您好, 访客   登录/注册

基于NB—Iot的智能工厂系统的设计

来源:用户上传      作者:

  摘 要:本文介绍了NB-Iot技术,分析了此技术的应用优势,探讨了NB-IoT技术在智能工厂的应用,设计了基于NB-Iot的智能工厂系统,介绍了本系统的四个层次感知和数据采集层、网络连接传输层、IoT平台层、应用层,并通过应用实例对系统进行了验证。
  引言
  随着社会技术的发展,智能化渗透到生活、生产的各个领域。在中国智能制造2025战略的推动下,工厂智能化的建设也如火如荼。将产业升级、互联网+ 、工业物联网等新技术不断融合,推进生产制造业的信息化,自动化,来不断提高效率,降低成本,提升竞争力。现充分利用窄带物联网技术(NB-Iot)的优势,结合工业总线和专网无线设计基于NB-Iot的智能工厂系统,实现生产智能化。
  一、NB-Iot技术优势
  NB-IoT 是构建于移动蜂窝网络的窄带物联网技术,有低速率、低功耗、低带宽的成本优势,同时又无需部署专网,可直接部署于现有工业无线网络、或运营商的移动网络,具备覆盖面深且广的特点。可实现全天候实时数据感知和监控,非常适用于智能制造、智能物流、智能交通等方面的应用场景。[1]
  (1)低速率、低功耗、低带宽
  基于 NB-IoT通信的设备传输频次少,传输速率低,大部分时间处于休眠状态,低功耗,更是大大节省了支付给网络运营商的流量费用。对同步性和时延要求低,消耗的网络资源少,可靠性高,对人工干预和维护的需求低,也节省了人力成本。[2]
  (2)无需部署專网
  NB-Iot可部署与传统工业无线网络、3G、4G、LTE等运营商网络或商企业小型专网络等,无需部署专网,节省投资和维护成本,结合运营商资费的总成本最低。
  (3)覆盖面深且广
  NB-IoT网络的单基站的覆盖面广, 可达到十几千米,并且穿透能力强,可穿透地下、大型建筑墙壁等,对于占比面积很大的单体工厂也可提供覆盖,基本可以消灭信号覆盖盲区的问题。
  二、基于NB-IoT的智能工厂
  通过 NB-IoT 终端进行工厂设备数据采集,将置于空间散布的产线各个环节装配的信息互通,同时将实时状态信息传送至云端,构实现产线信息化 ,智能化。该系统有4层结构,分别是感知和数据采集层、网络连接传输层、IoT平台层、应用层。
  最底层为感知和数据采集层,在工具上,产线设备、产线监控或工厂环境监测设备上安装传感器及NB-IoT终端用于感知及采集数据,将内容通过NB-IoT主机传递给网络连接传输层。在流水线上,将超低功耗的MEMS传感器、微处理器集成到NB-IoT的无线终端,部署在任何一个需要采集节拍数据的点位,进行数据统计。如在高精度力矩螺丝刀上安装此模组,使其自动报告使用次数和使用力矩测量值。将不同类型的智能传感器放置在工厂资产上,通过NB-Iot无线终端采集资产使用状态信息;将具有NB-lot智能终端绑定到货物包装的载体上,实时获取货物物流信息;还可通过NB-Iot采集生产车间的环境信息,如温湿度,灰尘,有害气体,光照等,传输到云端。
  网络连接传输层由各种NB-IoT物联网的通信主机和运营商的NB-IoT网络组成。工厂感知层节点与NB-IoT通信主机直接通信,节点与基站之间双向认证,提高传输的安全性。通信主机将感知和数据采集层采集到的数据进行初步计算,做出智能判断和分析,然后按照协商好的协议进行封装,通过运营商的NB-IoT网络传送到IoT平台层。
  Iot平台层是整个智能工厂窄带物联网系统的核心,负责汇聚来自于传输层的海量数据,对数据进行存储、计算,通过数据监测整个系统,分析解决问题,提升工厂的生产效率,保证安全高效的生产,提高了厂房智能化管控能力。
  应用层面向用户提供工厂监测和决策的SaaS(软件即服务):可通过产线监控系统掌握流水线的工作情况,工作分布合理性,及时解决生产故障,提高生产的效率;通过物流跟踪,做到货物全程跟踪统计,并可以计算运输时间;通过环境监测系统保证生产车间的环境如温湿度、循环风速等在一定范围,可以按照阈值设定相应的设备进行动态调整。[3]
  结语
  当前本方案已在南京爱立信基站生产工厂试点应用,实现了工厂状态可视化,2019年3月,终端部署近数千个,标志着利用NB-Iot对工业制造智能化取得了重要的阶段性成果。随着窄带物联网的发展,标准的制定,技术的日益成熟,今后NB-IoT将广泛应用于各行各业中,如智慧城市、智能楼宇、广域物联等领域,开辟万物互联的新领域和新时代。
  参考文献
  [1] 刘婷宜,黄海峰. 中国电信发力NB-IoT智慧消防推动物联网大规模商用[J].通信世界, 2018(16)
  [2] 储浩,王勇,王栋. NB-IoT技术在消防物联网中的应用[J]. 移动通信, 2018,42(11): 84-90.
  [3]邹玉龙,丁晓进,王全全.NB-IoT 关键技术及应用前景 [J].中兴通讯技术,2017(1):43~46.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14935732.htm