一、方案说明

本实训室旨在为学校打造一个集参观、体验、教学、实践、赛前培训、主题活动等功能于一体的实体空间。构建学习环境，推进技术开发与实践应用落地，提高人才培养质量，提升教师在机联网、工业物联网、数控虚拟仿真等方面的教学能力。全面推动教育的信息化、科学化、现代化，实现教学的智能型转变，构建全面性、战略性、前瞻性的技术应用型人才培养体系。

二、方案特点

本项目方案有以下特点：

l 产品支持常见的工业现场总线暨设备协议（如EtherCAT、Profinet/Profibus、Ethernet/IP、CANopen、法兰克、西门子、海德汉等设备协议）和电力行业协议（IEC61850、GOOSE、104），且应用层采用下一代物联网和工业4.0标准协议之一的OPC UA构架以及MQTT服务，确保既有设备和新购设备的无缝融入。

l 通过嵌入支持边缘计算的智能采集控制器，可提供多路数字输入输出和模拟量采集通道来实现现场设备的数据交互，且能对现场设备的网络接入，实现对工程设备（数控加工中心、PLC等）、工业机械臂和AGV小车的互联互通，实现车间设备网络化。另外，智能采集控制器支持扩展采集和控制功能，可进一步实现能耗评估、故障诊断、设备控制等。

l 提供简单易学的二次开发平台（支持Windows、Linux、Mac OS、Android），

教师和学生可以进一步结合自己的需要进行开发和学习，基于二次开发平台教师可直接为企业提供中控组态软件开发和现场设备的数据交互实践。

l 融合多项工业物联网新兴技术，配套智慧制造数据展示分析管理系统、智慧车间中央控制系统、制造生产过程执行管理（MES）系统等，将网络与实体系统紧密联系，使生产扁平化、定制化、智能化，从而构造一个具有完整生命周期的智能制造网络结构，实现真正意义上的智慧车间/工厂。

三、方案组成

3.1 工业互联网组网实训平台

鉴于发展工业互联网与中国制造2025战略的高度契合性、以及巨大的产业潜力，从2017年年底开始，工业互联网领域开始成为我国政策的新焦点，来自国家层面的消息不断利好。而学校教育作为培养专业工程师的摇篮，相关专业的教学也应该紧跟时代的步伐。相对于价格昂贵、体积庞大的数控加工中心而言，PLC价格便宜、占用面积小，很适合用于搭建室内真实场景，提升交互体验和学生兴趣，培养学生动手实操能力。

（1）协议路由解决方案发明专利

现有各种工业设备的通信协议多种多样，综合考虑运行成本，一家制造企业或学校都采用同一个生产商设备的可能性几乎为零，本建设方案构建了通信协议池，总体分为工业现场总线协议和设备协议两大类，以应对庞大的设备种类群。

表 SEQ 表 * ARABIC 1 协议详细

协议类型	协议名称
总线协议	ModBus
	CANopen
	ProfIBus/ProfINet
	DeviceNet
	Ethernet/IP
	EtherCAT
	......
设备协议	FANUC数控
	SINUMERIK
	HEIDENHAIN
	PLC控制器
	“四大家族”机器人： ABB/KUKA/FANUC/YASKAWA
	.......

图 1 智能采集控制设备（DW-28）

建设方案组网实训环节采用的智能采集控制设备搭载公司发明专利“协议路由解决方案”，支持市场大多数主流通信协议的工业设备。采集控制设备运行嵌入式Linux系统，包含双网口、CAN总线、RS485、USB等丰富的外设接口，满足绝大多数应用场景和设备扩展场合。

（2）组网安全机制

工业4.0和工业物联网（IIoT）所面临的巨大挑战是信息安全问题，不同行业的设备、机器和服务之间需要进行标准化的数据和信息交互。以往的生产设备组网没有安全保障，设备还不如单机使用不联网。工业物联网安全事故（事件）远的如“伊朗核设施”，近看“台积电”，而且种种案例越来越多。方案提供源头上就增加了设备数据数据安全采控方面的设计，基于该模块学生可进一步理解设备和生产工艺数据的可靠防护重要性和实现方法。

（3）适应多元实训场景

本建设方案兼顾教学的广覆盖面，通过智能采控器的协议路由机制对接学校现有的数控设备，高度还原工业现场的设备复杂度，以逼近真实的方式搭建工业互联网组网实训环境。

图 2 实训场景工业以太网架构

3.2 智能制造仿真实训平台

方案一：PLC + 数字孪生虚实结合

u 实现PLC与仿真系统的接入并组网仿真。组网设计中，考虑了多种PLC和多种通讯电气和软件协议。PLC分别选择西门子、三菱、欧姆龙、台达、汇川、信捷等进口和国产不同品牌不同型号的PLC。电气协议覆盖以太网、RS485等。协议包括ControlNet、SimensS7、FX、Fins、Modbus等。基本覆盖现实中常见的设备类型和组网方式。

u PLC作为主站，仿真设备（仿真设备可以是机床、机器人和其它设备等）作为从站：该场景下PLC与仿真设备可构成自动化作业单元甚至直至产线。

u PLC作为从站，仿真软件/设备作为主站：此时的用意是构成工业物联网仿真环境。与此对应的真实工业现场，是上位机搜集获取车间/工厂的PLC的工况参数并入库待后续分析统计，同样有很强的工程和现实意义。

u 物理PLC总线接入：数字孪生软件已配置Profinet、Ethernet/IP、EtherCAT等工业总线协议，将物理PLC直接通过总线接入数字孪生虚拟仿真软件，实现物理PLC直接控制虚拟仿真中的虚拟对象。虚拟仿真软件提供了十字交通灯、立体车库和机床上下料等较丰富模型库，可提供基础PLC实验项目。