项目1 智慧工厂设备 安装与配置 项目概况 智慧工厂是现代工厂信息化发展的新 阶段，其在数字化工厂的基础上，利用物联 网的技术和设备监控技术加强信息管理和服 务，提高生产过程的可控性，减少人工干 预，实时正确地采集生产线数据，合理地制 订生产计划与生产进度。 小李是本项目实施人员，他在工作中 运用专业知识与技能，以智慧工厂的应用需 求为引导，在特定场景中凭借规范、严谨的专业素养，完成工业环境监控系统的安装与检测、 工业安防设备的安装与检测和工业产品老化测试系统的安装与测试。 通过对本项目的学习，读者能够根据智慧工厂应用需求完成各类物联网设备的安装、配置 和运行维护。能够理解噪声、水浸等传感器的功能、分类与特性，了解按钮、电工推杆等设备 的基本情况和老化测试的方法；能够熟悉各类标准紧固件的特点与作用；能够了解PLC的硬件组 成和ADAM4017模拟量输入模块的技术参数和配置要求；知晓国家关于噪声污染防治的相关法 规。读者在实践环节中要不断增强协作能力，提高劳动规范和用电安全意识。 智慧工厂 工业物联网应用与实践 8 1.1.3.2 工业环境监测系统线路连接 图1-14是本任务的系统设计图，工程实施人员需要根据设计图进行线路连接与调试。 工业环境监测系统 DATA- 模拟量 vin0-vin0+ (B)GND(R)+VsDATA- DATA+ 采集量 DATA+ AC 220VA1234 图1-14 工业环境监测系统连线图 在接线前需要准备好红黑导线、黄色导线、蓝色导线、剥线钳、螺丝刀、黑胶布等 耗材与工具，如图1-15所示。 图1-15 耗材与工具 1. 电源系统线路连接 （1）单相电能表连接。 单相输入 NL1324 图1-16 单相电能表接线方式 使用DDSU666型单相电能表，其单相输入接线方式如图 1-16所示。单相电能表的1号接线柱接火（L）线，2号接线 柱接零（N）线，3号接线柱为火线输出，4号接线柱为零线 输出。 按照电线的国家标准《电线电缆识别标志方法》（GB/T 6995—2008），家用220V市电中的火线一般用红色或棕色，因为这两种颜色是热色。 零线用蓝色、绿色或黑色。接地线用黄绿相间的双色线。因此我们用红色导线从220V 交流电源的火线接入1号接线柱，用黑色导线连接2号接线柱与220V交流电源的零线。 在剥线时，根据线材的粗细选择合适的切口。使用剥线钳剥除红、黑导线绝缘层 工业物联网应用与实践 此处螺钉由制造商 拧紧，请勿松动 出线端 试验按钮 每月按一次 进线端 2.0N·mN21NN2I2N1 图1-19 断路器接线图要求 图1-20 断路器接线效果 （3）开关电源连接。 在本项目中使用的噪声传感器需要10～30V直流电压，可以使用开关电源来 提供24V直流电。图1-21是某开关电源的铭牌，从图中可以获知，该电源可以输入 100～240V的交流电，能提供1.8～2.5A、50/60Hz的24V直流电。 开关电源的输入端，左边为零线（N）接线柱，右边为火线（L）接线柱，使用黑 色与红色导线分别与断路器输出端的零线、火线接线柱相连。右侧输出端的左边两个输 出端为正极，右边两个输出端为负极，开关电源的接线效果如图1-22所示。 输出端输入端 图1-21 开关电源铭牌 图1-22 开关电源的接线效果 工业物联网应用与实践 2. 数据系统线路连接 （1）噪声传感器连接。 噪声传感器的蓝线接噪声传感器的正极，使用黄色导线连至ADAM4017的vin0+， 噪声传感器的绿线接噪声传感器的负极，使用蓝色导线连接至ADAM4017的vin0-。 先使用黄色导线续接噪声传感器的蓝线，使用剥线钳将黄色导线放入0.6mm刃口， 剥出大约0.8～1cm长的裸露铜丝，与噪声传感器蓝线交缠，使用黑胶布进行缠裹，如图 1-26所示。蓝色导线与噪声传感器的绿线也进行同样的操作。 （2）ADAM4017模拟量输入模块连接。 黄色导线的另一端接入ADAM4017的vin0+接线端，蓝色导线的另一端接 入ADAM4017的vin0-接线端，这样可以使数据从噪声传感器输入ADAM4017。 ADAM4017获取的数据从DATA+与DATA-接线端输出，分别用黄色与蓝色导线与两个接 线端相连。接线效果如图1-27所示。 图1-26 黄色导线与噪声传感器蓝线相连 图1-27 ADAM4017数据输入端接线 （3）USB转RS-485转换器连接。 ADAM4017模拟量输入模块的数据需要通过USB转RS-485转换器传送到计算机中， 因此还需要用黄色导线将ADAM4017的DATA+接线端与转换头的D+/A+接线端相连，用 蓝色导线将ADAM4017的DATA接线端与转接头的D-/B-接线端相连，接线效果如图1-28 所示。 图1-28 转换器接线效果 1.1.3.3 信号采集 1. 采集前的准备工作 步骤1 检查线路无误后，给系统上电，将断路器的开关打开。 步骤2 将USB转RS-485转换器的USB端插入计算机。打开“设备管理器”检查计 项目1 智慧工厂设备安装与配置 13 算机是否已经安装完成驱动程序。如图1-29所示，计算机已经安装完成CH34O驱动程 序，串口号为COM4。 如果没有安装成功，可以让计算机自行更新驱动程序，操作方法如下。 保持计算机处于联网状态，右击端口，在弹出的快捷菜单中选择“更新驱动程序” 选项（如图1-30所示）。在弹出的界面中选择“自动搜索更新的驱动程序软件”选项， 计算机即可自行在线搜索驱动程序并安装。 图1-29 查看驱动程序 图1-30 安装驱动程序 程序更新完成后，即可看到驱动程序名称，并且图标的 感叹号（！）会消失。 图1-31 修改ADAM4017状态 步骤3 修改ADAM4017状态，将ADAM4017侧面的开 关拨至Init状态，如图1-31所示，这样ADAM可以在连接计 算机的上位机软件后，进入配置状态。 步骤4 在计算机上安装ADAM的上位机软件。安装完 成的界面如图1-32所示。左侧树状列表框中列出了上位机支 持的机器，右侧可以查看具体的信息。 图1-32 ADAM上位机界面 工业物联网应用与实践 2. 数据采集 步骤1 右击ADAM4000_5000对象，在弹出的快捷菜单中选择Refresh Subnode选 项，如图1-33所示，软件开始更新树状列表。 步骤2 单击ADAM4000_5000对象左侧的“＋”号图标，可以查看所有端口。右击 COM4串口号，在弹出的快捷菜单中选择Search选项，如图1-34所示。 图1-33 更新串口 图1-34 搜索设备 步骤3 在弹出的对话窗口中单击Start按钮，如图1-35所示，软件开始扫描地址。 图1-35 扫描地址 步骤4 扫描到设备后，COM4串口号前出现“＋”号图际，单击“＋”号图标，可 以看到COM4目录下已经加载设备图标，双击设备“4017P”，右侧界面如图1-36所示。 图1-36 ADAM4017设备信息 步骤5 单击右侧界面中的Data area选项卡，根据噪声传感器的类型选择Input range 选项，本项目采用的传感器是“0～5V噪声变送器”，因此选择最贴近的“+/-5V”，单 击Apply change按钮，如图1-37所示，在下方表格中可以观察到Chanel0的电压值随环境 噪声变化而变化的状况。 步骤6 单击Trend Log按钮，在新弹出的窗体中单击Start按钮后，软件开始实时记 录声波对应的电压值，并绘制出折线图，如图1-38所示。 步骤7 单击Stop按钮后，左下角的Save to file按钮变为可用状态，单击此按钮后可 以将数据保存为CSV格式的文件，再使用Excel软件进行数据分析。 图1-37 获取噪声值 图1-38 噪声值折线图 1.1.4 知识提炼 1.1.4.1 噪声传感器 1. 常见噪声传感器的原理 传感器内置了一个对声音敏感的电容式驻极体话筒，驻极体面与背电极相对，中 间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体为绝缘介质，以背电极和驻极体上 的金属层作为两个电极，构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极 体薄膜上分布着自由电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时，改变了电容两极 板之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定， 根据公式Q =CU 得知：当 C 变化时必然引起电容器两端电压 U 的变化，从而输出电信 号，实现声音信号到电信号的转换。 2. 噪声传感器的技术参数 VMS-3002-ZS-V05噪声传感器的主要参数如表1-1所示。 工业物联网应用与实践 表1-1 噪声传感器主要参数 技术参数 参 数 值 技术参数 参 数 值 直流供电 10～30V 最大功耗 0.4W 输出信号 RS-485/4 响应时间 ≤2s 测量范围 30～130dB 分辨率 0.1dB 频率加权特性 A加权 频率响应 20～12.5kHz 工作温度 -20℃～60℃ 工作湿度 0%RH～80%RH 耗电 ≤0.15W（在12V DC，25℃环境下） 工作压力范围 0.9～1.1atm（1atm=101.325kPa） 这里对频率加权特性进行说明，声级计的频率计权通常有A、B、C、D计权，这是 为了模拟人耳听觉。在不同频率处有不同的灵敏度，因此在声级计的电路内设计不同 的计权网络。通过计权网络测得的声压级叫作计权声压级，如A计权声压级，也称A声 级；不通过计权网络的称为线性声压级，目前用Z计权声压级表示不计权。A、B、C计 权分别模拟40方、70方和100方三条等响曲线，由于A计权更能表征人耳的主观特性， 因此在噪声测量中常用A计权声级表示噪声的大小，而C计权声压级和Z计权声压级往往 在噪声测量中表示为总声压级，D计权则专用于飞机噪声的测量。 3. 噪声传感器的通信协议 VMS-3002-ZS-V05噪声传感器的寄存器地址如表1-2所示。 表1-2 寄存器地址 寄存器地址 PLC或组态地址 内 容 操作 0000H 40001 瞬时噪声值，上传数据为真实值的10倍 只读 通信协议示例：读取设备地址0x01的噪声值的问询帧，如表1-3所示。 表1-3 问询帧 地址码 功能码 起始地址 数据长度 检验码低位 校验码高位 0x01 0x03 0x00，0x00 0x00，0x01 0x84 0x0A 例如读到当前噪声值为71.3dB时，相应的数据如表1-4所示。 表1-4 应答帧 地址码 功能码 起始地址 数据长度 检验码低位 校验码高位 0x01 0x03 0x02 0x02，0xC9 0x79 0x72 噪声计算：02C9H（十六进制）=713，则噪声是71.3dB。 1.1.4.2 ADAM4017模拟量输入模块 1. ADAM4017模拟量输入模块的技术参数 ADAM4017模拟量输入模块的技术参数情况如表1-5所示。 表1-5 ADAM4017技术参数说明 技 术 参 数 说 明 通道数 8 输入类型 mV，V ，mA 输入范围 +/-150mV， +/-500mV， +/-1mV，+/-5mV， +/-10mV， +/-20mV，4～20mA 隔离电压 3000V 最高额定电压 +/-35V 采样速率 10个采样点/s 输入阻抗 20MΩ 精确度 ≤+/-0.1% 功率 1.2W I/O连接器类型 10针连接器 通信协议 Modbus RTU协议 2. ADAM4017模拟量输入模块硬件连线 （1）简单控制接线方式如图1-39所示。 RS-232/ RS-485 转换器 DATA+ DATA- 10~30V 直流电源 GND+Vs+- 主机 图1-39 简单控制接线图 （2）差分通道输入（通道0～通道5）的接线方式如图1-40所示。 11Vin0+ Vin0- mV/V+ - V 图1-40 差分通道输入接线图 （3）单端输入的接线方式如图1-41所示。 工业物联网应用与实践 Vin5+1Vin6+ Vin7+ AGNDVin5- mV/V+ - V 图1-41 单端输入接线图 3. ADAM4017模拟量输入模块配置 将ADAM4017模块的init*和GND短接，重新上电，此时进入模块的初始化状态，可 以配置模块的地址、通信速率、量程范围、数据格式和工作方式、通信协议等。通用的 选项含义如表1-6所示。 表1-6 ADAM4017通用选项常见含义 设 定 说 明 Address 模块地址，范围为0～255 Baudrate 波特率 Checksum 检验和状态，使能有效/无效 Firmware Ver 模块的固件版本号 Input range 输入范围 1.1.4.3 国家关于噪声污染防治的相关法规 1. 中华人民共和国环境噪声污染防治法 为防治环境噪声污染，保护和改善生活环境，保障人体健康，促进经济和社会发 展，制定《中华人民共和国环境噪声污染防治法》。1996年10月29日第八届全国人民代 表大会常务委员会第二十二次会议通过，自1997年3月1日起施行。 2018年12月29日，第十三届全国人民代表大会常务委员会第七次会议对《中华人民 共和国环境噪声污染防治法》做出修改。 2. 噪声排放限值 工业企业厂界环境噪声排放限值如表1-7所示。 夜间频发噪声夜间的最大声级超过限值的幅度不得高于10dB。 夜间偶发噪声的最大声级超过限值的幅度不得高于15dB。 当厂界与噪声敏感建筑物距离小于1m 时，厂界环境噪声应在噪声敏感建筑物的室 内测量，并将表1-7 中相应的限值减10dB作为评价依据。 表1-7 工业企业厂界环境噪声排放限值（单位：dB） 边界处声环境功能区类型 时段 昼间 夜间 0 50 40 1 55 45 2 60 50 3 65 55 4 70 55 3. 测量仪器 测量仪器为积分平均声级计或环境噪声自动监测仪，其性能应不低于《声级计 电 声性能及流量方法》（GB 3785—2010） 和《积分平均声级计》（GB/T 17181—1997） 对 2 型仪器的要求。测量35dB 以下的噪声应使用1 型声级计，且测量范围应满足所测量 噪声的需要。校准所用仪器应符合《电声学 声校准器》（GB/T 15173—2010） 对1级或 2级声校准器的要求。当需要进行噪声的频谱分析时，仪器性能应符合《电声学 信频程 和分数倍频程滤波器》（GB/T 3241—2010）中对滤波器的要求。 测量仪器和校准仪器应定期检定合格，并在有效使用期限内使用；每次测量前、后 必须在测量现场进行声学校准，其前、后校准示值偏差不得大于0.5dB，否则测量结果 无效。 测量时传声器加防风罩。 测量仪器时间特性设为F挡，采样时间间隔不大于1s。 1.1.5 任务评估 检查内容 检查结果 满意率 线槽是否安装牢固，且线槽盖板是否盖好 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 工业环境监测系统硬件设备安装是否牢固 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 工业环境监测系统线路连接是否正确 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ PC端与ADAM4017通信是否正常 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 噪声信号是否正确采集 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 工业环境监测系统调试是否正常 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 完成任务后使用的工具是否摆放、收纳整齐 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 完成任务后工位及周边的卫生环境是否整洁 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 工业物联网应用与实践 1.1.6 拓展练习 选择题： 1. 本项目中使用的噪声传感器，其输出量是（ ）类型。 A. 模拟量 B. 数字量 C. 电子量 D. 不确定 2. 以下可以裁剪线槽的工具有（ ）？（多选题） A. 线槽剪刀 B. 塑料线槽切割机 C. 线管剪刀 D. 手 3. ADAM4017的隔离电压是（ ）。 A. 300V B. 600V C. 3000V D. 6000V 4. 开关电源的作用是（ ）。 A. 打开开关 B. 提供交流电源 C. 提供直流电源 D. 关闭电源 5. 标注L为（ ）线，N为（ ）线。 A. 火、零 B. 零、地 C. 地、火 D. 零、火 操作题： 从噪声传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、风速传感器、风向传感器等传感 器中选择两种以上传感器绘制环境监测的系统设计图。 1.2.2.2 任务准备 1. 明确任务要求 本次任务是通过水浸传感器获取水浸信息，将获取到的信息传送到PLC模块进行处 理，同时控制警示灯的亮灭，以提示管理员处理漏水情况。 2. 检查环境、设备 （1）确认工作环境安全，排除用电安全隐患。 （2）对照系统设计图检查设备是否正确安装、连接。 （3）检测PLC通信是否正常。 3. 安排好人员分工和时间进度 本任务可以安排一名设备调试员进行操作，预计用时120min。其中预计使用30min 安装设备，使用30min连接线路并检查线路，使用20min配置设备通信协议，确认网络畅 通，使用20min完成PLC程序下载与调试，使用20min完成测试后的调整。 1.2.3 任务实施 1.2.3.1 工业安防设备硬件安装 根据图1-42所示的设备布局图选用相应的设备，并安装设备，要求设备安装牢固， 布局合理。 图1-42 工业安防设备布局图 工业物联网应用与实践 6. 安装继电器 观察继电器的外观，发现在其左上的位置和右下的位置各有一个孔位，可以使用十字 盘头螺钉（M4×16）及相应的M4螺母、M4垫片将继电器安装在物联网实训架上。再继续 观察继电器的背面，发现继电器也有一个横向宽度为3.6cm的凹槽可以容纳导轨嵌入，凹 槽一侧有一个活动卡扣，另一侧有两个凸起，继电器底座的侧面如图1-47所示。继电器也 可以使用标准导轨安装形式，通过一个活动卡扣和两个凸起的组合就可以卡住导轨。 因为安装PLC设备后，导轨空间还有富余，可以采用标准导轨安装形式。根据继电 器的构造，卡放继电器时需要注意卡放顺序，由于活动卡扣的另一侧是固定的凸起，因 此先将导轨卡入凸起的一侧，再稍用力按压继电器另一侧，使活动卡扣卡入导轨，发出 清脆的“咔哒”声。安装继电器时也可以将继电器从导轨一侧推入导轨后，微调位置， 安装后的效果如图1-48所示。 3.6cm 凸起活动卡扣 图1-47 继电器底座侧视图 图1-48 继电器安装效果 7. 安装警示灯 观察红绿警示灯，在其背面发现有两枚已经固定住的螺钉，如图1-49所示。在实际操 作中，为确定螺钉规格，可以简单地用目测的方法，也可以将螺钉与已知规格的螺钉、螺 母做比较。此外，还可以使用游标卡尺测量警示灯背面螺钉的规格，经测量，该螺钉的外 径为3.84mm，如图1-50所示。对照国标螺钉规格表可以得知，该螺钉的规格是M4.0。 图1-49 警示灯背面 图1-50 测量螺钉外径 配合M4螺母与垫片，使用尖嘴钳固定安装两个警示灯，安装效果如图1-51所示。 工业物联网应用与实践 AC 220V+24V0V+24V+24V+24V+24V0V0V0V0V0V0VQ0.0+24V 继电器11号端子 0V 图1-52 工业安防系统线路连接图 （3）开关电源。 开关电源左侧为输入端，右侧为输出端。输入端的左边为零线（N）接线柱，右边 为火线（L）接线柱，使用黑色导线连接断路器输出端的零线接线柱与开关电源输入端 的零线，使用红色导线连接断路器输出端的火线接线柱与开关电源输入端的火线接线 柱。开关电源右侧输出端的左边两个输出端为24V直流电正极，右边两个输出端为24V 直流电负极。开关电源输出24V直流电，在本系统中可以给水浸传感器、PLC设备、继 电器等设备供电。 单相电能表、断路器、开关电源的接线效果如图1-53所示。 （4）水浸传感器电源接线。 选用的VMS-3002-SJ水浸传感器可以接入24V直流电。观察选用的水浸传感器，发 现有两条用绝缘保护层包裹的线缆，如图1-54所示。一条线缆包含蓝、黄、棕、黑四根 导线，另一条则包含蓝色、黄色两根导线。 在包含四根导线的线缆中，棕色导线接24V直流电正极，可使用红色导线延长水浸 传感器的棕色导线，将红色导线另一端与开关电源输出端的正极相连；黑色导线接24V 直流电负极，可使用黑色导线延长水浸传感器的黑色导线，将黑色导线另一端与开关电 源输出端的负极相连。延长导线的接线部位使用绝缘胶带包裹保护，如图1-55所示。 （5）PLC电源接线。 SIMATIC S7-200 SMART型PLC有不同的CPU，在给CPU进行供电接线时，一定要 特别注意区分是哪一种供电方式，如果把220V AC接到24V DC供电的CPU上，或者不小 心把220V AC接到24V DC传感器输出电源上，都会造成CPU的损坏。 观察PLC表面铭文可以发现，选用的PLC采用的CPU型号是ST20，需要用24V直流 电供电。ST20型号的CPU输入输出接线方式如图1-56所示。 PLC顶部端盖下面的L+和M端子接入24V直流电，L+接电源正极，M接电源负极， 其接线效果如图1-57所示。从PLC顶部端盖L+和M端输入的24V直流电是给PLC供电， 而PLC底部端盖的L+和M端子为PLC向外输出的24V直流电，该电源可作为输入端电源 使用，也可以作为传感器供电电源，在本任务中没有使用PLC给传感器供电。 CPU ST20共有12点输入，端子编号采用八进制。输入端子为I0.0～I1.3，公共端为 1M，将1M端子接0V，在实际接线时，可以将公共端1M并联至PLC顶部端盖下的M端子 后，再接电源负极。 输出端子只有1组，8个输出端子，Q0.0～Q0.7，输出回路电源支持24V直流电， 2L+端接24V直流电源正极，2M端接0V。Q0.0端子连接至继电器11号端子，继电器10号 端子接电源负极，形成回路，从而使PLC输出的信号可以控制线圈的通、断电，输出侧 接线效果如图1-58所示。 图1-54 水浸传感器的两根线缆 图1-53 单相电能表、断路器、开关电源的接线效果 图1-55 延长线 工业物联网应用与实践 （6）连接点动按钮与PLC设备。 观察按钮，按钮在初始状态下，23、24端口为常开端口，11、12端口为常闭端口， 如图1-59所示。 1MDlaDlbDC 24V INPUTSDC 24V OUTPUTSDC 24V×11×12×50288-1ST20-0AA0×10RS-485 ×20.0.1.2.3.0.1.2.3L+ L+2L+ + DCGNDDCDC+ +- - - 2MM.4.5.6.0.1DOa.2.3.4.5.6.7DC 24VMicro-SD.7 图1-56 ST20输入输出接线图 常开触点常闭触点 图1-57 接线效果 图1-58 PLC输出端接线 图1-59 常开、常闭触点 将按钮从导轨上取下，取一根红黑导线，红色导线接在23端口，另一根黑色导线接 在24端口，开关没有正负极，接线方式一般遵循电路从左到右，从上到下的原则。接线 时，需要用十字螺丝刀越过按钮盒将螺钉旋开，插入铜丝，如图1-60所示。用十字螺丝 刀将螺钉旋紧，固定导线，注意铜丝不能裸露。 完成23号端口和24号端口的导线连接后，将按钮重新卡放回导轨。 透镜。当液体浸没光电水位传感器的透镜时，则光折射到液体中，从而使接收器收不到 或只能接收到少量光线。光电水位传感器感应到这一变化，接收器可以驱动内部的电气 开关，从而启动外部报警或控制电路。如果没有液体，则发光二极管发出的光直接从透 镜反射回接收器。 光电定点式非接触式水浸传感器由于传感器部分与液体不接触，可以用于弱酸弱碱 等具有弱腐蚀性的液体检测。光电水浸传感器内部包含一个近红外发光二极管和一个光 敏接收器。图1-69为工业机房里常用的水浸传感器。 光电定点式水浸传感器参考参数如表1-11所示。 表1-11 光电定点式水浸传感器参考参数 项 目 参 数 项 目 参 数 供电电压 12V 工作电流 <50mA 响应速率 快于10ms 静态电流 <15mA 感应距离 1mm — — （3） 线缆式水浸传感器。 线缆式水浸传感器检测系统是检测线缆配合控制器一同使用的分体式导轨安装的 新型传感器。当漏水时，控制器检测到感应线缆电信号的变化，经微处理器处理后，启 动报警。线缆式水浸传感器又可分为定位式水浸传感器和不定位式水浸传感器。相较于 其他种类的水浸传感器，线缆式水浸传感器的一个控制器可以接入并监测多条漏水感应 线，分布式监测范围更广。图1-70是线缆式水浸传感器。 图1-69 光电式水浸传感器 图1-70 线缆式水浸传感器 电极式、光电式、线缆式三类水浸传感器的对比情况如表1-12所示。 表1-12 水浸传感器的比较 优缺点 电极式水浸传感器 光电式水浸传感器 线缆式水浸传感器 优点 安装方便，结构简 单，工作原理可靠， 运行耗电少 安装方便，检测电路不与液体直接接 触，防腐蚀性能好 检测范围可扩展，检测区域 大，具有防腐蚀性能，可检测 到水进入位置 缺点 检测区域小，检测电 极与液体直接接触， 防腐蚀性能差 检测区域小，运行耗电大于电极式传 感器，传感器的光电检测头易划伤， 影响检测效果，检测头需要定期清洁 安装不方便，不能直接安装在 金属表面，运行耗电量大 工业物联网应用与实践 1.2.4.2 紧固(标准)件 紧固件是对两个或两个以上的零件（或构件）紧固连接成一个整体时的一类机械零 件的总称。市场上也称为标准件，通常包括12类紧固件，如表1-13所示。 表1-13 12类紧固件情况 零件 说明 图片 螺栓 螺栓：机械零件，配用螺母的圆柱形带螺纹 的紧固件。由头部和螺杆（带有外螺纹的圆 柱体）两部分组成的一类紧固件，需与螺母 配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件 螺母 螺母就是螺帽，与螺栓或螺杆拧在一起用来 起紧固作用的零件，有六角螺母、方螺母、 开槽螺母、锁紧螺母和特殊用途螺母，如蝶 形螺母、盖形螺母、滚花螺母和嵌装螺母等 螺钉 螺钉指螺丝（Screw），螺丝是紧固件的通 用说法。螺钉是利用物体的斜面圆形旋转和 摩擦力的物理学和数学原理，循序渐进地紧 固零件的工具 螺柱 螺柱多用于连接被连接件之一厚度大，需使 用结构紧凑或因拆卸频繁而不宜采用螺栓连 接的地方。分等长和不等长双头螺柱，不等 长双头螺柱适用于一端拧入部件机体，起连 接或紧固作用的场合 木螺钉 木螺钉与机器螺钉相似，但螺杆上的螺纹为 专用的木螺钉用螺纹，可以直接旋入木质构 件（或零件）中，用于把一个带通孔的金属 （或非金属）零件与一个木质构件紧固连接 在一起 自攻螺钉 与自攻螺钉相配的工作螺孔无须预先攻丝， 在拧入自攻螺钉的同时，使内螺纹成型 零件 说明 图片 垫圈 防松垫圈，垫圈在螺栓、螺钉和螺母等的支 承面与工件支承面之间使用，起防松和减小 支承面应力的作用 挡圈 挡圈是紧固在轴上的圈形机件，可以防止装 在轴上的其他零件活动。挡圈主要用来将零 件在轴上或孔中定位、锁紧或止退 销 销通常用于定位，也可用于连接或锁定零 件，还可作为安全装置中的过载剪断元件 铆钉 铆钉一端有头部，且杆部无螺纹。使用时将 杆部插入被连接件的孔内，然后将杆的端部 拧紧，起连接或紧固作用 连接副 连接副是螺钉或螺栓或自攻螺钉和垫圈、螺 母的组合。垫圈装于螺钉后，必须能在螺钉 （或螺栓）上自由转动而不脱落。主要起紧 固或紧定作用 其他 主要包括焊钉等紧固件。焊钉头部顶面具 有用凸字显示制造者的识别标志，用途十分 广泛 1.2.4.3 PLC的硬件组成 PLC的组成与普通计算机相似，主要由中央处理单元（CPU）、存储单元、输入/输 出单元、输入/输出扩展接口、外围设备接口以及电源等部分组成。其中CPU是PLC的核 心，I/O部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器和上位机 连接。 续表 工业物联网应用与实践 对于整体式PLC而言，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC而言，各功能 部件独立封装，称为模块或模板，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。无论哪 种结构类型的PLC，都可根据用户的需要进行配置与组合。 整体式PLC结构框图如图1-71所示。 电源 微处理器 运算器 控制器 存储器 输出部件 受控元件 I/O 扩展单元 外部设备输入信号 输入部件 I/O 扩展接口 I/O 外设 接口 EPROM 图1-71 整体式PLC结构框图 模块式PLC结构框图如图1-72所示。 工业现场 编程器 CPU 模块 通信 模块 输入 模块 总线 输出 模块 智能I/O 模块 上位机 或其他 通信设备 图1-72 模块式PLC结构框图 1. CPU CPU在PLC控制系统中主要完成以下任务。 （1）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。 （2）接收并存储从输入接口得到的现场输入状态或数据。 （3）诊断电源、PLC内部各电路状态和用户编程中的语法错误。 （4）逐条读取用户程序，按指令控制有关的控制门电路。 （5）根据运算结果，实现输出控制、打印或数据通信等外部功能。 2. 存储器 PLC主机内部配有两种不同类型的存储器。 （1）系统存储器（ROM区）：用于固化PLC生产厂家编写的各种系统工作程序。 （2）用户存储器（RAM区）：分为程序存储区、数据存储区和位存储区，功能如 表1-14所示。 表1-14 分区功能 分 区 功 能 程序存储区 用来存储通过编程器输入的用户程序 数据存储区 存放中间运算结果、计数器和计时器的当前值以及系统运行必要的初始值 位存储区 存放输入、输出继电器、辅助继电器触点映象、定时器接点、计数器线圈、计数 器接点、复位线圈等 3. 输入/输出部件 PLC通过I/O单元与工业生产过程现场相联系，通过I/O接口可以检测被控对象和被 控过程的各种参数，同时PLC又通过I/O接口将处理结果输送给被控设备或工业生产过 程，以实现控制。 参数类型可以分为开关量、模拟量和脉冲量等，相应输入/输出模块可以分为数字 量输入（DI）模块、数字量输出（DO）模块、模拟量输入（AI）模块、模拟量输出 （AO）模块等。 4. 电源 PLC内部有开关电源，可以将外部220V交流电转换为内部工作电压。 5. 外设接口 外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设 接口组成的PLC控制网络。 1.2.5 任务评估 检查内容 检查结果 满意率 线槽是否安装牢固，且线槽盖板是否盖好 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 工业安防系统硬件设备安装是否牢固 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 工业安防系统线路连接是否正确 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ PC端与PLC通信是否正常 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ PLC程序是否正确打开 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 工业安防系统调试是否正常 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 完成任务后使用的工具是否摆放、收纳整齐 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 完成任务后工位及周边的卫生环境是否整洁 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 工业物联网应用与实践 1.2.6 拓展练习 理论题： 1. 水浸传感器按检测原理分类可以分为（ ）。 A. 电阻式与光电传感式 B. 电阻式与接触式 C. 分布式与分点式 D. 光电式与非接触式 2. 线缆式水浸传感器相较于电极式水浸传感器、光电式水浸传感器，最大的优点是 （ ）。 A. 安装简单 B. 检测区域大 C. 具有良好防腐蚀性能 D. 费用低廉 3. 图1-73所示的紧固件是（ ）。 图1-73 紧固体 A. 铆钉 B. 螺钉 C. 连接副 D. 螺母 4. 数字量输出的表示方法为（ ）。 A. DI B. DO C. AI D. AO 5. S7-200 SMART ST20型的输入点共有（ ）个。 A. 8 B. 12 C. 16 D. 24 操作题： 选取一款新的税金传感器，尝试绘制系统设计图。 （3）检测PLC通信是否正常。 3. 安排好人员分工和时间进度 本任务可以安排一名设备调试员进行操作，预计用时110min。其中，预计使用 20min安装设备，使用30min连接线路并检查线路，使用20min配置设备通信协议，确认 网络畅通，使用20min完成PLC程序下载与调试，使用20min完成测试后的调整。 1.3.3 任务实施 1.3.3.1 工业产品老化测试系统设备硬件安装 根据图1-74所示的设备布局图选用相应的设备，使用相应耗材和工具安装设备，要 求设备安装牢固，布局合理。 图1-74 工作产品老化测试系统设备布局图 1. 安装线槽 请参照任务1的操作要求和规范，结合实训工位尺寸情况，制作合适的线槽；挑选 符合规格要求的螺钉、螺母和垫片，使用螺丝刀等工具完成线槽的安装。 2. 安装电源系统 请参照任务1的操作要求和规范，安装完成导轨后，将单相电子式电能表、断路 器、开关电源通过卡扣安装于导轨上。由于本系统中使用的PLC、警示灯需要使用24V 直流电，而电动推杆的额定电压为12V直流电，因此需要准备12V、24V直流电。实训架 提供直流5V与直流12V的电源，安装的开关电源可以将220V交流电转换成24V直流电， 满足系统的需求。 3. 安装控制系统 （1）安装PLC。 观察设备布局图可以发现，后续要安装的按钮和PLC的位置相近，且PLC和按钮均 （2）安装电动推杆。 观察电动推杆，发现其末端有一个孔位，可以使用十字盘头螺钉（M4×32）及相应 的M4螺母、M4垫片固定，另一端则可以使用扎带固定。当电动推杆直接安装在物联网 架子上时，如果和按钮位置之间存在如图1-77所示的状况时，伸出的推杆只触及按钮的 边缘，会因力量不足而无法按下按钮。 图1-76 继电器安装效果 图1-77 电动推杆直接安装效果 因此，我们需要在安装电动推杆时使用多种方法将电动推杆垫高：将M4×32螺钉上 旋上两枚国标六角M4螺母和一枚欧标T形螺母，如图1-78所示；在另一端使用热熔胶贴 上一枚螺母垫高电动推杆，如图1-79所示，再使用M4螺母、M4垫片将电动推杆固定在 物联网实训架上。 图1-78 垫高电动推杆1 图1-79 垫高电动推杆2 （3）安装按钮。 安装按钮前，先暂时给电动推杆通电，白线接+12V直流电，黑线接-12V直流电， 在这样的通电状态下，让电动推杆走完行程，即伸缩杆伸到最长的状态，当电动推杆完 全按住按钮，确定按钮安装的位置后，使用扎带固定按钮。电动推杆与按钮正确的安装 效果如图1-80所示。 图1-80 电动推杆与按钮安装效果 工业物联网应用与实践 （4）安装警示灯。 参照任务2的操作要求和规范，使用M4螺母与M4垫片将警示灯固定在物联网实训 架上。 1.3.3.2 工业产品老化检测系统线路连接 图1-81是本任务的系统设计图，工程实施人员需要根据设计图进行线路连接与调试。 +24VDC 24V+24V+24V 急停关闭启动 +24V+24V0V0V74690V+24VLAN 图1-81 工业产品老化检测系统设计图 在线路连接之前，先确认现场环境是否安全，检查设备是否处于断电状态，并准备 好相应的工具和耗材，如用于剥线的剥线钳、固定线缆的螺丝刀、用于导线绝缘密封的 绝缘胶带和红黑导线、黄色导线、蓝色导线等。 1. 电源系统线路连接 （1）开关电源接线。 单相电能表、断路器、开关电源在接线时需要注意分辨接线柱是输出端还是输入 端，是零线接线柱还是火线接线柱，由于物联网实训架只提供直流5V与直流12V的电 源，因此还需要使用开关电源将220V市电转换为24V直流电源。 单相电能表、断路器、开关电源的接线效果如图1-82所示。 （2）PLC输入端接线。 观察SIMATIC S7-200 SMART PLC铭文，可以发现PLC采用的CPU型号是ST20，需 要用24V直流电供电。打开PLC顶部端盖，L+端子接24V直流电正极，M端子接24V直流 电源负极，其接线效果如图1-83所示。 CPU ST20共有12点输入，端子编号采用8进制。输入端子为I0.0～I1.3，公共端为 1M。将1M端子接0V，也可直接将1M端连接至输入端的M端子。输入端子I0.0接启动 按钮，输入端子I0.1接关闭按钮，输入端子I0.2接急停按钮，输入端子接线图如图1-84 所示。 图1-82 单相电能表、断路器、开关电源接线效果 图1-83 接线效果 图1-84 PLC输入端子接线 与PLC相连的三个按钮在初始状态下，23、24号端口为常开端口，11、12号端口 为常闭端口，用红色导线将PLC的输入端子与按钮的23号端口相连，按钮开关没有正负 极，红色导线将24号端口接到24V直流电源的正极，如图1-85所示。 图1-85 按钮接线 接线时，可以将按钮从导轨上取下，用十字螺丝刀越过按钮盒将螺钉旋开，插入铜 丝。插入铜丝时注意铜丝插入的位置，如果是从上往下插入铜丝，最好放在接线柱的右 工业物联网应用与实践 侧，从下往上插入铜丝，则最好将铜丝放在接线柱的左侧，因为旋紧螺钉时是顺时针， 这样放置可以使铜丝顺着方向旋紧。用十字螺丝刀顺时针将螺钉旋紧，固定导线，注意 铜丝不能裸露，导线安装完成后再将按钮卡放回导轨。 （3）PLC设备输出端连线。 输出端子共有1组，8个输出端子，为Q0.0～Q0.7，输出回路电源支持24V直流电， 2L+端用红色导线连接至24V直流电源正极，2M端用黑色导线连接至24V直流电源负极。 Q0.0端子用红色导线连接至继电器11号端子，用黑色导线将继电器10号端子接24V 电源负极，形成回路，从而使PLC输出的信号可以控制线圈的通、断电，PLC的Q0.0与 Q0.1分别连接至两个继电器的11端，如图1-86所示。 图1-86 PLC输出端接线 （4）继电器与电动推杆相连。 123456710（-）（+）1189 图1-87 管脚图 电动推杆有两条线，一黑一白。当白线接直流12V电源正极，黑线接直流12V电源 负极时，电动推杆伸出；当白线接直流12V电源负极，黑线接直流12V电源正极时，电 动推杆缩回。如果想要电动推杆产生伸缩的运动，需要注意两点：一是电流正负极可以 受控制反转；二是每次连在电动推杆黑白线上的电极必须是一正一负。 观察继电器外观上喷印的管脚图，如图1-87所示，1、4、7号端口是一组，2、5、8 号端口是一组，3、6、9号端口是一组。其中1、2、3号端口是常闭端口，4、5、6号端 口是常开端口，7、8、9号端口是公共端口，10、11号端口是线圈。若1～11号端口都已 经正确连线，正常情况下，1、7号端口连通， 2、8号端口连通，3、9号端口连通；当线圈通电 后，能产生电磁吸力，带动磁路的衔铁吸合，并 使得触点发生变位动作，使得4、7号端口连通， 5、8号端口连通，6、9号端口连通。 理论上可以只使用一个继电器时，完成电动 推杆的伸缩接线，当继电器公共端口7连接12V 直流电源正极，公共端口9连接12V直流电源负 极，电动推杆与继电器端子的连接方式如图1-88 所示。 70V0VQ0.0+12V94136 图1-88 使用一个继电器的接线方式 但是在实际应用中，推荐用户使用两个继电器完成接线，其接线方式如图1-89所 示。继电器的11号端口分别接到PLC设备的Q0.0与Q0.1，继电器的10号端口接到0V。电 动推杆的所有接线都接到继电器的常开端口，当PLC发出信号后再使线圈通电，衔铁吸 合，原先常开的端子与公共端连通，电动推杆根据信号再做出伸或缩的动作。 70VQ0.0Q0.1+12V946 图1-89 使用两个继电器的接线方式 1234 黑线白线 0V+12V56710（-）（+）1189 图1-90 电动推杆前伸接线 Q0.0发出的信号控制电动推杆往 前伸，在接线时，让电动推杆的白线 接继电器的6号端口，与6号端口一组 的9号公共端口需要接在12V直流电源 的正极，电动推杆的黑线接继电器的4 号端口，与4号端口一组的7号公共端 口需要接在12V直流电源的负极，如 图1-90所示。 Q0.1发出的信号控制电动推杆往 回缩，在接线时，让电动推杆的白线 工业物联网应用与实践 接继电器的6号端口，与6号端口一组 的9号公共端口需要接在12V直流电源 的负极，电动推杆的黑线接继电器的4 号端口，与4号端口一组的7号公共端 口需要接在12V直流电源的正极，如 图1-91所示。 此外，需要仔细查看继电器端 子的标号，部分继电器引脚图上的标 号是按从左往右、从上到下的顺序标 注，在继电器上却是按从右到左、从 上到下的顺序标注，读者需加以识别。继电器与电动推杆的接线效果如图1-92所示。 （5）电源、警示灯和按钮连线。 此部分用于测试反馈，当电动推杆按下按钮，电路呈通路状态，警示灯亮起，导轨 电动推杆缩回，电路呈断路状态，警示灯熄灭。此连线较为简单，使用红色导线将24V 直流电源正极与警示灯的红线相连，用黑色导线将警示灯的黑线与按钮相连，仍然使用 按钮的23、24号两个端口进行接线，由于按钮没有正负极，可以任选一个端口与警示灯 黑线相连，按钮的另一端口用黑色导线与24V直流电源负极相连。 2. 数据连线 使用网络跳线将PLC与计算机连接，连接效果如图1-93所示。 图1-92 继电器接线效果 图1-93 PLC与计算机相连 1.3.3.3 PLC程序下载与程序调试 查看PC端所在网段，在PC端打开step7程序，修改PLC的IP地址等参数，使PLC设备 与PC端处于同一网段。 检查系统的连线，确认无误后给系统通电，将程序下载至PLC设备。PLC的编程在 1234 黑线白线 +12V0V56710（-）（+）1189 图1-91 电动推杆后缩接线 本书的项目3中有具体介绍，用户可以从本书电子资源中获取PLC程序。 在运行程序时会发现，被测试按钮是用扎带固定在物联网实训架上，当按钮被电动 推杆按下时，因受力不均产生位置的移动。针对该问题，可以对设备布局进行调整，让 按钮背靠线槽，将警示灯移至另一侧。电动推杆按下按钮使警示灯亮起的效果如图1-94 所示。 图1-94 警示灯亮起的效果图 1.3.4 知识提炼 1.3.4.1 按钮 按钮是最常见的电子元件，是用于切断和接通电路的低压开关电器。接通则电流可 以通过，反之电流无法通过。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号，以控制 接触器、继电器、电磁起动器等。 1. 按钮的组成 按钮由按键、动作触头、复位弹簧、按钮盒组成，是一种电气主控元件。电气符 号为SB，按钮（SB）助记符。有些功能的按钮有特定的助记符，如表1-15所示，对常 闭、常开及复合按钮的结构和符号进行展示。 表1-15 按钮结构与符号 名称 结 构 符 号 常闭 按钮 按钮帽 复位弹簧 连杆 常闭静触点 动触点 外壳 SB 工业物联网应用与实践 名称 结 构 符 号 常开 按钮 动触点 常开 静触点43 SB 复合 按钮 常闭 静触点 动触点 常开 静触点 4321 SB2413 2. 按钮的分类 按钮的分类方式有许多种，表1-16所示为列出的几种常见的分类方式。 表1-16 按钮分类 分类方式 分 类 按开关数分类 单键开关、双键开关和多键开关 按用途 波动开关、波段开关、录放开关、电源开关、预选开关、 限位开关、控制开关、转 换开关、隔离开关、智能防火开关等 按结构分类 开启式：适用于嵌装固定在开关板上 按钮：安装于控制柜或控制台的面板上。代号为K 保护式：带保护外壳，可以防止内部的按钮零件受机械损伤或人触及带电部分。代号为H 防水式：带密封的外壳，可防止雨水侵入。代号为S 防腐式：能防止化工腐蚀性气体的侵入。代号为F 防爆式：能用于含有爆炸性气体与尘埃的地方而不引起传爆，如煤矿等场所。代号为B 旋钮式：用手把旋转操作触点，有通断两个位置，一般为面板安装式。代号为X 钥匙式：用钥匙插入旋转进行操作，可防止误操作或供专人操作。代号为Y 紧急式：有红色大蘑菇钮头突出于外 自持按钮：按钮内装有自持用电磁机构，主要用于发电厂、变电站或试验设备中，操 作人员互通信号及发出指令等，一般为面板操作。代号为Z 带灯按钮：按钮内装有信号灯，除用于发布操作命令外，兼作信号指示，多用于控制 柜、控制台的面板上。代号为D 组合式：多个按钮组合。代号为E 连锁式：多个触点互相联锁。代号为C 续表 3. 按钮的相关参数 （1）额定电压。 开关在正常工作时允许的安全电压，加在开关两端的电压大于此值，会造成两个触 点之间打火击穿。 （2）额定电流。 开关接通时允许通过的最大安全电流，超过此值时，开关的触点会因电流太大而烧毁。 （3）绝缘电阻。 开关的导体部分与绝缘部分的电阻值，绝缘电阻值在100MΩ以上。 （4）接触电阻。 开关导通的状态下，每对触点之间的电阻值，一般要求在0.1～0.5Ω以下，此值越 小越好。 （5）耐压。 开关对于导体及地之间所能承受的最低电压。 （6）寿命。 开关在正常工作条件下能操作的次数，一般要求在5000～35000次左右。 1.3.4.2 电动推杆 电动推杆又名直线驱动器，主要是由电机推杆和控制装置等组成的一种新型直线执 行机构，是将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置，因此被认 为是旋转电机在结构方面的一种延伸。 1. 电动推杆的组成与工作原理 电动推杆主要由驱动电机、减速齿轮、螺杆、螺母、导套、推杆、滑座、弹簧、外壳 及涡轮、微动控制开关等组成。以微型电动推杆（H型结构）为例，其结构如图1-95所示。 后端接头 齿轮 离合器制动装置螺杆纳头内管前端孔 电线 电动机 图1-95 H型电动推杆结构 24V直流电压接电机，正负两极电流循环驱动电机，电机带动齿轮，齿轮减速带动 工业物联网应用与实践 丝杆螺母，丝杆开始旋转，滚动纳头，纳头带动内管，从而往外推，推到顶端有限位开 关，自动切断电流，推杆不动。反之，电流反向，内管往回缩，缩到底触碰限位开关， 自动限位。 电动机经齿轮或涡轮螺杆减速后，带动一对丝杆螺母，把电动机的旋转运动变成直 线运动，利用电动机正反转完成推杆动作。 2. 电动推杆的分类 电动推杆也有多种分类方式，表1-17所示为其中四种分类。 表1-17 电动推杆的分类 分类方式 分 类 按丝杠形式分类 梯形丝杆式、滚珠丝杆式、行星滚珠丝杆式、行星滚柱丝杆等 按减速形式分类 蜗轮蜗杆式、齿轮式 按电机类型分类 直流电机式（12/24/36V）、交流电机式（220/380V）、步进电机式、伺服电 机式等 按用途分类 工业推杆、医疗推杆、家电推杆、家居推杆等 3. 电动推杆的相关参数 （1）理论最大承载量。 在电动推杆的使用过程中，应避免超载使用，否则易导致电动推杆毁坏、设备倒 塌等，严重的会造成机毁人亡的后果，所以计算理论最大承载量时应乘以一定的安全系 数，其计算公式为 理论最大承载量=最大载荷×使用安全系数 电动推杆的安全系数参考值如表1-18所示。 表1-18 安全系数参考值 分 类 场 景 安全系数 无冲击，载荷负荷惯性小 开关、阀门传送带切换装置 1.0～1.2 轻微冲击，载荷负荷惯性中等 各种移动装置、各种升降机 1.3～1.5 大冲击振动，载荷负荷惯性大 台车搬运东西，保持压延滚轮的位置 1.6～2.5 （2）单台电动推杆的承载量。 电动推杆如果单独使用，则电动推杆的承载量=理论最大承载量，电动推杆如果多 台使用，则单台电动推杆的承载量=理论最大承载量/使用台数×组合系数，组合系数参 考值如表1-19所示。 表1-19 组合系数参考值 使用台数 组合系数 2台 0.95 3台 0.9 使用台数 组合系数 4台 0.85 5～8台 0.8 （3）单台电动推杆的工作制 单台电动推杆的工作制计算公式为 工作制=工作周期时间/（工作周期时间+停歇周期时间） 工作制为10min内工作时间的百分比，电动推杆的工作制为30%，滚珠丝杠电动推 杆的工作制为50%，当实际负载小于额定负载时，可适当提高工作制。 （4）噪声值。 电动推杆的基础报价是基于标准噪声而定的。例如，家具和医疗板块应用的标准噪 声通常小于52dB，而工业板块应用的标准噪声通常在55～65dB。如果对噪音有更高的 要求，如要低于50dB甚至是48dB，则需要更换更低噪声的马达。 （5）行程。 一般电动推杆标准行程有100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、 400mm，特殊行程也可根据不同应用条件设计订做。 2. 电动推杆的应用 电动推杆在农业、工业、医疗设备、智能家居等方面都有广泛的应用。如图1-96所 示，电动推杆可以应用在病床的伸缩折叠，以适合病人不同的需求；如图1-97所示，电 动推杆可以应用在家具收纳柜中，使人们使用时更加省力。 图1-96 电动推杆的临床应用 图1-97 电动推杆的家居应用 1.3.4.3 老化测试 老化测试项目是指模拟产品在现实使用条件中涉及的各种因素对产品产生老化的情 况进行相应条件加强试验的过程。针对高性能电子产品，如计算机整机、显示器、终端 机、车用电子产品、电源供应器、主板、监视器、交换式充电器等，可以仿真出高温、 恶劣环节测试的设备。 续表 工业物联网应用与实践 1. 老化试验方法 在我国主要采用的几种人工加速老化的试验方法如表1-20所示。 表1-20 老化试验方法 试验方法 对应英文 说 明 复合老化 compound aging 采用氙弧灯或碳弧灯作为光源，其光谱能量分布基本与太阳光谱 相似，并通过特殊的内外过滤器，模拟和强化高分子材料在自然 气候中受到的光、热、空气、温度、湿度和降雨等主要老化破坏 的环境因素，快速模拟不同气候的日光曝晒效果，从而获得近似 于自然气候的耐候性 紫外灯 老化 ultraviolet aging 通过紫外灯老化，能模拟雨水或露水以及阳光中的紫外线能量所 引起的破坏，但这种试验只有当材料对紫外线较敏感时模拟才有 效，不能模拟大气污染、生物破坏和咸水作用等区域性天气现象 所引起的破坏 热老化 thermal aging 热可使高分子材料分子发生链断裂，从而产生自由基而老化，烘 箱法老化试验是耐热性试验的常用方法，将产品置于选定条件的 热烘箱内，加速产品在氧、热作用下的老化进程 湿热老化 试验 damp heat test 湿热老化试验一般使用湿热试验箱，要求在一定的温度下 （40℃～60℃），保持较高的相对湿度（90%RH以上）。提高试 验温度有利于加速老化，但试验温度过高，破坏速度太快，不利 于区别材料的优劣，而且脱离实际的试验意义不大。此外，相对 湿度也不能达到100%RH。因为相对湿度达到100%RH时，试样表 面出现大量的凝露水珠，这种情况近似于热水试验的环境，与湿 热老化的环境不符 抗霉试验 mildew resistance test 在潮湿环境中也容易生霉，霉菌产生的破坏有： （1）会损坏电气和电子装置。例如，霉菌的生长会形成绝缘材料 的电路，导致短路，或者影响紧密的电子线路的电器性能； （2）损坏光学装置，长霉会对光线的穿过产生不利影响，导致精 密部件的性能降低； （3）影响外观，霉菌会影响设备或部件的外形美观，使用户不 愉快。为了评价材料的长霉程度，通常采用人工抗霉试验。霉菌 试验常用的菌种有黑曲霉、黄曲霉、杂色曲霉、青霉、球毛壳霉 等。因为不同材料遭受的侵蚀破坏的霉菌种类有所不同，因此， 不同设备的材料不同，要选用不同的试验菌种。人工抗霉试验的 周期一般为28天 盐雾试验 salt spray test 当盐雾的微粒沉降附着在产品的表面上时，会迅速吸潮溶解成氯 化物的水溶液，在一定的温湿条件下，溶液中的氯离子通过材料 的微孔逐步渗透到内部，引起材料的老化或金属的腐蚀。通常试 验温度为35℃，pH值为6.5～7.2，湿度不小于90%RH 耐寒试验 hardiness test 耐寒性是指设备抵抗低温引起性能变化的能力，低温环节能引起 设备工作中断 2. 工业检测设备 在测试设备时，常常用到老化房，又称烧机房（Burn-In Room），是各种老化试验 中常用的设备之一，广泛应用于电子、计算机、通信等领域，具体如表1-21所示。 表1-21 检测设备 检测设备 说 明 图 片 恒温恒湿试 验箱 用于检测材料在各种环境下性能的设备，可试 验各种材料的耐热、耐寒、耐干、耐湿性能 沙尘试验箱 模拟自然界风沙气候对产品的破坏性，适用于 检测产品的外壳密封性能 淋雨试验箱 用于外部照明、信号装置及汽车灯具外壳防 护，能够提供逼真的模拟电子产品及其元器件 在运输和使用期间可能受到的淋水和喷淋试验 等各种环境，以测试产品的抗水性 冷热冲击试 验箱 用于测试材料结构或复合材料，在瞬间的极高 温及极低温的连续环境下忍受的程度 盐雾腐蚀试 验箱 考核对材料及其防护层的盐雾腐蚀能力，适用 于零部件、电子元器件、金属材料的防护层以 及工业产品的盐雾腐蚀试验 工业物联网应用与实践 检测设备 说 明 图 片 跌落试验机 跌落高度：300～1500mm，专用于测试产品包 装受到坠落之后的受损情况，及评估运输搬运 过程时的耐冲击强度 1.3.5 任务评估 检查内容 检查结果 满意率 线槽是否安装牢固，且线槽盖板是否盖好 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 工业产品老化测试系统硬件设备安装是否牢固 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 工业产品老化测试系统线路连接是否正确 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 以太网通信网络通信实操正常 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ PC端与PLC通信是否正常 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ PLC程序打开是否正确 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 工业产品老化测试是否正常 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 完成任务后使用的工具是否摆放、收纳整齐 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 完成任务后工位及周边的卫生环境是否整洁 是□ 否□ 100%□ 70%□ 50%□ 1.3.6 拓展练习 理论题： 1. 图1-98所示的符号，其表示的按钮类型是（ ）。 SB 图1-98 按钮符号 A. 常闭按钮 B. 常开按钮 C. 复合按钮 D. 单键按钮 续表 2. 在本任务中使用的继电器与电动推杆，以下接线方式可以完成电动推杆前伸的是 （ ）。 A. 1234 黑线 白线 +12V0V56710（-）（+）1189 B. 1234 黑线白线 +12V0V56710（-）（+）1189 C. 1234 黑线白线 0V+12V56710（-）（+）1189 D. 1234 黑线 +12V56710（-）（+）1189 白线 0V 3. 以下按钮开关在正常工作条件下能操作的次数不符合要求的是（ ）。 A. 500 B. 5000 C. 10000 D. 20000 4. 有两台电动推杆在同时使用，其理论最大承载量为500N，则单台电动推杆的承 载量是（ ）。 A. 250N B. 237. 5N C. 1000N D. 112. 5N 5. 耐寒试验可以用以下（ ）设备完成? A. 淋雨试验箱 B. 跌落试验机 C. 盐雾腐蚀试验箱 D. 恒温恒湿试验箱 操作题： 尝试将工业产品老化测试系统的数据上传到云端，并以组态的形式展示数据。 工业物联网应用与实践 1.4 项目总结 1. 任务完成度评价表 任务 要求 权重 分值 工业环境监测系统 安装与调试 能够根据任务工单和系统设计图的要求，完成工业环境 监测系统的硬件设备安装和线路连接；能够实现PC端与 ADAM4017正常通信；能够实现噪声信号的正确采集；通 过检测与调试确保系统正常运行 30 工业安防设备安装 与检测 能够根据任务工单和系统设计图的要求，完成工业安防系 统硬件设备安装和线路连接；能够实现PC端与PLC正常通 信；通过检测与调试确保工业安防系统正常运行 30 工业产品老化测试 系统安装与测试 能够根据任务工单和系统设计图的要求，完成工业产品老化 测试系统硬件设备安装和线路连接；能够实现以太网、PC 与PLC之间正常通信；通过检测与调试确保工业产品老化系 统正常运行 30 总结与汇报 呈现项目实施效果，做项目总结汇报 10 2. 总结反思 项目学习情况： 心得与反思：