摘要在制造業(yè)的加工與裝配生產中，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)軟件進行標準設備數(shù)據(jù)采集，同時可以完成條碼、RFID電子標簽、數(shù)據(jù)文件、桌面數(shù)據(jù)庫等不同形式數(shù)據(jù)的分析采集工作。

關鍵詞  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)生產中，經常需要監(jiān)控生產設備的運轉狀態(tài)及其相關數(shù)據(jù)，這時候最常用的就是監(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)控計算機、報警器、LED看板構成，并在現(xiàn)場可以看到相應設備的動態(tài)監(jiān)控畫面、報警信號、過程信息。這種監(jiān)控系統(tǒng)往往成本巨大且布線復雜，對于中小型企業(yè)來說，一般都不愿意花費過高的成本在原有的設備上進行。

Lora作業(yè)系統(tǒng)的出現(xiàn)恰恰克服了這個問題，它支持第三方組態(tài)軟件進行標準設備數(shù)據(jù)采集，包括PLC控制器、DCS控制器，并可以定制開發(fā)非標設備的采集驅動，完成數(shù)據(jù)采集任務；同時Lora作業(yè)系統(tǒng)可以完成條碼、RFID電子標簽、數(shù)據(jù)文件、桌面數(shù)據(jù)庫等不同形式數(shù)據(jù)的分析采集工作。操作人員通過Lora作業(yè)系統(tǒng)可以完成設備運行狀態(tài)及報警的監(jiān)控、質量狀況及報警監(jiān)控、關鍵生產工具的狀態(tài)監(jiān)控、工廠生產物料的監(jiān)控等。

Lora作業(yè)系統(tǒng)的硬件設計和軟件基礎

Lora作業(yè)系統(tǒng)的核心是KW系列無線數(shù)據(jù)采集與控制產品（簡稱KW控制器），它創(chuàng)新性地將LPWAN通信技術和PLC技術融合在一起。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、性能強大、可靠性高等優(yōu)點，可輕松完成數(shù)據(jù)采集與端計算的任務；同時也提供LoRa或者NB-IoT等無線通信接口及組網協(xié)議，無線通信距離遠、穿透能力強、抗干擾能力強，解決了有線通信方案施工難度大、周期長、成本高等難題，因此非常適合需要中小企業(yè)中一網覆蓋、一鍵連接的工廠物聯(lián)網應用。

（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，可以適用不同的應用場景。

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導、參數(shù)配置、網絡狀態(tài)監(jiān)控等工具以方便用戶的應用，另外也提供了各種通信指令，用戶可以在程序中調用這些指令來實現(xiàn)對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，將會進入配置工具窗口，用戶可以在這里對LoRa接口進行配置。同時可以直觀地看到采用不同通信參數(shù)時對于無線通信性能的預估結果，從而有助于選擇最適合自己應用的參數(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LoRa通信網絡中，所有節(jié)點的頻率、空中傳輸速率、編碼率、是否使能芯片內置CRC等參數(shù)必須一致。

組建LoRa通信網絡

LoRa是半雙工通信方式，接收、發(fā)送不能同時進行。在一個LoRa網絡中，任一時刻只能有一個節(jié)點處于發(fā)送狀態(tài)。因此在實際應用中利用LoRa組建一種主從模式、星型拓撲的無線通信網絡：即在網絡中有且只有一個主站節(jié)點，其余節(jié)點全部作為從站；主站負責調度、管理網絡，并且輪詢各個從站；從站只有收到主站的請求后才能進行回應。

如圖4所示加工與裝配車間Lora作業(yè)系統(tǒng)的通信網絡，即通過設置不同的通信頻率信道或者空中傳輸速率將同一區(qū)域內的模塊劃分成不同的無線網絡。如加工與裝配車間內有100臺設備，則可以將其中加工區(qū)域50臺設備的通信頻率設置為2410MHz，另外裝配區(qū)域50臺的頻率設置為2430MHz，那么這些設備就可以組建2個相互獨立的無線通信網絡。

圖4加工與裝配車間Lora作業(yè)系統(tǒng)的通信網絡

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。若用戶程序中沒有使用通信功能，則KW上電后默認會支持編程協(xié)議，同時也將自動作為KincoPLC互聯(lián)從站和ModbusRTU從站。圖5為PC機通訊設置，圖6為KW控制器硬件配置。

圖5PC機通訊設置

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，通過圖形化軟元件實現(xiàn)各個設備的運行狀態(tài)顯示，并顯示設備稼動率計算結果（如圖7所示）。

圖7Linux智能電子看板

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

圖8打印機

圖9掃描槍

圖10中，通過KW控制器，將設備當前的主軸轉速、運行狀態(tài)等信息采集到PLC中，并通過無線LoRa協(xié)議發(fā)送到電子看板端的PLC中，實現(xiàn)設備運行狀態(tài)實時監(jiān)控與后期設備智能化管理。

圖10運行狀態(tài)采集

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

結束語

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