智慧工厂如何实现智能化

时间:2017-12-20 16:31来源:ZLG致远电子

摘要:传统工厂到智慧工厂的变革必然会成为未来世界制造业中最大的一波“浪潮”,传统工厂如何快速实现角色的转换?我们认为,设备间的互联互通是关键。

传统工厂到智慧工厂的变革必然会成为未来世界制造业中最大的一波“浪潮”,传统工厂如何快速实现角色的转换?我们认为,设备间的互联互通是关键。

从长期来看,工业4.0对于智慧工厂的投入将远超过一般工业,但项目盈利能力也将显著提高,并且资本投入越大、斜率越陡峭,即投资的边际回报率越高。无论在何种经济体,工业4.0都将是制造业发展不可绕开的必由之路。我们一直以来专注于工业控制领域,同时深刻感受到这次工业智能化给制造、生产带来的改变,物联网已经在不断的走进工业生产制造,在我们合作的企业中,工业生产数据实时采集(如 MES 系统)算是典型,而在工业生产信息网络中,zigbee 当之无愧成为了主角。


 
图1 采用zigbee搭建的生产信息化管理网络
 
MES 系统是一套面向制造企业车间执行层最基础的生产信息化管理系统,可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、工具工装管理、采购管理、底层数据集成分析、上层数据集成分解等等管理模块。它是企业 CIMS 信息集成的纽带,是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段。工厂制造执行系统 MES 是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES 可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境,帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。适用于不同行业(家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药),能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。

 
图2 应用于系统中的 zigbee 无线模块 AW824P2

在整个系统中,zigbee 模块通过健壮的组网透传协议,可构建多种型态的网络拓扑结构,让整个制造系统的各个布局进行信息化组网,并可通过网关接入以太网,实现智能化管理,且在各种复杂的工厂环境成熟应用。

 
图3 用户 MES 硬件系统展会
 
目前德国主要工业领域中44%的企业已采用“工业4.0”相关的生产和技术模式。国内不断有越来越多的制造企业、工厂向该方向进军,这充分说明工业4.0已经从一个概念变成了现实。

 
图4 智能工厂模型
 
但我们知道,目前 zigbee 很多采用类似 zigbeePro、Home Automation、Smart Enengy,但在组网过程中均容易出现节点掉线现象,且通信效率较低、支持的节点数量少等,针对这些情况,致远电子专门针对对这些参数有较高要求的应用,开发出了一套工业应用快速组网通讯协议——Fastzigbee,该协议的主要特点是支持更多节点数量,攻克 zigbee 节点掉线现象,使用方便、灵活,而且效率高,适合各种类型的组网功能。同时实现零门槛的 zigbee 组网使用。

传统 zigbee 协议:了解 zigbee 协议、基于第三方库编程开发、测试网络健壮性及稳定性并反复调试、规划应用网络、启动等待组网、实现 zigbee 通讯;

Fastzigbee 协议:黑匣子,软件配置,布网,实现 zigbee 组网通讯。


 
图5 zigbee 协议的对比
 
传统的 zigbee 通讯协议节点类型分为3种:协调器、路由器、终端节点。用户自行开发需从 zigbee 的底层通讯机制到用户 API 全方位的了解掌握,并且由于无线协议的复杂性和无线实验平台环境搭建的高额成本,导致超过50%的用户存在 zigbee 通讯的隐性问题。

 
图6 zigbee 的拓扑结构
 
zigbee 目前使用最多的网络通讯,如点对点通讯、主从模式(一点对多点)通讯、组网通讯。这三种通讯是目前 zigbee 使用最普遍,也是相对简单的网络。

传统 zigbee 通讯协议,应对这些网络需要进行角色分配,设置相对麻烦,组网时间慢,通讯效率不高等确定,且应用不灵活。

而 Fastzigbee 则能轻松应对这些网络,给予客户极致的用户体验,同时 Fastzigbee 也同样满足 zigbee 的布网规范。

1、如图 7所示,只需将 A、B 两点的目标节点地址相互指向,即可实现 A、B 两点之间数据透传。设置可使用配套的 Fastzigbee 配置软件,打开串口-获取信息-修改配置,即可轻松完成配置。


图 7 点对点通讯示意图
 
2、如图 8所示,主从模式(一点对多点)通讯,只需将 B、C、D 等从机节点的目标节点地址指向主节点 A,同时 A 设置成广播,或者用一条切换目标地址(无须重启)指令,即可实现 A-B、C、D 等节点的多点数据透传。同理设置只用使用配套的 Fastzigbee 配置软件即可。

图 8 主从模式(一点对多点)通讯示意图
 
3、如图 9所示,当主从节点的距离无法直接通讯时,只需将两点距离中一个节点(如 C 点)设置成路由模式,则能完成数据转发,其他所有设置均和第2点的设置一样。

图 9 组网转发示意图
 
4、由以上三种基本网络,拓展出更复杂的网络,如下图10所示,多级组网通讯。Fastzigbee 协议应对该网络同样也是得心应手,使用方式完全和第3点的设置一样,只需将链路中无法达到的距离中间,找个节点,设置成路由模式即可。Fastzigbee 最大支持10级路由转发,单级路由最大 2.5KM,能够满足绝大部分的网络。

图 10 多级组网通讯示意图
 
Fastzigbee 已在众多的 MES 系统硬件中运用,为智能制造提供稳定可靠的组网通讯方案,我们也将不断向智能工厂提供新的血液,从中国制造到中国智造,这是工业4.0的大时代!将大数据、云计算科技与移动互联网结合起来,中国的企业可以紧贴市场,与用户建立一种新型的互动关系,并且深入洞悉用户的需求。新一代 IT 技术还能帮助全产业整合和跨工业、服务业部门的整合,发挥中国产业的“团队优势”。我们也将推出更多的工业4.0配件,支持中国特色“工业4.0”的形成和执行,帮助中国各行各业创新升级,进而推动中国经济转型。
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