工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵支柱，對于推動我國工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展具有重大意義。它通過全面連接人、機(jī)、物和系統(tǒng)，為工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化提供了切實可行的路徑。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)由網(wǎng)絡(luò)、平臺和安全三大核心體系構(gòu)成，其中網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)支撐，確保產(chǎn)品、生產(chǎn)和服務(wù)等全流程要素的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。因此，培養(yǎng)掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行與維護(hù)的專業(yè)人才顯得尤為關(guān)鍵，開發(fā)集成工控場景的實訓(xùn)產(chǎn)品對于提升這些能力具有重大價值。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運維實訓(xùn)系統(tǒng)是一個集教學(xué)實訓(xùn)和技能考核于一體的綜合性平臺，它整合了機(jī)械、電氣和信息化軟硬件資源，涵蓋了云平臺、IOT子平臺、工業(yè)控制以及多網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和處理等多個場景。該系統(tǒng)能夠進(jìn)行智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用的集成測試與培訓(xùn)，使學(xué)員能夠全面掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運維的知識，并在實訓(xùn)中深入?yún)⑴c和互動，拓展對云平臺的理解。該系統(tǒng)可以從工業(yè)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)連接部署、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)展示及異常排查等多方面進(jìn)行考核，可滿足應(yīng)用型本科和職業(yè)院校電氣、自動化和信息等專業(yè)的教學(xué)實訓(xùn)、技能考核需求。

一、系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

實訓(xùn)系統(tǒng)由上位機(jī)、控制盤、工控場景模塊及物聯(lián)網(wǎng)場景模塊四大組件構(gòu)成，全面覆蓋傳感器數(shù)據(jù)采集、組態(tài)編程、PLC控制、物聯(lián)網(wǎng)與云平臺等多個實訓(xùn)及考核領(lǐng)域。其中，工控場景模塊模擬了生產(chǎn)全流程的訂單處理、撥針操作、推塊位移、測量及數(shù)據(jù)存檔等工序；而物聯(lián)網(wǎng)場景模塊則通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，智能采集儀表與PLC數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)要素的廣泛深度互聯(lián)。

工控場景具體生產(chǎn)流程：

生產(chǎn)準(zhǔn)備：初始化四工位轉(zhuǎn)盤、讀碼器、RFID系統(tǒng)及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為下單做好充分準(zhǔn)備。

系統(tǒng)下單：通過上位機(jī)或人機(jī)界面（HMI）下達(dá)訂單，訂單信息包括流水號、工裝號、撥針角度及推塊位移等。

訂單寫入：轉(zhuǎn)盤定位工裝至工位1，讀取工裝二維碼信息，并將訂單信息寫入RFID芯片。

撥針工序：工位2讀取RFID信息，確認(rèn)訂單后，氣動裝置驅(qū)動伺服機(jī)構(gòu)下降，電機(jī)旋轉(zhuǎn)360°捕捉指針，按訂單設(shè)定角度撥動指針，完成后更新生產(chǎn)數(shù)據(jù)至RFID芯片。

推塊工序：在工位3，系統(tǒng)讀取當(dāng)前工裝RFID中的信息以確認(rèn)訂單詳情。隨后，步進(jìn)裝置驅(qū)動撥塊氣缸精準(zhǔn)定位斜面滑塊，并推動其按照訂單中預(yù)設(shè)的位移進(jìn)行移動。在此過程中，系統(tǒng)同時采集紅外溫度傳感器、扭矩傳感器及噪音傳感器的數(shù)據(jù)，確保生產(chǎn)過程的全面監(jiān)控。一旦推塊工序完成，所有相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)將被即時寫入RFID芯片中。

測量工序：進(jìn)入工位4，系統(tǒng)再次讀取工裝RFID信息以驗證訂單。隨后，測量氣缸驅(qū)動位移傳感器下移，對斜面滑塊的高度進(jìn)行精確測量，并同步采集壓力傳感器的數(shù)據(jù)。測量完成后，所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)被記錄并寫入RFID芯片，確保數(shù)據(jù)的完整性和可追溯性。

生產(chǎn)存盤與追溯：在工位1，系統(tǒng)讀取當(dāng)前工裝RFID信息，確認(rèn)訂單無誤后，將生產(chǎn)過程中的所有追溯信息上傳至云端或指定存儲位置。這一步驟確保了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的完整保存和高效管理。

二、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及控制硬件設(shè)計

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運維實訓(xùn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以云平臺為云端核心，現(xiàn)場端則依托智能網(wǎng)關(guān)和PLC作為控制中樞。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基于互聯(lián)網(wǎng)框架，為智能信息的識別與傳輸提供了堅實基礎(chǔ)，而自動化技術(shù)則是推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵力量。

整個系統(tǒng)集成了多種通信協(xié)議的設(shè)備，實現(xiàn)了IOT網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的深度融合與互通。網(wǎng)絡(luò)類型涵蓋因特網(wǎng)與局域網(wǎng)，有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性和多樣性。涉及的通信協(xié)議包括RS485和RS232等，這些協(xié)議共同支撐了系統(tǒng)的高效運行與數(shù)據(jù)交換。

通過這一精心設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與控制硬件，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運維實訓(xùn)系統(tǒng)能夠為用戶提供全面、高效、安全的實訓(xùn)環(huán)境，助力培養(yǎng)更多具備專業(yè)技能和實戰(zhàn)經(jīng)驗的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人才。

三、系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運維軟件系統(tǒng)由云平臺上位機(jī)程序、觸摸屏程序和PLC程序組成，分別采用高級面向?qū)ο缶幊陶Z言Vue、Java等軟件進(jìn)行開發(fā)。

3.1 上位機(jī)管理程序架構(gòu)

上位機(jī)管理程序是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運維系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)采集各實訓(xùn)臺的編號信息，并執(zhí)行數(shù)據(jù)分析、存儲及遠(yuǎn)程控制功能。云端數(shù)據(jù)的采集工作由智能網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)，它能夠從現(xiàn)場智能儀表或PLC中獲取信息。云化軟件利用其網(wǎng)絡(luò)化的特性，為智能化運維提供了全新的模式，極大地提升了運維效率和智能化水平。

云平臺系統(tǒng)具備與智能網(wǎng)關(guān)的無縫集成能力，能夠接收并解析加密數(shù)據(jù)。通過圖形化的數(shù)據(jù)流編排界面和豐富的數(shù)據(jù)處理插件，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的多樣化處理，包括但不限于統(tǒng)計分析、格式轉(zhuǎn)換等，滿足各種業(yè)務(wù)需求。此外，云平臺系統(tǒng)還支持分布式消息集群管理，提供消息的訂閱與發(fā)布功能，并配備在線消息隊列管理以及消息查詢檢索服務(wù)。同時，該系統(tǒng)還支持主流大數(shù)據(jù)處理組件，為用戶提供靈活、高效的數(shù)據(jù)處理解決方案。

3.2 觸摸屏程序設(shè)計

觸摸屏程序集成了多項關(guān)鍵功能，以滿足生產(chǎn)過程中的多樣化需求：

(1) 生產(chǎn)訂單管理

支持工裝號、撥針角度、推塊位移等訂單信息的設(shè)定。

提供訂單下傳及清空功能，確保生產(chǎn)流程的順暢進(jìn)行。

(2) 參數(shù)設(shè)置與調(diào)整

可靈活配置伺服和步進(jìn)驅(qū)動的速度、位置參數(shù)。

支持氣缸報警延時的設(shè)置，提高生產(chǎn)安全性。

(3) 生產(chǎn)實時監(jiān)控

實時展示流程步序和器件狀態(tài)，確保生產(chǎn)過程的可視化。

監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。

(4) 生產(chǎn)報警與預(yù)警

提供流程狀態(tài)報警功能，及時響應(yīng)生產(chǎn)過程中的問題。

支持RFID讀寫報警、器件故障報警以及急停報警，確保生產(chǎn)安全。

3.3 PLC程序設(shè)計

PLC（可編程邏輯控制器）程序在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運維實訓(xùn)系統(tǒng)中扮演著核心角色，主要負(fù)責(zé)基于工控場景的數(shù)據(jù)采集和流程控制。具體而言，PLC程序涵蓋了從訂單接收、撥針、推塊、測量到數(shù)據(jù)存盤的整個生產(chǎn)流程。為了提高系統(tǒng)的靈活性和可維護(hù)性，PLC程序設(shè)計采用了模塊化和參數(shù)化理念，確保每個生產(chǎn)步驟都能根據(jù)實際生產(chǎn)工藝進(jìn)行精確控制。

3.3.1 模塊化設(shè)計

模塊化設(shè)計是PLC程序的核心原則之一。通過將復(fù)雜的生產(chǎn)流程分解為多個獨立的模塊，每個模塊負(fù)責(zé)特定的功能，從而使得程序結(jié)構(gòu)更加清晰，易于維護(hù)和擴(kuò)展。主要模塊包括：

訂單處理模塊：負(fù)責(zé)接收和處理來自上位機(jī)的生產(chǎn)訂單信息，包括工裝號、撥針角度、推塊位移等。

撥針控制模塊：根據(jù)訂單信息，控制伺服電機(jī)和氣動裝置，完成指針的精確撥動。

推塊控制模塊：通過步進(jìn)電機(jī)和氣缸，實現(xiàn)滑塊的精確移動。

測量模塊：利用位移傳感器和壓力傳感器，測量滑塊的高度和其他相關(guān)參數(shù)。

數(shù)據(jù)存盤模塊：將生產(chǎn)過程中采集的數(shù)據(jù)寫入RFID芯片，確保數(shù)據(jù)的完整性和可追溯性。

3.3.2 參數(shù)化設(shè)計

參數(shù)化設(shè)計使得PLC程序能夠靈活應(yīng)對不同的生產(chǎn)需求。通過在程序中定義各種參數(shù)，操作人員可以在不修改程序代碼的情況下，輕松調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)。主要參數(shù)包括：

伺服和步進(jìn)驅(qū)動參數(shù)：如速度、加速度、位置等。

氣缸控制參數(shù)：如動作延時、壓力閾值等。

傳感器參數(shù)：如采樣頻率、閾值設(shè)定等。