能：
52.1)数据接入：平台具备数据采集引擎，主要用于实现对第三方设备的接入，内置主流协议且具备高性能、低时延、实时传递特性；
53.2)远程监控：平台提供强大的工控组态系统，可在线绘制设备运行状态的流程图画面，通过数据连接可关联平台的实时数据以及历史数据等，进行实时在线监控；
54.3)多屏协作：平台支持通过pc端、pad、手机app等方式对设备进行设备监控、数据监控、报警监控、报表管理、视频监控、运维管理、消息管理等操作，并且和云端保持同步和联动；
55.4)远程调试：云平台提供设备在线诊断道，支持plc、hmi等设备上下载程序、在线监测程序的运行状态等，提高设备维护效率，降低售后服务成本；
56.5)信息展示：云平台内置数据分析系统，用户只需简单操作便可完成多维度的数据分析与报表设计，“搭建”出满足需要的分析报表；
57.6)权限管理：云平台提供强大的权限管理功能，可根据需求设置安全规则或者安全策略，按照不同用户级别和组级别进行权限分配。
58.工业app基于低代码开发平台将各种功能模块组合，采用搭积木的方式构建顶层应用软件系统，实现整个生产系统的数据可视化和管理智能化。依托云服务进行部署和发布，实现不同用户的数据访问。
59.系统通信功能节点支持：tcp/ip协议、opc ua协议、s7等协议。数据采集方便高效，页面控件节点能满足常规数据可视化需求。基于web端节点拖曳图形化编程，操作简单，上手容易。
60.智能制造mes生产管理软件
61.在整个生产环节中对生产线各设备进行订单管理和生产监控，配合设备
62.plc控制着整个生产流程安全有序进行。软件可划分为工艺设计、订单管理、数据看板、设备看板、系统设置等模块。
63.智能制造mes生产管理软件具有如下功能：
64.(1)产品管理：工件模板管理、产品bom管理。
65.(2)订单管理：订单的增删改查、订单执行、状态查询、历史查看。
66.(3)设备看板：可根据需要配置设备看板，如立体仓库、工业机器人和其它常见的数控系统看板，支持工业设备中常用的通信方式，如modbus tcp、http、opcua、mqtt等通用协议，同时，也支持西门子s7、发那科focas等专用协议。
67.(4)系统具备对整条生产线进行一键启动、一键停止和一键复位操作。
68.(5)生产看板：mes系统具有设备使用效率监控、产品完成状态等统计看板。
69.(6)系统管理：系统具有拓扑结构自定义与网络测试、设备基础信息配置、系统参数配置、数据备份恢复、运行日志管理。
70.(7)任务管理：系统具有任务下发与任务上传的功能，可在局域网内在任意两台电脑之间实现文件的共享和互传。
71.(8)视频监控：通过设置相机参数、可实现mes系统在线实时预览多路实时视频。
72.以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。