WISE无线数据采集方案打造稳定的设备监控与远程管理应用

天堂的苦涩
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项目介绍:

当工业 4.0的实践与生产效益的提升划上等号时,除了制造业得积极从传统制造转型为智能制造,设备制造商也必须对自家机器进行功能改造,将原本只是代替人力自动生产的机器升级为可提供监控与管理的智能设备。透过导入传感器与联网技术,机器设备的相关信息即能汇集至管理平台,让工厂管理者能依据监测数据做出最佳决策以优化生产流程;同时设备制造商也可以远程监控已售出机器的状况,进而为客户提供更完善的预防保养服务。

虽然为机器设备新增监控与管理功能的方法很多,但以需要实体接线的数据捕获设备与有线网络来实现设备联网功能,其所付出的代价却远远高于众人的预期。因为,有线应用的最大缺点就是要花费较高的布建成本与较多的安装时间;再加上每家工厂的使用环境也不尽相同,有些既有的场域根本无法额外增设网络线;而且业主也不太可能仅为了提升功能就让工厂长时间的停工或调整生产线来配合重新布线。种种的问题都增加了让设备升级为智能设备的复杂度。

研华的WISE无线资料采集解决方案,不仅能以方便建置与灵活扩充的特性解决上述困扰,方案还提供了断线续传与抗噪声干扰的功能来强化无线数据传输的稳定性,从而让设备制造商可以在确保传输数据不丢包的情况下更容易也更快速地为客户建置设备监控和远程管理之应用。

系统需求:

位于苏州的某设备制造商是专门为计算机、消费性电子与通讯等3C产品制造商提供非标自动化设备的厂商,包括华硕计算机、广达计算机、鸿海富士康等知名的电子制造商都是其主要客户。由于机器设备能否受到制造厂商的青睐,除了本身提供的功能之外,售后的设备保养与故障处理亦是赢得客户高度满意的重要关键。因此为了提供更好的维修服务、也为了顺应工业4.0的趋势,该公司早在几年前就已为自家机器设备新增了设备状态监控和预防保养服务。

此一设备监控管理功能原本是利用PLC、有线的数据捕获设备和工厂内的局域网络来完成。然而,随着机器设备被销往全球各地,工程人员每每遇到环境复杂与布线困难的案子就得花更多的时间进行评估规划,较长的布线施工工期也影响了项目完成的进度,因而促使该公司决定改采无线解决方案,并率先导入锁螺丝机与ATE测试机台这两款机器。

而为了解决有线应用的问题,新的无线解决方案必须提供的功能包括:外观精巧的硬件产品避免占用过多空间;采用目前最广泛使用的Wi-Fi通讯技术以便能快速组建设备联网系统;针对无线网络易受干扰导致数据丢包的现象提供必要功能来确保传输数据的正确性;支持标准协议让设备联网系统能与企业现有的MES/ERP系统对接。

系统概述:

研华以物联网无线数据采集模块WISE-4050与无线基地台(AP)WISE-5121搭配嵌入式工业计算机UNO-2184G所组成的无线数据采集解决方案能大幅缩减导入设备监控管理系统时所需的建置成本与安装时间。其中,贴附在机器设备旁的WISE-4050是负责收集设备启停、故障、运行时间、产量计数等信息;而所有数据则会经由WISE-5121无线AP汇集至客户工厂内的UNO-2184G进行初步运算处理,之后再传送至设备制造商的控制中心供其远程监控,并且为客户量身打造设备维护与预防保养计划。而工厂方面则能运用收集来的设备信息,以电子广告牌实时显示机台的生产状态,也能将资料汇入企业的MES/ERP以协助生产排程与物料需求之规划。

仅手掌般大小的WISE-4050是集数据采集、处理和发布功能于一身的无线物联网(IoT)模块,其多种安装选项(滑轨、背挂或堆栈)能让用户依现场状况选择最适合又不占空间的方式来安装。透过支持IEEE 802.11 b/g/n 2.4GHz Wi-Fi标准,此款模块可以轻松地与其他有线或无线以太网络装置整合。而为了保障无线传输的数据稳定性,WISE-4050还内建了闪存并提供附有RTC时间戳的记录功能,从而能以断线主动续传机制确保数据正确性,有效避免数据丢包。另外,用户可透过滤波功能来自行设定讯号过滤范围,藉由自动滤除环境噪声来解决数据传输受干扰的问题,让无线资料收集在各种场域中都能正常运行。而支持RESTful协议则让WISE-4050所收集来的数据不需经过转换即能提供给其他软件或系统使用。

WISE-5121则是一款采强固设计的工业等级微型基站,其能比一般商用的无线网络设备提供更稳定与可靠的网络通讯,因此非常适合像工厂这类环境较为严苛的场域使用。而且透过加装支持PoE供电技术的WISE-5121,使用者不仅可以轻松地延伸既有的有线网络,还能省去配置电源线的麻烦,藉此加快无线网络之部署。至于UNO-2184G,无风扇、紧凑外观、内建英特尔高性能处理器等特色都让这款嵌入式工业计算机可以最佳性能来满足工厂应用之需求。

项目实施:

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系统架构图:

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结论:

在工业4.0的时代,整个制造业 - 不论是上游或下游厂商 - 都想掌握智能制造的商机,而应变速度的快慢则决定了企业的成败。但在导入智能应用时,开发者常踌躇于到底要选择耗时费工的有线配置、还是仍对稳定性有疑虑的无线配置。研华WISE无线数据采集解决方案透过断线主动续传、自动过滤噪声和工规等级的产品让设备制造商不再纠结于硬件配置而能同时拥有易于安装与稳定传输的好处。由于能够快速地为客户建置设备监控与远程管理之应用,新的智能设备在短短不到半年时间就已销售了数十台,也让此项目的设备供货商计划为其他机器设备也导入研华的无线解决方案。

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