張海燕，楊治山

（1.甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州，730050；2.天水電氣傳動(dòng)研究所，甘肅天水，741020）

0 引言

工廠生產(chǎn)線會(huì)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)接位接入點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜且高速的大量機(jī)器數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集，對(duì)以往孤立的數(shù)據(jù)源進(jìn)行高度整合，從而使數(shù)據(jù)的訪問(wèn)更加便利，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)分析，提高企業(yè)對(duì)各類不同高價(jià)值設(shè)備的分析與監(jiān)控能力。本文著重研究某智能生產(chǎn)線全身性數(shù)據(jù)的檢測(cè)與分析，通過(guò)對(duì)云端以及邊緣端數(shù)據(jù)的分析，推動(dòng)OT系統(tǒng)與IT的有效集成，實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用，使資產(chǎn)管理生命周期的相應(yīng)流程及策略得到有效改善。

智能生產(chǎn)線的主件供料站負(fù)責(zé)物料的運(yùn)輸和搬運(yùn)，供料站設(shè)備的維護(hù)工作由現(xiàn)場(chǎng)人員和攝像監(jiān)控配合完成，因此，很難預(yù)測(cè)生產(chǎn)線上傳感器或傳動(dòng)部件的老化程度及穩(wěn)定性，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)間斷性物料堆積、缺件的現(xiàn)象，平均故障率高達(dá)12.5%。

1 智能生產(chǎn)線供料站介紹

1.1 硬件介紹

供料站系統(tǒng)通過(guò)AIV小車將物料放置在帶滾輪的斜坡滑道上后，物料滑動(dòng)到滑道末端的平臺(tái)上。當(dāng)末端的上料點(diǎn)物料檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有物料后，升降氣缸帶動(dòng)氣爪下行，氣爪下降到物料上方后夾取物料，夾取成功后，升降氣缸帶動(dòng)氣爪向上移動(dòng)，然后同步帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1開(kāi)始正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)同步帶輸送組件從搬運(yùn)初始位置B1向搬運(yùn)右側(cè)位B2移動(dòng)，當(dāng)同步帶輸送組件移動(dòng)到搬運(yùn)右側(cè)位置B2時(shí)，電機(jī)M1停止正轉(zhuǎn)，在接收到第二站空閑信號(hào)后，升降氣缸帶動(dòng)氣爪下行到第二站的承載料平臺(tái)上方，氣爪松開(kāi)將物料放下，將物料放置成功后，升降氣缸帶動(dòng)氣爪向上運(yùn)行，然后電機(jī)M1開(kāi)始反轉(zhuǎn)，同步帶輸送組件回到搬運(yùn)初始位置B1。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

供料站系統(tǒng)由同步帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)、升降氣缸和物料檢測(cè)傳感器分別執(zhí)行物料的傳輸、升/降和檢測(cè)等動(dòng)作，供料系統(tǒng)信息傳遞及控制基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、無(wú)線路由器和邏輯控制器構(gòu)成；供料站系統(tǒng)的物理信息如下表所示。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)的建立

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建供料站全生命周期數(shù)據(jù)的數(shù)字副本，以虛擬方式表示設(shè)備，說(shuō)明與供料站系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過(guò)觀察數(shù)字副本，可以持續(xù)跟進(jìn)設(shè)備的整個(gè)生命周期，實(shí)時(shí)洞察設(shè)備性能，進(jìn)而改進(jìn)今后的項(xiàng)目。

所以在供料站控制系統(tǒng)里智能網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)，充當(dāng)?shù)氖且粋€(gè)“聰明”的網(wǎng)關(guān)。智能網(wǎng)關(guān)里面所存儲(chǔ)的是以產(chǎn)線組態(tài)工具為基礎(chǔ)所構(gòu)建出來(lái)的產(chǎn)線模型，它可以對(duì)采集指令進(jìn)行忠誠(chéng)地執(zhí)行，在產(chǎn)線當(dāng)中完成對(duì)數(shù)據(jù)的認(rèn)真收集以及邊緣計(jì)算的快速展開(kāi)，并且完成相應(yīng)數(shù)據(jù)到以云端為基礎(chǔ)的開(kāi)放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的有效上傳。

供料站控制系統(tǒng)智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)采用原生云架構(gòu)無(wú)限的計(jì)算能力進(jìn)行分析，挖掘隱藏在內(nèi)部的數(shù)據(jù)，鏈接、分析、管理遠(yuǎn)程設(shè)備的數(shù)據(jù)，大大可以改進(jìn)服務(wù)水平、減少資產(chǎn)停機(jī)時(shí)間并降低維護(hù)和材料成本。

2 軟件介紹

2.1 Node-red S7程序設(shè)計(jì)

Node-red是一種以新的多元化方式將硬件設(shè)備、API和在線服務(wù)連接在一起的編程工具。它所構(gòu)建的是以瀏覽器為基礎(chǔ)的編輯器，這能夠通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)欄當(dāng)中大量節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)流的組成，這部分節(jié)點(diǎn)能夠借助一次點(diǎn)擊來(lái)實(shí)現(xiàn)部署的完成。

SIMATIC IOT2040 的示例鏡像已經(jīng)對(duì)Node-red進(jìn)行了預(yù)裝，只有用戶能夠?qū)τ糜赟7通信的S7節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安裝，安裝過(guò)程當(dāng)中需要完成網(wǎng)絡(luò)的連接。

（1）打開(kāi)putty，建立與IOT2040 的連接。

（2）輸入指令 cd /usr/lib/node_modules，切換至Node-red 所在目錄。

（3）輸入指令 npm install node-red-contrib-s7，安裝S7 節(jié)點(diǎn)。

圖1

2.2 服務(wù)器MQQT的建立

作為IBM開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中的即時(shí)通信協(xié)議，MQQT屬于互聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域當(dāng)中的關(guān)鍵構(gòu)成部分。本協(xié)議的全部平臺(tái)都非常支持，程序A對(duì)應(yīng)這對(duì)消息隊(duì)列系統(tǒng)的調(diào)用，當(dāng)將調(diào)用信息準(zhǔn)備完成之后就會(huì)投向相應(yīng)的程序B，程序B的隊(duì)列對(duì)該消息完成一段時(shí)間的存儲(chǔ)之后，就會(huì)完成消息的讀取以及信息的有效處理。Cluster通道以及 MQI通道和消息通道是MQQT的三種主要通道類型。消息通道的作用就是在MQ服務(wù)器以及服務(wù)器之間完成消息的有效傳輸，該通道屬于單向通道，其中包含著服務(wù)者以及請(qǐng)求者和發(fā)送者與接收者等各式各樣的類型，不同情況之下的用戶可以有不同的選擇。MQI通道的作用就是實(shí)現(xiàn)MQ Server與MQ Client之間信息的有效傳輸。MQI通道是雙向的信息傳輸。群集通道的作用就是在同一MQ群集當(dāng)中完成隊(duì)列管理器的有效通訊。

圖2

在調(diào)試中，采用Chrome的MQQTTlens插件發(fā)布和推送主題。（1）搭建云服務(wù)器，本案例用騰訊云為例，首先，基于一臺(tái)云主機(jī)，操作系統(tǒng)Centos，創(chuàng)建主機(jī)以后，需要重置一個(gè)密碼；打開(kāi)SecurCRT軟件，創(chuàng)建一個(gè)QuickConnect,主機(jī)名填寫云主機(jī)的外網(wǎng)IP，用戶名為root。輸入完成后進(jìn)入操作系統(tǒng)，使用SecurCRT接入云主機(jī)后，使用命令安裝MQTT服務(wù)，安裝完成后輸入命令mosquitto-v-d，使用MQQT服務(wù)在后臺(tái)保持運(yùn)行。（2）拖入MQQT output輸出節(jié)點(diǎn)，使用Nodered上傳數(shù)據(jù)，在節(jié)點(diǎn)設(shè)置中輸入云主機(jī)的IP，并輸入服務(wù)器端口1883，保存節(jié)點(diǎn)配置后，并部署程序，MQQT Node顯示connected時(shí)，數(shù)據(jù)正常上傳。此時(shí)在命令行中輸入MQQT訂閱命令mosquitto_sub-v-t iot2000，便可為訂閱主題iot2000設(shè)備上傳至云主機(jī)。

圖3

3 結(jié)論

智能生產(chǎn)的基礎(chǔ)就是用戶使用及反饋信息以及生產(chǎn)信息和設(shè)計(jì)信息的高度智能化集成。從最開(kāi)始的智能化需求的產(chǎn)生到獲取基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的過(guò)程，從用戶參與式的智能化設(shè)計(jì)到對(duì)生產(chǎn)信息的直接轉(zhuǎn)變，從智能化柔性生產(chǎn)到提供給用戶產(chǎn)品的浸入式體驗(yàn)，最后以智能互聯(lián)的形式將產(chǎn)品提供給用戶，這也就是智能生產(chǎn)的獨(dú)特競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

智能生產(chǎn)線供料站物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)通信基礎(chǔ)就是用戶使用及反饋信息以及生產(chǎn)信息和設(shè)計(jì)信息的高度智能化集成。特別是通過(guò)對(duì)MQQT服務(wù)器的和應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，從最開(kāi)始的智能化需求的產(chǎn)生到獲取基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的過(guò)程，從用戶參與式的智能化設(shè)計(jì)到對(duì)生產(chǎn)信息的直接轉(zhuǎn)變，從智能化柔性生產(chǎn)到提供給用戶產(chǎn)品的浸入式體驗(yàn)，也就是從底層設(shè)備獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，一目了然地展示產(chǎn)線的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)。但凡出現(xiàn)異常指標(biāo)就會(huì)實(shí)時(shí)報(bào)警，同時(shí)借助郵件和APP來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)先定義負(fù)責(zé)人的及時(shí)通知。根本上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理的第一重閉環(huán)，多維度、多角度的為智能生產(chǎn)線供料站管理人員重現(xiàn)生產(chǎn)場(chǎng)景、發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸、鉆取深層原因，從而指出改進(jìn)方向。