工業(yè)4.0與IoT物聯(lián)網(wǎng) 智能制造是關(guān)鍵！

隨著(zhù)信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的高度融合，通訊網(wǎng)絡(luò )、計算機技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和軟件系統的深度交織產(chǎn)生了新的價(jià)值模型，在制造領(lǐng)域，這種資源、信息、物品和人相互關(guān)聯(lián)，形成虛實(shí)結合的系統，德國人稱(chēng)其為“工業(yè)4.0”?；ヂ?lián)網(wǎng)激活傳統工業(yè)，保持制造業(yè)長(cháng)期競爭力的必由之路：與前三次工業(yè)革命相比，我們認為工業(yè)4.0最大的進(jìn)步在于利用互聯(lián)網(wǎng)激活了傳統工業(yè)過(guò)程，使工廠(chǎng)設備“能說(shuō)話(huà)、能思考”，同時(shí)實(shí)現三大功能：最大程度地降低制造業(yè)對勞動(dòng)力的依賴(lài)、將流通成本降到最低、最大程度滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化需求。

從長(cháng)期來(lái)看，工業(yè)4.0對于智能工廠(chǎng)的投入將遠超過(guò)一般工業(yè)，但項目盈利能力也將顯著(zhù)提高，并且資本投入越大、斜率越陡峭，即投資的邊際回報率越高。無(wú)論在何種經(jīng)濟體，工業(yè)4.0都將是制造業(yè)發(fā)展不可繞開(kāi)的必由之路，是未來(lái)世界制造業(yè)最大的一波“浪潮”。我們一直以來(lái)專(zhuān)注于工業(yè)控制領(lǐng)域，同時(shí)深刻感受到這次工業(yè)智能化給制造、生產(chǎn)帶來(lái)的改變，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在不斷的走進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)制造，在我們合作的企業(yè)中，工業(yè)生產(chǎn)數據實(shí)時(shí)采集(如MES系統)算是典型，而在工業(yè)生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò )中，ZigBee當之無(wú)愧成為了主角。

圖1 采用ZigBee搭建的生產(chǎn)信息化管理網(wǎng)絡(luò )

MES系統是一套面向制造企業(yè)車(chē)間執行層的生產(chǎn)信息化管理系統，可以為企業(yè)提供包括制造數據管理、計劃排程管理、生產(chǎn)調度管理、庫存管理、質(zhì)量管理、工具工裝管理、采購管理、底層數據集成分析、上層數據集成分解等等管理模塊。它是企業(yè)CIMS信息集成的紐帶，是實(shí)施企業(yè)敏捷制造戰略和實(shí)現車(chē)間生產(chǎn)敏捷化的基本技術(shù)手段。工廠(chǎng)制造執行系統MES是近10年來(lái)在國際上迅速發(fā)展、面向車(chē)間層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時(shí)信息系統。MES可以為用戶(hù)提供一個(gè)快速反應、有彈性、精細化的制造業(yè)環(huán)境，幫助企業(yè)減低成本、按期交貨、提高產(chǎn)品的質(zhì)量和提高服務(wù)質(zhì)量。適用于不同行業(yè)(家電、汽車(chē)、半導體、通訊、IT、醫藥)，能夠對單一的大批量生產(chǎn)和既有多品種小批量生產(chǎn)又有大批量生產(chǎn)的混合型制造企業(yè)提供良好的企業(yè)信息管理。

圖2 應用于系統中的ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊ZM5168

在整個(gè)系統中，ZigBee模塊通過(guò)健壯的組網(wǎng)透傳協(xié)議，可構建多種型態(tài)的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，讓整個(gè)制造系統的各個(gè)布局進(jìn)行信息化組網(wǎng)，并可通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入以太網(wǎng)，實(shí)現智能化管理，且在各種復雜的工廠(chǎng)環(huán)境成熟應用。

圖3 用戶(hù)MES硬件系統展會(huì )

目前德國主要工業(yè)領(lǐng)域中44%的企業(yè)已采用“工業(yè)4.0”相關(guān)的生產(chǎn)和技術(shù)模式。國內不斷有越來(lái)越多的制造企業(yè)、工廠(chǎng)向該方向進(jìn)軍，這充分說(shuō)明工業(yè)4.0已經(jīng)從一個(gè)概念變成了現實(shí)。

圖4 智能工廠(chǎng)模型

但我們知道，目前ZigBee很多采用類(lèi)似ZigBeePro、Home Automation、Smart Enengy，但在組網(wǎng)過(guò)程中均容易出現節點(diǎn)掉線(xiàn)現象，且通信效率較低、支持的節點(diǎn)數量少等，針對這些情況，周立功致遠電子專(zhuān)門(mén)針對對這些參數有較高要求的應用，開(kāi)發(fā)出了一套工業(yè)應用快速組網(wǎng)通訊協(xié)議——FastZigbee，該協(xié)議的主要特點(diǎn)是支持更多節點(diǎn)數量，攻克ZigBee節點(diǎn)掉線(xiàn)現象，使用方便、靈活，而且效率高，適合各種類(lèi)型的組網(wǎng)功能。同時(shí)實(shí)現零門(mén)檻的zigbee組網(wǎng)使用。

傳統zigbee協(xié)議：了解zigbee協(xié)議、基于第三方庫編程開(kāi)發(fā)、測試網(wǎng)絡(luò )健壯性及穩定性并反復調試、規劃應用網(wǎng)絡(luò )、啟動(dòng)等待組網(wǎng)、實(shí)現zigbee通訊;

FastZigbee協(xié)議：黑匣子，軟件配置，布網(wǎng)，實(shí)現zigbee組網(wǎng)通訊。

圖5 傳統Zigbee與FastZigbee

傳統的zigbee通訊協(xié)議節點(diǎn)類(lèi)型分為3種：協(xié)調器、路由器、終端節點(diǎn)。用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)需從ZigBee的底層通訊機制到用戶(hù)API全方位的了解掌握，并且由于無(wú)線(xiàn)協(xié)議的復雜性和無(wú)線(xiàn)實(shí)驗平臺環(huán)境搭建的高額成本，導致超過(guò)50%的用戶(hù)存在ZigBee通訊的隱性問(wèn)題。

圖6 FastZigBee組網(wǎng)拓撲結構

下面我們來(lái)看看，zigbee目前使用最多的網(wǎng)絡(luò )通訊，如點(diǎn)對點(diǎn)通訊、主從模式(一點(diǎn)對多點(diǎn))通訊、組網(wǎng)通訊。這三種通訊是目前zigbee使用最普遍，也是相對簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )。

傳統zigbee通訊協(xié)議，應對這些網(wǎng)絡(luò )需要進(jìn)行角色分配，設置相對麻煩，組網(wǎng)時(shí)間慢，通訊效率不高等確定，且應用不靈活。

而Fastzigbee則能輕松應對這些網(wǎng)絡(luò )，給予客戶(hù)極致的用戶(hù)體驗，同時(shí)FastZigBee也同樣滿(mǎn)足ZigBee的布網(wǎng)規范。

1、如圖 7所示，只需將A、B兩點(diǎn)的目標節點(diǎn)地址相互指向，即可實(shí)現A、B兩點(diǎn)之間數據透傳。設置可使用配套的FastZigbee配置軟件，打開(kāi)串口-獲取信息-修改配置，即可輕松完成配置。

圖 7 點(diǎn)對點(diǎn)通訊示意圖

2、如圖 8所示，主從模式(一點(diǎn)對多點(diǎn))通訊，只需將B、C、D等從機節點(diǎn)的目標節點(diǎn)地址指向主節點(diǎn)A，同時(shí)A設置成廣播，或者用一條切換目標地址(無(wú)須重啟)指令，即可實(shí)現A-B、C、D等節點(diǎn)的多點(diǎn)數據透傳。同理設置只用使用配套的FastZigbee配置軟件即可。

圖 8 主從模式(一點(diǎn)對多點(diǎn))通訊示意圖

3、如圖 9所示，當主從節點(diǎn)的距離無(wú)法直接通訊時(shí)，只需將兩點(diǎn)距離中一個(gè)節點(diǎn)(如C點(diǎn))設置成路由模式，則能完成數據轉發(fā)，其他所有設置均和第2點(diǎn)的設置一樣。

圖 9 組網(wǎng)轉發(fā)示意圖

4、由以上三種基本網(wǎng)絡(luò )，拓展出更復雜的網(wǎng)絡(luò )，如下圖10所示，多級組網(wǎng)通訊。FastZigbee協(xié)議應對該網(wǎng)絡(luò )同樣也是得心應手，使用方式完全和第3點(diǎn)的設置一樣，只需將鏈路中無(wú)法達到的距離中間，找個(gè)節點(diǎn)，設置成路由模式即可。FastZigbee最大支持10級路由轉發(fā)，單級路由最大2.5KM，能夠滿(mǎn)足絕大部分的網(wǎng)絡(luò )。

圖 10 多級組網(wǎng)通訊示意圖

FastZigBee已在眾多的MES系統硬件中運用，為智能制造提供穩定可靠的組網(wǎng)通訊方案，周立功致遠電子也將不斷向智能工廠(chǎng)提供新的血液，從中國制造到中國智造，這是工業(yè)4.0的大時(shí)代!將大數據、云計算科技與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)結合起來(lái)，中國的企業(yè)可以緊貼市場(chǎng)，與用戶(hù)建立一種新型的互動(dòng)關(guān)系，并且深入洞悉用戶(hù)的需求。新一代IT技術(shù)還能幫助全產(chǎn)業(yè)整合和跨工業(yè)、服務(wù)業(yè)部門(mén)的整合，發(fā)揮中國產(chǎn)業(yè)的“團隊優(yōu)勢”。周立功致遠電子也將推出更多的工業(yè)4.0配件，支持中國特色“工業(yè)4.0”的形成和執行，幫助中國各行各業(yè)創(chuàng )新升級，進(jìn)而推動(dòng)中國經(jīng)濟轉型。