智慧港口实训模型是集实体仿真 + 智能控制 + 虚拟交互于一体的教学实训平台，以微缩实体沙盘为载体，通过PLC 控制与软件通讯实现港口全流程动态演示与交互式教学，帮助学生掌握智慧港口核心技术与运营管理流程，适用于物流工程、港口机械、自动化、物联网等专业教学与实训。
| 层级 | 核心组件 | 主要功能 |
|---|---|---|
| 硬件层 | 实体沙盘、港口设备模型、PLC 控制器、传感器网络、执行机构、交互终端 | 场景还原、物理动作执行、信号采集、人机交互 |
| 控制层 | 西门子 S7-1200/1500 PLC、工业交换机、远程 I/O 模块、HMI 触摸屏 | 逻辑控制、数据处理、设备联动、实时监控 |
| 软件层 | 组态监控软件、3D 可视化平台、教学管理系统、数据采集分析软件 | 动态展示、远程操作、实训指导、考核评估 |
比例：1:50~1:300（根据教学需求定制），尺寸建议 3m×2m 以上
场景：集装箱码头岸线、自动化堆场、铁路接驳区、公路闸口、中控室
材质：ABS 板材、亚克力、304 不锈钢（核心设备），环保涂料
特性：磁吸式集装箱模块（可快速装卸）、声光执行器（船舶鸣笛、闸口抬杆联动）
| 设备类型 | 数量 | 技术特点 | 动态功能 |
|---|---|---|---|
| 岸桥（STS） | 2-3 台 | 伺服电机驱动、激光定位 | 精准对位（偏差≤5mm）、起升 / 移动 / 下降全流程 |
| 场桥 / 轨道吊（ASC） | 4-6 台 | 齿轮减速箱、光电传感器 | 堆垛防碰撞、自动寻位、集装箱抓取 |
| AGV 自动导引车 | 5-8 台 | 磁导航 / 视觉导航、无线通讯 | 路径规划、自动避障、无缝接驳 |
| 闸口系统 | 2-3 套 | RFID 识别、道闸控制 | 自动抬杆、车辆识别、数据记录 |
| 集装箱 | 20-30 个 | 磁吸式连接、颜色编码 | 模拟不同货种、状态识别 |
主操控屏：65 英寸触控屏，用于全局监控与操作
分操作台：3-5 个工位，模拟港口中控室、岸桥远程操控、AGV 调度等岗位
传感器网络：激光测距、红外感应、压力传感器，实现设备状态实时采集
核心控制器：西门子 S7-1200 PLC（基础版）或 S7-1500 PLC（高级版）
编程软件：TIA Portal V16/V17，支持梯形图、功能块图编程
控制逻辑：
岸桥 - AGV - 场桥协同作业流程控制
堆场自动分配与路径优化
设备故障模拟与应急处理
多任务并行调度算法
工业以太网：Profinet 总线，实现 PLC 与 HMI、远程 I/O 模块通讯（传输速率 100Mbps）
无线通讯：Wi-Fi 6 / 蓝牙 5.0，支持 AGV 与中控系统数据交互
Modbus TCP 协议：用于第三方设备接入与数据共享
虚实互联：通过 OPC UA 协议实现 PLC 与虚拟仿真软件数据同步
组态监控：Kingview/WinCC，实时显示设备状态、运行参数、报警信息
3D 可视化：Unity3D/UE4 开发，1:1 还原港口场景，支持 VR/AR 沉浸式体验
教学管理：学生账号管理、实训任务发布、操作记录追溯、自动评分
数据采集：边缘计算网关，实时采集设备运行数据，支持大数据分析
船舶靠泊→岸桥识别集装箱→起吊
AGV 自动行驶至岸桥下→接箱→运输至指定堆场
场桥自动抓取 AGV 上的集装箱→堆垛至指定位置
外集卡到达闸口→RFID 识别→场桥取箱→装车离港
全程声光同步：船舶鸣笛、岸桥警报、闸口抬杆提示
岗位角色模拟：
中控调度员：通过主操控屏监控全局，下达作业指令
岸桥操作员：通过分操作台远程控制岸桥精准对位
AGV 调度员：规划 AGV 路径，处理交通冲突
堆场管理员：优化集装箱堆放，处理翻箱问题
互动方式：
触摸屏手动控制单台设备
电脑端 3D 界面远程操作
手机 APP 扫码控制（适合课堂演示）
语音控制（高级版功能）
港口设备认知：识别岸桥、场桥、AGV 等设备结构与功能
PLC 编程入门：编写简单程序控制单个设备动作
传感器应用：学习激光、红外传感器在港口中的应用
网络通讯配置：搭建 Profinet 网络，实现 PLC 与 HMI 通讯
设备协同控制：编写 PLC 程序实现岸桥 - AGV - 场桥联动
智能调度算法：设计 AGV 路径规划与堆场优化方案
故障诊断与排除：模拟设备故障，学习 PLC 报警处理
数据采集与分析：通过软件平台分析港口作业效率
智慧港口全流程运营：团队协作完成船舶装卸、堆场管理、闸口放行全流程
应急处理演练：应对船舶延迟、设备故障、恶劣天气等突发情况
港口优化方案设计：提出提高港口作业效率的改进措施
虚实结合：实体模型直观展示 + 虚拟软件深度交互，提升学习兴趣
技能提升：掌握 PLC 编程、工业网络、智能控制等核心技术，培训周期缩短 50%
岗位适配：模拟真实港口工作场景，提高学生就业竞争力
安全高效：避免真实设备操作风险，降低实训成本
场景扩展：可增加散货码头、油气码头、滚装码头等场景
技术升级：集成 AI 视觉识别、数字孪生、5G 通讯等新技术
教学资源：配套教材、视频教程、实训指导书，支持翻转课堂
校企合作：联合港口企业开发定制化实训项目，对接行业需求
