工廠改造
傳統(tǒng)制造業(yè)的生存和發(fā)展離不開生產(chǎn)，因此，如何智能化地高效管理生產(chǎn)線，是企業(yè)管理者必須考慮的問題。生產(chǎn)線智能化管理系統(tǒng)可采用RFID卡、無線終端設(shè)備（采用ZigBee模組）、ZigBee串口服務(wù)器（ZBCOM-300IE）、LED顯示屏和PC機(jī)組成，能使企業(yè)管理層實(shí)時掌握生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
管理系統(tǒng)主要有兩個部分組成：以RFID卡為核心的信息采集系統(tǒng)、和以ZigBee無線通信為核心的信息傳輸系統(tǒng)。
1、信息采集系統(tǒng)
FID技術(shù)，又稱無線射頻識別，是一種通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)的通信技術(shù)，其通信過程無需在識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。目前在傳統(tǒng)的離散生產(chǎn)制造行業(yè)中，相對被廣泛使用的條碼技術(shù)而言 ,RFID技術(shù)可遠(yuǎn)距離讀寫 ,能在高速移動的狀態(tài)下讀寫并存儲大量的數(shù)據(jù)，可穿透性讀寫，能在惡劣的環(huán)境下使用。
采集系統(tǒng)先通過RFID卡捆綁上生產(chǎn)車間的半成品和車間工人的識別碼，工人每做完一道工序就讀取RFID卡上的信息錄入系統(tǒng)，能夠?qū)γ恳慌浳锏倪M(jìn)度、流向進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控。
圖 1生產(chǎn)線智能化管理
圖 2 信息采集系統(tǒng)流程圖
2、信息傳輸系統(tǒng)
信息傳輸系統(tǒng)由ZigBee終端節(jié)點(diǎn)模組和集中器（網(wǎng)關(guān)）兩個角色組成，每個工位上都設(shè)有一個ZigBee無線終端，一個集中器連接50~100個終端節(jié)點(diǎn)，可以將工位上的運(yùn)行狀態(tài)等信息實(shí)時傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器。集中器和后臺可通過RS-232或以太網(wǎng)連接。
在后臺控制室管理者可通過PC與服務(wù)器相連，進(jìn)而判斷在生產(chǎn)品的完成情況及各個工位的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，系統(tǒng)流程圖如下圖所示。
圖 3ZigBee信息傳輸系統(tǒng)
信息傳輸系統(tǒng)無線化的優(yōu)勢在于：可以省去工廠前期布線的繁雜和后期維護(hù)的麻煩，節(jié)約線材成本；實(shí)時統(tǒng)計工人的產(chǎn)量、效率、計件工資、貨物跟蹤、品質(zhì)監(jiān)控和貨期把控，輕松實(shí)現(xiàn)可視化生產(chǎn)、智能化管理，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效益。
二、工廠智能化改造
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(nèi)不斷有越來越多的制造企業(yè)、工廠向該方向進(jìn)軍，這充分說明工業(yè)4.0已經(jīng)從一個概念變成了現(xiàn)實(shí)。
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(wǎng)過程中均容易出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)掉線現(xiàn)象，且通信效率較低、支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)量少等，針對這些情況，致遠(yuǎn)電子專門針對對這些參數(shù)有較高要求的應(yīng)用，開發(fā)出了一套工業(yè)應(yīng)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(jié)點(diǎn)數(shù)量，攻克ZigBee節(jié)點(diǎn)掉線現(xiàn)象，使用方便、靈活，而且效率高，適合各種類型的組網(wǎng)功能。同時實(shí)現(xiàn)零門檻的ZigBee組網(wǎng)使用。
傳統(tǒng)ZigBee協(xié)議：了解ZigBee協(xié)議、基于第三方庫編程開發(fā)、測試網(wǎng)絡(luò)健壯性及穩(wěn)定性并反復(fù)調(diào)試、規(guī)劃應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)、啟動等待組網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)ZigBee通訊；
FastZigBee協(xié)議：黑匣子，軟件配置，布網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)ZigBee組網(wǎng)通訊。
圖5 ZigBee協(xié)議的對比
傳統(tǒng)的ZigBee通訊協(xié)議節(jié)點(diǎn)類型分為3種：協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點(diǎn)。用戶自行開發(fā)需從ZigBee的底層通訊機(jī)制到用戶API全方位的了解掌握，并且由于無線協(xié)議的復(fù)雜性和無線實(shí)驗(yàn)平臺環(huán)境搭建的高額成本，導(dǎo)致超過50%的用戶存在ZigBee通訊的隱性問題。
圖6 ZigBee的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
下面我們來看看，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使用較為普遍，也是相對簡單的網(wǎng)絡(luò)。 傳統(tǒng)ZigBee通訊協(xié)議，應(yīng)對這些網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行角色分配，設(shè)置相對麻煩，組網(wǎng)時間慢，通訊效率不高等確定，且應(yīng)用不靈活。
而FastZigBee則能輕松應(yīng)對這些網(wǎng)絡(luò)，給予客戶良好的用戶體驗(yàn)，同時FastZigBee也同樣滿足ZigBee的布網(wǎng)規(guī)范。
1、如圖 7所示，只需將A、B兩點(diǎn)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址相互指向，即可實(shí)現(xiàn)A、B兩點(diǎn)之間數(shù)據(jù)透傳。設(shè)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(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(jī)節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址指向主節(jié)點(diǎn)A，同時A設(shè)置成廣播，或者用一條切換目標(biāo)地址（無須重啟）指令，即可實(shí)現(xiàn)A-B、C、D等節(jié)點(diǎn)的多點(diǎn)數(shù)據(jù)透傳。同理設(shè)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(dāng)主從節(jié)點(diǎn)的距離無法直接通訊時，只需將兩點(diǎn)距離中一個節(jié)點(diǎn)（如C點(diǎn)）設(shè)置成路由模式，則能完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，其他所有設(shè)置均和第2點(diǎn)的設(shè)置一樣。
圖 9 組網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)示意圖
4、由以上三種基本網(wǎng)絡(luò)，拓展出更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，如下圖10所示，多級組網(wǎng)通訊。FastZigBee協(xié)議應(yīng)對該網(wǎng)絡(luò)同樣也是得心應(yīng)手，使用方式完全和第3點(diǎn)的設(shè)置一樣，只需將鏈路中無法達(dá)到的距離中間，找個節(jié)點(diǎn)，設(shè)置成路由模式即可。FastZigBee最大支持10級路由轉(zhuǎn)發(fā)，單級路由最大2.5KM，能夠滿足絕大部分的網(wǎng)絡(luò)。
圖 10 多級組網(wǎng)通訊示意圖
FastZigBee已在眾多的MES系統(tǒng)硬件中運(yùn)用，為智能制造提供穩(wěn)定可靠的組網(wǎng)通訊方案。
三、相關(guān)產(chǎn)品
1、RFID讀寫卡模組
2、ZigBee透傳模組
3、ZigBee網(wǎng)關(guān)
