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基于物联网2.0智慧工厂解决方案

发布时间:2019-08-30 浏览次数:620次 关闭 字体大小:【

摘要

目前,大多数工厂,与生产不直接相关的照明、生产现场等辅助系统,还是粗放式管理,有较大的浪费。在推崇“高质量发展”的今天,迫切需要提质增效,以便在新一轮产业变革中立于不败之地。

方案紧扣“低碳节能、科技智能、高效安全”时代特点,以工厂内分布最广、数量多、位置好、天生带电、扩展方便的照明为物联网载体,利用WF-IoT技术建设智慧工厂,实现生产辅助系统的智能化管理,减少浪费,提升企业竞争力。

1)按需照明,最大化地避免无效照明,节省电费开支;

2)水、电、气等能耗数据的实时掌握,便于资源的科学调度,准确核算成本,实现节约增效。

3)利用识别定位和视频联动,准确记录生产人员在各个工艺流程上的移动轨迹,规范作业操作,以便产品质量的责任追溯;

4)对生产设备的故障,及时预测和预警,减少停机时间,提高设备有效利用率;

5)实现生产现场的自主环境控制,保护人员和资产的安全,提高产品质量和经济效益。

 

1 背景

围绕生产过程和品质控制,很多工厂都引入了EDC、ERP、PDM等信息化系统,为企业的发展壮大带来了大效益。然而,与生产不直接相关的照明、能耗、状态监测、现场管控、资产管理等生产辅助系统,由于位置分散、对象复杂、业务跨度大,大多关注不多,目前还是粗放式管理。

近年来,“节能、低碳、绿色”理念深入人心,生产辅助系统的能源浪费引起了大多数企业的高度重视;加之,产品质量的提升与生产现场的管控密切相关。特别是,随着新一轮科技革命和产业变革的深入,智能转型是企业在第四次工业革命大潮中提质增效、由大变强的关键。贯彻《中国制造2025》提出的“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”基本方针,追求更高的产品质量和经济效益,成为了绝大多数企业必然选择。

建设智慧工厂,实现生产辅助系统的数字化、网络化、智能化,应当达成以下目标:

(1)最大化地避免无效照明,节省电费开支;

(2)实时掌握生产过程中的水、电、气等各类能耗的计量数据,以便资源的科学调度和准确核算成本,实现节约增效;

(3)记录每个生产人员在各个工艺流程上的处理过程,以便产品质量的责任追溯;

(4)对生产设备设备故障进行预测和及时预警,减少停机时间,提高设备有效利用率;

(5) 监测生产现场的温度、湿度、气压、有害气体、烟雾等环境参数,控制空调、新风系统和消防系统,在提高产品质量管控水平的同时保护人员和资产的安全。

今天,具有“网格拓扑、云/霾/雾融合计算、分布式智能、可软件定义、全自动控制、应用即服务”等特征的物联网2.0正在向我们走来。物联网2.0技术可以使“物”具有语境感知能力,实现生产辅助系统的智能化管理,为工厂的智慧生产、敏捷生产积累所需的大数据资源,才可能让一般的工厂进化成真正的智慧工厂。

 

2 方案概述

本方案紧扣“低碳节能、科技智能、高效安全”时代特点,以工厂内分布最广、数量多、位置好、天生带电、扩展方便的照明为主要的物联网载体,利用具有物联网2.0特征的WF-IoT 技术“一网多用、一物多能”的特性,对工厂内的环境参数(照度、环境、有害气体、空气质量等)、设备设施(动力、空调、新风、安防、消防、生产设备等)和人员(人员信息、位置动态等)进行采集和智能控制,形成一个从低层物联网末端到顶层业务应用云端的“融合网”,一体化融合商用照明网、识别定位网和广域无线传感网等低层物联网,与工厂的局域网及广域网实现数据交互与共享,实现生产辅助系统的智能化管理,对工厂各类生产辅助系统实现精细化管理,最大化地降低能耗和日常运维成本,提高生产质量水平。

总体思路如下:

(1)用智能照明灯和智能网关组成商用照明物联网,结合动能开关、场景开关和自适应控制,实现按需照明,最大化地避免无效照明,节省电费开支;

(2)通过加装物联网芯片,使散布在各处的水、电、气等能耗计量表就近入网,能耗数据实时掌握,既有助于资源的科学调度,又有利于准确核算成本,实现节约增效。

(3) 利用商用照明物联网的识别定位功能,联动视频监控,可以准确记录每个生产人员在各个工艺流程上的移动轨迹,既有助于规范人员的作业操作,又有利于产品质量的责任追溯;

(4)在生产设备上,部署无线智能感知器,自动感知生产设备的运行状态和参数,利于设备故障的及时预测和预警,减少停机时间,提高设备有效利用率;

(5)在生产现场,部署无线智能感知器和无线智能驱动器,在线监测生产现场的温度、湿度、气压、有害气体、烟雾等环境参数,控制空调、新风系统和消防系统,既有助于产品质量控制,也有利于保护人员和资产的安全。

 

3 系统拓扑

 智慧工厂生产辅助系统的拓扑结构主要分为感知、传输、云端和应用等四层。


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图1 智慧工厂生产辅助系统的拓扑结构图


1)感知:通过照明物联网和内网,直接联动网络摄像机,将感知到的人员ID、位置、照片(或视频)、耗电量、耗水量、耗燃气量以及生产设备状态等信息传到云端。另外,照度、环境温度、湿度、空气质量、烟雾等信息可以不上传至云端,在感知网内对空调(含新风系统)、消防报警系统、照明灯、门禁等设备进行智能控制。

2)传输:以商用照明物联网为载体,实现在内网和公共网上的融合传输。

3)云端:部署WF-IoT云端管控平台,以解析“感知层”采集到的各类信息,并向应用层提供业务数据信息和运维状态数据,还可以通过统一接口与“智慧工厂云”进行信息和数据交换。

4)应用:面向运维人员、操作人员、设计人员和管理人员,主要包括运维、视频监控和业务管理等应用,以方便运维人员对平台的维护和管理,操作、设计和管理等人员对业务管理。

 

4 主要功能

基于物联网2.0的“智能管理系统”,其功能主要包括智慧照明和拓展功能两部分。其中:智慧照明功能是基础功能,可以不需要监控中心(管理中心或上位计算机系统)即可单独运行;拓展功能无需大规模施工,无网络流量费,可以依托照明物联网实现。具体见下图2所示。


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图2 智慧工厂的功能组成图


智慧工厂生产辅助系统“智能管理系统”主要实现以下功能:

1)智慧公共照明。对工厂的综合车间、生产办公区、会议室、宿舍、电梯厅、楼梯间、公共卫生间、地下停车场等场所以及室外亮化景观的照明进行智能化改造升级。无需更改原有电气回路,即可实现智能灯具之间无线自组网,从而搭建起工厂的基础物联网;无需控制线缆,即可建成节能、便利、安全的智能照明系统,实现全自动智能控制、灵活的本地控制、一键式场景控制和集中可视化控制等多种控制效果,满足不同场景照明需求。

2)生产环境控制。在线监测车间、生产办公区、会议室等工作场所的温度、湿度、气压、可燃气体、有害气体、烟雾等环境参数,对照明、空调(含新风系统)、加湿/除湿器、消防系统、喷雾除臭降尘设备等,实现不依赖云端(或上位计算机)的智能控制,使工作场所始终是舒适的照明、适宜的体感、清新的空气、健康的环境,以便加强生产线的产品质量控制,并同时为人员和资产安全提供手段。

3)能耗计量管理。通过对散布在工厂各处的水、电、气等能耗计量表进行无线智能采集,自动采集能耗计量表的数据和信息,以电子地图方式显示整个中心的能耗地图和趋势,实现能耗的精确监测和管理,为工厂准确核算成本,科学调度资源,实现节约增效、科学管理提供数据支撑。

4)生产设备管控。对生产设备的运行状态和技术状况进行在线监测,自动感知设备的

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