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工厂改造

一、什么是产线智能管理系统?

传统制造业的生存和发展离不开生产,因此,如何智能化地高效管理生产线,是企业管理者必须考虑的问题。生产线智能化管理系统可采用RFID卡、无线终端设备(采用ZigBee模块)、ZigBee串口服务器(ZBCOM-300IE)、LED显示屏和PC机组成,能使企业管理层实时掌握生产线的运转状态。

管理系统主要有两个部分组成:以RFID卡为核心的信息采集系统、和以ZigBee无线通信为核心的信息传输系统。

1、信息采集系统

FID技术,又称无线射频识别,是一种通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据的通信技术,其通信过程无需在识别系统与特定目标间建立机械或光学接触。目前在传统的离散生产制造行业中,相对被广泛使用的条码技术而言 ,RFID技术可远距离读写 ,能在高速移动的状态下读写并存储大量的数据,可穿透性读写,能在恶劣的环境下使用。

采集系统先通过RFID卡捆绑上生产车间的半成品和车间工人的识别码,工人每做完一道工序就读取RFID卡上的信息录入系统,能够对每一批货物的进度、流向进行实时的监控。

图 1生产线智能化管理

图 2 信息采集系统流程图

2、信息传输系统

信息传输系统由ZigBee终端节点模块和集中器(网关)两个角色组成,每个工位上都设有一个ZigBee无线终端,一个集中器连接50~100个终端节点,可以将工位上的运行状态等信息实时传输到后台服务器。集中器和后台可通过RS-232或以太网连接。

在后台控制室管理者可通过PC与服务器相连,进而判断在生产品的完成情况及各个工位的运转情况,系统流程图如下图所示。

图 3ZigBee信息传输系统

信息传输系统无线化的优势在于:可以省去工厂前期布线的繁杂和后期维护的麻烦,节约线材成本;实时统计工人的产量、效率、计件工资、货物跟踪、品质监控和货期把控,轻松实现可视化生产、智能化管理,从而提高产品质量与生产效益。

二、工厂智能化改造

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

下面我们来看看,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使用较为普遍,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,给予客户良好的用户体验,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。

三、相关产品

1、RFID读写卡模块

2、ZigBee透传模块

3、ZigBee网关