加工与装配车间的Lora作业系统

文:浙江工商职业技术学院 王如会,沈世俊,李方园 2019年第四期

摘要在制造业的加工与装配生产中,Lora作业系统可以克服安装监控系统所需的布线成本支出,还支持第三方组态软件进行标准设备数据采集,同时可以完成条码、RFID电子标签、数据文件、桌面数据库等不同形式数据的分析采集工作。

关键词  加工与装配车间;Lora作业系统;数据采集

前言

在制造业生产中,经常需要监控生产设备的运转状态及其相关数据,这时候最常用的就是监控系统,传统的监控系统往往包括各加工与装配区域的监控计算机、报警器、LED看板构成,并在现场可以看到相应设备的动态监控画面、报警信号、过程信息。这种监控系统往往成本巨大且布线复杂,对于中小型企业来说,一般都不愿意花费过高的成本在原有的设备上进行。

Lora作业系统的出现恰恰克服了这个问题,它支持第三方组态软件进行标准设备数据采集,包括PLC控制器、DCS控制器,并可以定制开发非标设备的采集驱动,完成数据采集任务;同时Lora作业系统可以完成条码、RFID电子标签、数据文件、桌面数据库等不同形式数据的分析采集工作。操作人员通过Lora作业系统可以完成设备运行状态及报警的监控、质量状况及报警监控、关键生产工具的状态监控、工厂生产物料的监控等。

Lora作业系统的硬件设计和软件基础

Lora作业系统的核心是KW系列无线数据采集与控制产品(简称KW控制器),它创新性地将LPWAN通信技术和PLC技术融合在一起。KW智能控制器既保持了PLC的用户可编程、IO模块种类齐全、功能丰富、性能强大、可靠性高等优点,可轻松完成数据采集与端计算的任务;同时也提供LoRa或者NB-IoT等无线通信接口及组网协议,无线通信距离远、穿透能力强、抗干扰能力强,解决了有线通信方案施工难度大、周期长、成本高等难题,因此非常适合需要中小企业中一网覆盖、一键连接的工厂物联网应用。

(1)KW控制器的功能选择

KW控制器的外观如图1所示,它提供了多种工作频率段的LoRa通信口,可以适用不同的应用场景。

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图1KW控制器

KW控制器的LoRa通信口支持编程协议、KincoPLC互联协议、ModbusRTU协议(主站及从站)以及自由通信功能;KW控制器的其他通信与I/O接口如图2所示。

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图2KW控制器的通信与I/O接口

(2)KW控制器的通信配置

在KincoBuilder编程软件中提供了KW控制器的各种使用向导、参数配置、网络状态监控等工具以方便用户的应用,另外也提供了各种通信指令,用户可以在程序中调用这些指令来实现对LoRa通信的在线操作。如图3所示,执行【工具】->【LoRa(2.4GHz)参数配置…】菜单命令,将会进入配置工具窗口,用户可以在这里对LoRa接口进行配置。同时可以直观地看到采用不同通信参数时对于无线通信性能的预估结果,从而有助于选择最适合自己应用的参数组合。

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图3KW控制器的通信配置

在使用LoRa通信之前,用户需要先配置好LoRa通信口的参数。在同一个LoRa通信网络中,所有节点的频率、空中传输速率、编码率、是否使能芯片内置CRC等参数必须一致。

组建LoRa通信网络

LoRa是半双工通信方式,接收、发送不能同时进行。在一个LoRa网络中,任一时刻只能有一个节点处于发送状态。因此在实际应用中利用LoRa组建一种主从模式、星型拓扑的无线通信网络:即在网络中有且只有一个主站节点,其余节点全部作为从站;主站负责调度、管理网络,并且轮询各个从站;从站只有收到主站的请求后才能进行回应。

如图4所示加工与装配车间Lora作业系统的通信网络,即通过设置不同的通信频率信道或者空中传输速率将同一区域内的模块划分成不同的无线网络。如加工与装配车间内有100台设备,则可以将其中加工区域50台设备的通信频率设置为2410MHz,另外装配区域50台的频率设置为2430MHz,那么这些设备就可以组建2个相互独立的无线通信网络。

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图4加工与装配车间Lora作业系统的通信网络

LoRa通信口支持编程协议(主从模式)、KincoPLC互联协议(主从模式)、ModbusRTU协议(主从模式)以及自由通信功能。若用户程序中没有使用通信功能,则KW上电后默认会支持编程协议,同时也将自动作为KincoPLC互联从站和ModbusRTU从站。图5为PC机通讯设置,图6为KW控制器硬件配置。

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图5PC机通讯设置

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图6KW控制器硬件配置

LoRa作业系统的智能看板

在Lora作业系统中,还需要使用Linux智能电子看板,通过图形化软元件实现各个设备的运行状态显示,并显示设备稼动率计算结果(如图7所示)。

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图7Linux智能电子看板

通过智能电子看板可以将工单下载到各个加工与装配车间设备的Linux智能终端中,实现工单下载与现场停机信息操作,并且利用智能终端上连接的打印机(图8)与扫描枪(图9),实现成品工件管理。

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图8打印机

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图9扫描枪

图10中,通过KW控制器,将设备当前的主轴转速、运行状态等信息采集到PLC中,并通过无线LoRa协议发送到电子看板端的PLC中,实现设备运行状态实时监控与后期设备智能化管理。

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图10运行状态采集

利用图4和图10所示的LoRa作业系统,还可将生产所需的工单、加工图纸等通过电子看板下载至所需加工设备上,可方便实现无纸化办公及智能化生产的运行模式。当车间设备完成零件加工后,智能终端通过下载的工单信息,利用打印机自动生成一张零部件品名、日期、生产序列号、加工设备位号等信息的不干胶标签纸。打印完成后操作人员将不干胶条码标签纸黏贴与零件上,通过扫描枪将加工零件信息扫码入库(也可使用自动生成自动入库)。

结束语

通过在加工与装配车间中实施LoRa作业系统,解决了数据采集和设备智能化管理。同时还可以在原有的设备上增加智能终端,并向下与设备中的PLC进行联机通讯,向上与智能电子看板联机,实现PDF文件的工单管理。


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