摘要在制造業(yè)的加工與裝配生產(chǎn)中，Lora作業(yè)系統(tǒng)可以克服安裝監(jiān)控系統(tǒng)所需的布線成本支出，還支持第三方組態(tài)軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集，同時(shí)可以完成條碼、RFID電子標(biāo)簽、數(shù)據(jù)文件、桌面數(shù)據(jù)庫(kù)等不同形式數(shù)據(jù)的分析采集工作。

關(guān)鍵詞  加工與裝配車間；Lora作業(yè)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

前言

在制造業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及其相關(guān)數(shù)據(jù)，這時(shí)候最常用的就是監(jiān)控系統(tǒng)，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)往往包括各加工與裝配區(qū)域的監(jiān)控計(jì)算機(jī)、報(bào)警器、LED看板構(gòu)成，并在現(xiàn)場(chǎng)可以看到相應(yīng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)監(jiān)控畫面、報(bào)警信號(hào)、過(guò)程信息。這種監(jiān)控系統(tǒng)往往成本巨大且布線復(fù)雜，對(duì)于中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，一般都不愿意花費(fèi)過(guò)高的成本在原有的設(shè)備上進(jìn)行。

Lora作業(yè)系統(tǒng)的出現(xiàn)恰恰克服了這個(gè)問(wèn)題，它支持第三方組態(tài)軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集，包括PLC控制器、DCS控制器，并可以定制開發(fā)非標(biāo)設(shè)備的采集驅(qū)動(dòng)，完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)；同時(shí)Lora作業(yè)系統(tǒng)可以完成條碼、RFID電子標(biāo)簽、數(shù)據(jù)文件、桌面數(shù)據(jù)庫(kù)等不同形式數(shù)據(jù)的分析采集工作。操作人員通過(guò)Lora作業(yè)系統(tǒng)可以完成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警的監(jiān)控、質(zhì)量狀況及報(bào)警監(jiān)控、關(guān)鍵生產(chǎn)工具的狀態(tài)監(jiān)控、工廠生產(chǎn)物料的監(jiān)控等。

Lora作業(yè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件基礎(chǔ)

Lora作業(yè)系統(tǒng)的核心是KW系列無(wú)線數(shù)據(jù)采集與控制產(chǎn)品（簡(jiǎn)稱KW控制器），它創(chuàng)新性地將LPWAN通信技術(shù)和PLC技術(shù)融合在一起。KW智能控制器既保持了PLC的用戶可編程、IO模塊種類齊全、功能豐富、性能強(qiáng)大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可輕松完成數(shù)據(jù)采集與端計(jì)算的任務(wù)；同時(shí)也提供LoRa或者NB-IoT等無(wú)線通信接口及組網(wǎng)協(xié)議，無(wú)線通信距離遠(yuǎn)、穿透能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)，解決了有線通信方案施工難度大、周期長(zhǎng)、成本高等難題，因此非常適合需要中小企業(yè)中一網(wǎng)覆蓋、一鍵連接的工廠物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

（1）KW控制器的功能選擇

KW控制器的外觀如圖1所示，它提供了多種工作頻率段的LoRa通信口，可以適用不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖1KW控制器

KW控制器的LoRa通信口支持編程協(xié)議、KincoPLC互聯(lián)協(xié)議、ModbusRTU協(xié)議（主站及從站）以及自由通信功能；KW控制器的其他通信與I/O接口如圖2所示。

圖2KW控制器的通信與I/O接口

（2）KW控制器的通信配置

在KincoBuilder編程軟件中提供了KW控制器的各種使用向?qū)?、參?shù)配置、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控等工具以方便用戶的應(yīng)用，另外也提供了各種通信指令，用戶可以在程序中調(diào)用這些指令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LoRa通信的在線操作。如圖3所示，執(zhí)行【工具】->【LoRa(2.4GHz）參數(shù)配置…】菜單命令，將會(huì)進(jìn)入配置工具窗口，用戶可以在這里對(duì)LoRa接口進(jìn)行配置。同時(shí)可以直觀地看到采用不同通信參數(shù)時(shí)對(duì)于無(wú)線通信性能的預(yù)估結(jié)果，從而有助于選擇最適合自己應(yīng)用的參數(shù)組合。

圖3KW控制器的通信配置

在使用LoRa通信之前，用戶需要先配置好LoRa通信口的參數(shù)。在同一個(gè)LoRa通信網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)的頻率、空中傳輸速率、編碼率、是否使能芯片內(nèi)置CRC等參數(shù)必須一致。

組建LoRa通信網(wǎng)絡(luò)

LoRa是半雙工通信方式，接收、發(fā)送不能同時(shí)進(jìn)行。在一個(gè)LoRa網(wǎng)絡(luò)中，任一時(shí)刻只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)。因此在實(shí)際應(yīng)用中利用LoRa組建一種主從模式、星型拓?fù)涞臒o(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)：即在網(wǎng)絡(luò)中有且只有一個(gè)主站節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)全部作為從站；主站負(fù)責(zé)調(diào)度、管理網(wǎng)絡(luò)，并且輪詢各個(gè)從站；從站只有收到主站的請(qǐng)求后才能進(jìn)行回應(yīng)。

如圖4所示加工與裝配車間Lora作業(yè)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，即通過(guò)設(shè)置不同的通信頻率信道或者空中傳輸速率將同一區(qū)域內(nèi)的模塊劃分成不同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。如加工與裝配車間內(nèi)有100臺(tái)設(shè)備，則可以將其中加工區(qū)域50臺(tái)設(shè)備的通信頻率設(shè)置為2410MHz，另外裝配區(qū)域50臺(tái)的頻率設(shè)置為2430MHz，那么這些設(shè)備就可以組建2個(gè)相互獨(dú)立的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。

圖4加工與裝配車間Lora作業(yè)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)

LoRa通信口支持編程協(xié)議（主從模式）、KincoPLC互聯(lián)協(xié)議（主從模式）、ModbusRTU協(xié)議（主從模式）以及自由通信功能。若用戶程序中沒(méi)有使用通信功能，則KW上電后默認(rèn)會(huì)支持編程協(xié)議，同時(shí)也將自動(dòng)作為KincoPLC互聯(lián)從站和ModbusRTU從站。圖5為PC機(jī)通訊設(shè)置，圖6為KW控制器硬件配置。

圖5PC機(jī)通訊設(shè)置

圖6KW控制器硬件配置

LoRa作業(yè)系統(tǒng)的智能看板

在Lora作業(yè)系統(tǒng)中，還需要使用Linux智能電子看板，通過(guò)圖形化軟元件實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)顯示，并顯示設(shè)備稼動(dòng)率計(jì)算結(jié)果（如圖7所示）。

圖7Linux智能電子看板

通過(guò)智能電子看板可以將工單下載到各個(gè)加工與裝配車間設(shè)備的Linux智能終端中，實(shí)現(xiàn)工單下載與現(xiàn)場(chǎng)停機(jī)信息操作，并且利用智能終端上連接的打印機(jī)（圖8）與掃描槍（圖9），實(shí)現(xiàn)成品工件管理。

圖8打印機(jī)

圖9掃描槍

圖10中，通過(guò)KW控制器，將設(shè)備當(dāng)前的主軸轉(zhuǎn)速、運(yùn)行狀態(tài)等信息采集到PLC中，并通過(guò)無(wú)線LoRa協(xié)議發(fā)送到電子看板端的PLC中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控與后期設(shè)備智能化管理。

圖10運(yùn)行狀態(tài)采集

利用圖4和圖10所示的LoRa作業(yè)系統(tǒng)，還可將生產(chǎn)所需的工單、加工圖紙等通過(guò)電子看板下載至所需加工設(shè)備上，可方便實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公及智能化生產(chǎn)的運(yùn)行模式。當(dāng)車間設(shè)備完成零件加工后，智能終端通過(guò)下載的工單信息，利用打印機(jī)自動(dòng)生成一張零部件品名、日期、生產(chǎn)序列號(hào)、加工設(shè)備位號(hào)等信息的不干膠標(biāo)簽紙。打印完成后操作人員將不干膠條碼標(biāo)簽紙黏貼與零件上，通過(guò)掃描槍將加工零件信息掃碼入庫(kù)（也可使用自動(dòng)生成自動(dòng)入庫(kù)）。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在加工與裝配車間中實(shí)施LoRa作業(yè)系統(tǒng)，解決了數(shù)據(jù)采集和設(shè)備智能化管理。同時(shí)還可以在原有的設(shè)備上增加智能終端，并向下與設(shè)備中的PLC進(jìn)行聯(lián)機(jī)通訊，向上與智能電子看板聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)PDF文件的工單管理。