专业综合类虚拟仿真实验  
 
离散制造车间无线物联网仿真系统
作者:admin      时间:2014-10-11 11:07:04   点击:569

实验地点:仰仪北楼609,指导教师:蔡晋辉,联系电话:0571-86875655

随着产品形成过程中量值检测服务和产品终端检测服务的增多,工业计量也正在和物联网、大数据等新技术相互结合,本系统帮助学生熟悉在线检测、身份识别、短途无线、车间制造系统等先进技术在工业领域的应用,实现数据采集、质量管控和分析等功能,初步了解产品形成过程中量值检测的常规方法和意义。

项目概况

系统综合了短途无线、条码/RFID身份识别、计算机控制、数据库、可视化编程和嵌入式系统等诸多前沿技术,服务于离散制造车间生产过程的信息化,实现产品在线质量的实时追溯,是物联网技术和车间测控技术结合的最新成果。中心教师开发的相关项目《离散制造过程信息智能测控系统的研发与应用》曾获得中国仪器仪表学会科技进步奖二等奖、浙江省科技进步奖三等奖,并被评为杭州市科技创新十佳产学研合作科技成果转化项目。

本系统仿真实现了一整套离散制造车间无线物联网系统,模拟实际工序产生员工条码信息、产品条码信息、各类传感器信号、工序控制器控制信息、异常行为数据,并通过无线等方式传送给主机进行质量反馈控制,让学生有机会熟悉车间物联网系统的组成、功能,同时了解生产线上产品、员工、设备、事件逐一跟踪追溯的质量管理技术和生产差错控制策略,能加以灵活实际应用。

本实验可结合《无线传感器网络》、《计算机控制系统》、《计算机网络》、《产品质量管理》等课程,培养学生在综合、设计、创新、探索等方面的科研能力。

结构与功能

离散制造车间无线物联网系统的工业应用如框图34所示,虚拟仿真实验系统能模拟生产工序产生数据、以及各类异常情况,学生可自由选取、配置、连接相关器件组合无线以太网、GPRS、CDMA、短途ISM等无线通信模式,通过软件组态决定整个车间工序组成和各工序传感器数据类型,编制应用层协议规范,并进行质量管理分析。主要硬件包括:

1)电子标签管理系统:RFID开发套件(Impinj R2000)、ARGOX X-2000V条码打印机、HR_200二维条码阅读器;

2)基于JN5121的GAINSJ无线传感器网络实验箱(40节点);

3)无线以太网:AP模块AWK-3121,客户端接入模块W2150(6节点);

4)工业GPRS/CDMA模块:宏电H7710 GPRS DTU(4节点)、宏电H7710 GPRS DTU(4节点);

5)各类传感器:温度、位移、电压、电流、扭矩、声学、振动等。

6)工序生产信息模拟发生用PLC:欧姆龙CP1H-XA40DR-A(10节点);触摸屏TPC7062KS;

7)基于CC2530的无线IO模块实验平台:自行开发,20个节点;

8)其他:监控计算机、集线器、伺服电机、继电器、电源等。

软件主要包括:网络可视化后台软件iSnamp-J、ZIGBEE网络分析软件、GAINSJ集成开发环境、IAR集成开发环境、Visual C#2008集成开发环境、Microsoft SQL Server 2005数据库、车间物联网监控软件组态系统等。

其中基于CC2530的无线IO模块实验平台、车间物联网监控软件组态系统为中心自主开发。

车间物联网系统结构框图

GAINSJ无线传感器网络实验箱

基于CC2530的无线IO模块

生产线工序信息可以通过软件模拟,包括模拟生产线的名称、工序数量,以及各工序名称、显示次序、监控参数名称和单位、连锁对应工序等信息,系统会根据设置信息在Microsoft SQL Server 2005数据库中产生信息数据库,其数据库主要的元素构成见图37。

模拟仿真系统运行后,各模拟工序会按设置要求产生信息,经无线模块发送给数据采集主机,主机对数据进行保存、统计、分析和反馈等,并加以显示,图38就是主机的工序生产实时统计监控画面,以及数据的SPC分析画面。

车间模拟工序数据库模型


模拟生产过程的监控画面和SPC数据分析

可开设的实验项目:

1、 无线模块基础功能实现(DIO、UART、ADC等)

2、 点对点简单网络实现

3、基于无线单片机模块的无线网络CSMA/CA协议实现

4、ZIGBEE星形网组网测试

5、车间环境的多温度点监控实验

6、车间物联网生产工序组态监控实验

7、车间物联网应用层协议实验

8、离散制造过程生产数据SPC分析

9、离散制造过程防差错生产的工序连锁控制

系统效果与特色

本系统全程仿真了多生产线、多工序的大型车间物联网系统,实现产品形成过程中量值检测服务,为学生提供了将专业知识用于企业生产过程信息化的实训机会。

1) 实验系统的通信模式、结构组成和运行方式等真实模拟了车间实际情况,学生可依据需要,对车间生产线和生产线工序组成、无线模式、监控参数、工序连锁等进行自由组态,并能模拟产生各类工序数据和近30种意外事件,有利于学生熟悉实际离散制造过程。

2) 实验功能齐全,系统集成了无线网络、传感器技术、自动化控制、数据通讯采集、C语言编程、可视化软件开发等技术,帮忙学生将理论知识与企业实际应用紧密结合。

3) 教师最新的科研成果成功转化而成,不但可以用于教学,也有利于对科研成果开展进一步验证,提高市场推广效果,目前已经在十多家企业得到应用。