基于物联网网关的智能生产线供料站的实时通讯研究

张海燕，杨治山

（1.甘肃建筑职业技术学院，甘肃兰州，730050；2.天水电气传动研究所，甘肃天水，741020）

0 引言

工厂生产线会通过物联网接位接入点来实现对复杂且高速的大量机器数据进行有效采集，对以往孤立的数据源进行高度整合，从而使数据的访问更加便利，同时对数据进行专业分析，提高企业对各类不同高价值设备的分析与监控能力。本文着重研究某智能生产线全身性数据的检测与分析，通过对云端以及边缘端数据的分析，推动OT系统与IT的有效集成，实现真正意义上的数据共享与应用，使资产管理生命周期的相应流程及策略得到有效改善。

智能生产线的主件供料站负责物料的运输和搬运，供料站设备的维护工作由现场人员和摄像监控配合完成，因此，很难预测生产线上传感器或传动部件的老化程度及稳定性，会经常出现间断性物料堆积、缺件的现象，平均故障率高达12.5%。

1 智能生产线供料站介绍

1.1 硬件介绍

供料站系统通过AIV小车将物料放置在带滚轮的斜坡滑道上后，物料滑动到滑道末端的平台上。当末端的上料点物料检测传感器检测到有物料后，升降气缸带动气爪下行，气爪下降到物料上方后夹取物料，夹取成功后，升降气缸带动气爪向上移动，然后同步带驱动电机M1开始正转，带动同步带输送组件从搬运初始位置B1向搬运右侧位B2移动，当同步带输送组件移动到搬运右侧位置B2时，电机M1停止正转，在接收到第二站空闲信号后，升降气缸带动气爪下行到第二站的承载料平台上方，气爪松开将物料放下，将物料放置成功后，升降气缸带动气爪向上运行，然后电机M1开始反转，同步带输送组件回到搬运初始位置B1。

1.2 系统设计

供料站系统由同步带驱动电机、升降气缸和物料检测传感器分别执行物料的传输、升/降和检测等动作，供料系统信息传递及控制基于物联网网关、无线路由器和逻辑控制器构成；供料站系统的物理信息如下表所示。

1.3 物联网的建立

通过物联网创建供料站全生命周期数据的数字副本，以虚拟方式表示设备，说明与供料站系统相关的数据。通过观察数字副本，可以持续跟进设备的整个生命周期，实时洞察设备性能，进而改进今后的项目。

所以在供料站控制系统里智能网关负责数据的上传下达，充当的是一个“聪明”的网关。智能网关里面所存储的是以产线组态工具为基础所构建出来的产线模型，它可以对采集指令进行忠诚地执行，在产线当中完成对数据的认真收集以及边缘计算的快速展开，并且完成相应数据到以云端为基础的开放式物联网操作系统的有效上传。

供料站控制系统智能物联网关采用原生云架构无限的计算能力进行分析，挖掘隐藏在内部的数据，链接、分析、管理远程设备的数据，大大可以改进服务水平、减少资产停机时间并降低维护和材料成本。

2 软件介绍

2.1 Node-red S7程序设计

Node-red是一种以新的多元化方式将硬件设备、API和在线服务连接在一起的编程工具。它所构建的是以浏览器为基础的编辑器，这能够通过对节点栏当中大量节点的应用来实现流的组成，这部分节点能够借助一次点击来实现部署的完成。

SIMATIC IOT2040 的示例镜像已经对Node-red进行了预装，只有用户能够对用于S7通信的S7节点进行安装，安装过程当中需要完成网络的连接。

（1）打开putty，建立与IOT2040 的连接。

（2）输入指令 cd /usr/lib/node_modules，切换至Node-red 所在目录。

（3）输入指令 npm install node-red-contrib-s7，安装S7 节点。

图1

2.2 服务器MQQT的建立

作为IBM开发过程当中的即时通信协议，MQQT属于互联网研究领域当中的关键构成部分。本协议的全部平台都非常支持，程序A对应这对消息队列系统的调用，当将调用信息准备完成之后就会投向相应的程序B，程序B的队列对该消息完成一段时间的存储之后，就会完成消息的读取以及信息的有效处理。Cluster通道以及 MQI通道和消息通道是MQQT的三种主要通道类型。消息通道的作用就是在MQ服务器以及服务器之间完成消息的有效传输，该通道属于单向通道，其中包含着服务者以及请求者和发送者与接收者等各式各样的类型，不同情况之下的用户可以有不同的选择。MQI通道的作用就是实现MQ Server与MQ Client之间信息的有效传输。MQI通道是双向的信息传输。群集通道的作用就是在同一MQ群集当中完成队列管理器的有效通讯。

图2

在调试中，采用Chrome的MQQTTlens插件发布和推送主题。（1）搭建云服务器，本案例用腾讯云为例，首先，基于一台云主机，操作系统Centos，创建主机以后，需要重置一个密码；打开SecurCRT软件，创建一个QuickConnect,主机名填写云主机的外网IP，用户名为root。输入完成后进入操作系统，使用SecurCRT接入云主机后，使用命令安装MQTT服务，安装完成后输入命令mosquitto-v-d，使用MQQT服务在后台保持运行。（2）拖入MQQT output输出节点，使用Nodered上传数据，在节点设置中输入云主机的IP，并输入服务器端口1883，保存节点配置后，并部署程序，MQQT Node显示connected时，数据正常上传。此时在命令行中输入MQQT订阅命令mosquitto_sub-v-t iot2000，便可为订阅主题iot2000设备上传至云主机。

图3

3 结论

智能生产的基础就是用户使用及反馈信息以及生产信息和设计信息的高度智能化集成。从最开始的智能化需求的产生到获取基础设计数据的过程，从用户参与式的智能化设计到对生产信息的直接转变，从智能化柔性生产到提供给用户产品的浸入式体验，最后以智能互联的形式将产品提供给用户，这也就是智能生产的独特竞争优势。

智能生产线供料站物联网的实时通信基础就是用户使用及反馈信息以及生产信息和设计信息的高度智能化集成。特别是通过对MQQT服务器的和应用来实现对数据的实时采集，从最开始的智能化需求的产生到获取基础设计数据的过程，从用户参与式的智能化设计到对生产信息的直接转变，从智能化柔性生产到提供给用户产品的浸入式体验，也就是从底层设备获取生产数据，一目了然地展示产线的关键绩效指标。但凡出现异常指标就会实时报警，同时借助邮件和APP来实现对预先定义负责人的及时通知。根本上实现了实时生产管理的第一重闭环，多维度、多角度的为智能生产线供料站管理人员重现生产场景、发现生产瓶颈、钻取深层原因，从而指出改进方向。