智慧工廠如何實現智能化

　　傳統工廠到智慧工廠的變革必然會成為未來世界制造業中最大的一波“浪潮”，傳統工廠如何快速實現角色的轉換?我們認為，設備間的互聯互通是關鍵。

　　從長期來看，工業4.0對于智慧工廠的投入將遠超過一般工業，但項目盈利能力也將顯著提高，并且資本投入越大、斜率越陡峭，即投資的邊際回報率越高。無論在何種經濟體，工業4.0都將是制造業發展不可繞開的必由之路。我們一直以來專注于工業控制領域，同時深刻感受到這次工業智能化給制造、生產帶來的改變，物聯網已經在不斷的走進工業生產制造，在我們合作的企業中，工業生產數據實時采集(如MES系統)算是典型，而在工業生產信息網絡中，zigbee當之無愧成為了主角。

　　圖1 采用zigbee搭建的生產信息化管理網絡

　　MES系統是一套面向制造企業車間執行層最基礎的生產信息化管理系統，可以為企業提供包括制造數據管理、計劃排程管理、生產調度管理、庫存管理、質量管理、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CIMS信息集成的紐帶，是實施企業敏捷制造戰略和實現車間生產敏捷化的基本技術手段。工廠制造執行系統MES是近10年來在國際上迅速發展、面向車間層的生產管理技術與實時信息系統。MES可以為用戶提供一個快速反應、有彈性、精細化的制造業環境，幫助企業減低成本、按期交貨、提高產品的質量和提高服務質量。適用于不同行業(家電、汽車、半導體、通訊、IT、醫藥)，能夠對單一的大批量生產和既有多品種小批量生產又有大批量生產的混合型制造企業提供良好的企業信息管理。

　　圖2 應用于系統中的zigbee無線模塊AW824P2

　　在整個系統中，zigbee模塊通過健壯的組網透傳協議，可構建多種型態的網絡拓撲結構，讓整個制造系統的各個布局進行信息化組網，并可通過網關接入以太網，實現智能化管理，且在各種復雜的工廠環境成熟應用。

　　圖3 用戶MES硬件系統展會

　　目前德國主要工業領域中44%的企業已采用“工業4.0”相關的生產和技術模式。國內不斷有越來越多的制造企業、工廠向該方向進軍，這充分說明工業4.0已經從一個概念變成了現實。

　　圖4 智能工廠模型

　　但我們知道，目前zigbee很多采用類似zigbeePro、Home Automation、Smart Enengy，但在組網過程中均容易出現節點掉線現象，且通信效率較低、支持的節點數量少等，針對這些情況，致遠電子專門針對對這些參數有較高要求的應用，開發出了一套工業應用快速組網通訊協議——Fastzigbee，該協議的主要特點是支持更多節點數量，攻克zigbee節點掉線現象，使用方便、靈活，而且效率高，適合各種類型的組網功能。同時實現零門檻的zigbee組網使用。

　　傳統zigbee協議：了解zigbee協議、基于第三方庫編程開發、測試網絡健壯性及穩定性并反復調試、規劃應用網絡、啟動等待組網、實現zigbee通訊;

　　Fastzigbee協議：黑匣子，軟件配置，布網，實現zigbee組網通訊。

　　圖5 zigbee協議的對比

　　傳統的zigbee通訊協議節點類型分為3種：協調器、路由器、終端節點。用戶自行開發需從zigbee的底層通訊機制到用戶API全方位的了解掌握，并且由于無線協議的復雜性和無線實驗平臺環境搭建的高額成本，導致超過50%的用戶存在zigbee通訊的隱性問題。

　　圖6 zigbee的拓撲結構

　　zigbee目前使用最多的網絡通訊，如點對點通訊、主從模式(一點對多點)通訊、組網通訊。這三種通訊是目前zigbee使用最普遍，也是相對簡單的網絡。

　　傳統zigbee通訊協議，應對這些網絡需要進行角色分配，設置相對麻煩，組網時間慢，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絡，給予客戶極致的用戶體驗，同時Fastzigbee也同樣滿足zigbee的布網規范。

　　1、如圖 7所示，只需將A、B兩點的目標節點地址相互指向，即可實現A、B兩點之間數據透傳。設置可使用配套的Fastzigbee配置軟件，打開串口-獲取信息-修改配置，即可輕松完成配置。

　　圖 7 點對點通訊示意圖

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

　　圖 8 主從模式(一點對多點)通訊示意圖

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

　　圖 9 組網轉發示意圖

　　4、由以上三種基本網絡，拓展出更復雜的網絡，如下圖10所示，多級組網通訊。Fastzigbee協議應對該網絡同樣也是得心應手，使用方式完全和第3點的設置一樣，只需將鏈路中無法達到的距離中間，找個節點，設置成路由模式即可。Fastzigbee最大支持10級路由轉發，單級路由最大2.5KM，能夠滿足絕大部分的網絡。

　　圖 10 多級組網通訊示意圖

　　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通訊方案，我們也將不斷向智能工廠提供新的血液，從中國制造到中國智造，這是工業4.0的大時代!將大數據、云計算科技與移動互聯網結合起來，中國的企業可以緊貼市場，與用戶建立一種新型的互動關系，并且深入洞悉用戶的需求。新一代IT技術還能幫助全產業整合和跨工業、服務業部門的整合，發揮中國產業的“團隊優勢”。我們也將推出更多的工業4.0配件，支持中國特色“工業4.0”的形成和執行，幫助中國各行各業創新升級，進而推動中國經濟轉型。