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5G+MEC全域物联解决方案
  • 企业:     领域:物联网    
  • 点击数:4124     发布时间:2021-03-14 14:04:58
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1 目标和概述

1.1 概述

工业制造企业面临实时生产数据得不到反馈,企业无法做出决策;产品生命周期环节管理不到位,不能预测维护等;生产资源配置不够优化,协同管理未发挥真正优势等现状,亟需转型升级。随着5G技术的应用, 也对工业制造企业带来了新的挑战。

基于欧洲电信标准化协会( European Telecommunications Standards Institute,ETSI) 对多接入边缘计算(Multi-access Edge Computing, MEC)的定义,综合考虑工业环境下多样化的接入方式,典型业务场景对带宽、算力和存储的需求,复杂部署环境对设备可靠性的挑战,以及运维简单性等因素, 苏州凌犀物联网技术有限公司(以下简称:凌犀)面向工业制造场景推出了软硬一体化的5G+MEC全域物联解决方案,为智慧工厂提供一站式ICT平台。结合MEC平台信息安全、大带宽、低时延、多接入的特点,重点聚焦在工业4.0、智能制造、工业物联网等领域为客户提 供系统性的解决方案和交钥匙工程。

1.2 目标

5G+MEC全域物联解决方案打造面向千行百业的 工业现场智慧体,将云计算平台从网络内部迁移到网络边缘,减少移动业务的端到端交互时延,有效抑制网络拥塞,发掘无线网络内在能力,提升用户体验并促进业务创新。MEC在接近移动用户终端的无线接入网内提

供了云化的IT服务环境及计算能力,集成面向行业的AI 解决方案,进一步提升工业现场的感知和决策能力。基于MEC技术实现的移动业务具有本地化、近距离、低时延、位置感知及网络信息感知等特点。移动运营商可利用部署于网络边缘的计算资源,为各种应用提供生产运行环境,实现移动业务的“下沉”。

2 解决方案介绍

5G+MEC全域工业物联平台,支持工业宽带视频业务、工业窄带业务、工业5G直连业务、边缘实时计算服务、云端提供透明工厂管理以及人工智能AI服务, 并且面向第三方的数据连接API。

5G+MEC全域工业物联平台特色:

  • 内置5G+MEC全域物联典型应用;

  • 内置AI算力,基于雾模型打造面向工业设备的分子级数据标识;

  • 提供面向行业流程的AI模型,进行现场级场景联动编排;

  • 提供面向设备的预测性维护解决方案;

  • 应用保护,不同应用共享同一MEC主机的同时通过容器技术相互隔离;

  • 云边协同, 运维简便, 边缘侧负责实时计算、转发和存储,中心云负责配置和维护;

  • 信息安全,支持边缘独立部署,保护数据安全;VPN起核心作用。

2.1 系统架构(如图1所示)

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图1 系统架构

2.1.1 工业物联平台

(1) 无线SCADA:8通道全双工扩频通信,毫秒级时延,连接短字节、高频次、广分布的采集和控制类终端;

(2)  Wi- Fi: 外置高增益天线, 覆盖半径可达 50m,用于对接视频交互类终端。可同时连接32个终端;

(3)  5G:自研高性能模块,下行2Gbps,上行630Mbps,支持全网通,用于进行现场协同、边云协同、现场和驾驶舱协同。

2.1.2 智能制造平台

(1)内置呼美(安灯)系统;

(2)内置透明工厂系统;

(3)支持3rd 智能制造系统部署;

(4)只需1套设备,解决5M1E的管理,开箱即用; 

(5)高性能4核 CPU处理平台;

(6)自研数据优化处理算法,保障系统流畅运行。

2.1.3 AI计算平台

(1)机器视觉离岗报警、设备状态推送;

(2) 振动监测预测性维护PHM;

(3) AGV视觉导航,叉车自动驾驶;

(4) AOI质检、表面缺陷检测算法;

(5)机器视觉作业规范检测报警,产量统计;

(6)4核高性能处理器;

(7)8GB内存,128GB系统盘;

(8)内置1TB固态硬盘,数据存本地,随时调档;

(9)自研容器化服务部署平台;

(10)支持3rd AI模型部署。

2.2 软件平台

2.2.1 客户机/服务器(C/S)结构

C/S结构中客户机和服务器之间的通信以“请求-响应”的方式进行。客户机先向服务器发出请求,服务器再响应请求。如图2所示。

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图2 C/S结构通信

C/S结构不是一个主从环境,而是一个平等的环境,即C/S系统中各计算机在不同的场合既可能是客户机,也可能是服务器。在C/S应用中,用户只需关注解决自己的应用问题,而无需关注这些应用问题由系统中哪台或哪几台计算机来完成。如在SCADA系统中, 当SCADA服务器向PLC请求数据时,它是客户机,而当其他操作站向SCADA服务器请求服务时,它就是服 务器。显然,这种结构可以充分利用两端硬件环境的优势,将任务合理分配到客户端和服务器端来实现,降低系统的通讯开销。

2.2.2 浏览器/服务器(B/S)结构

随着Internet的普及和发展,以往的主机/终端和C/S结构都无法满足当前全球网络开放、互连、信息随处可见和信息共享的新要求,于是出现了B/S型结构。如图3所示。

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图3 B/S结构通信

在B/S结构中,用户可以通过浏览器访问Internet 上的文本、数据、图像、动画、视频点播和声音信息, 这些信息都是由许许多多的Web服务器产生的,而每一个Web服务器又可以通过各种方式与数据库服务器连接,大量的数据实际存放在数据库服务器中。B/S结构的优点是客户机统一采用浏览器,这不仅方便用户使用,而且使客户端不存在维护的问题。

2.3 数据通讯

支持半双工、全双工通信。

2.4 安全措施

在网络系统中采用强的网络安全技术——VPN。虚拟私有云(Virtual Private Cloud,VPC)利用隧道将分散的网络进行有效整合管理,每个VPC子网络均配有一个隧道号,相互之间逻辑上彻底隔离,每家企业的网络利用VPC服务隔离出一个专有网络,采用数字加密及网络技术,PPTP/SSL/IPSec多重安全技术和VPN 隧道技术,保障网络和数据的高安全性,支持永远在线模式(ALWAYS ONLINE)、掉线重连、远程监控和诊断、远程配置到远端节点,拥有扩展和拓扑灵活的特点,降低整体投资成本。

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图4 安全措施

2.5 RCMLite工业数采终端(如图5所示)

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图5 RCMLite工业数采终端

RCMlite工业数采终端是凌犀开发的全功能物联网数据节点单元。可提供数据采集、设备联网、设备控制、数据传递、物联网网关和边缘计算等功能。接口丰富,功能灵活,可二次编程扩展支持各类设备。

(1)产品接口及功能

  • 无线SCADA接口,可上联凌犀无线SCADA自组网主机,组建凌犀无线SCADA自组网,做到开机即 联网;

  • 两个10/100M以太网接口,分别用于上联主控设备或者用于有线组网、下联用户设备;

  • 一路RS485串口,连接多台用户设备;

  • 两路RS232串口,既可上联主控设备,也可连接用户设备,还可扩展功能模块;

  • 内置数字温湿度传感器;

  • 提供8进8出共16路输入输出开关量通道,输出开关量采用继电器隔离,输入开关量采用光耦隔离;

  • 支持0~5V、4~20mA模拟量接口各一路,可连接各类传感器设备和模块;

  • 10~36V直流宽电压供电;

  • 支持触摸屏控制(可选)。

(2)设备连接能力

  • 支持连接各类主流PLC设备,如台达、西门子、三菱电机自动化、日立、步科、松下、欧姆龙等;

  • 支持连接各类主流CNC设备,如发那科、奥库玛、三菱电机自动化等;

  • 支持连接各类其它设备,例如注塑机、工业机器人、AOI/SPI等PC-base设备;

  • 支持PROFINET、PROFIBUS、DeviceNet、 Ethernet、 PowerLink、Ethernet IP、Modbus RTU、Modbus TCP、CANOpen等标准工业设备访问协议;

  • 可通过扩展协议编程实现和其它各类设备连接能力,并支持用户自定义协议开发。

3 代表性及推广价值

(1)发动机装配AR辅助系统

在不增加自动化设备和不改变工艺流程的前提下,凌犀将基于5G+MEC互联网SCADA平台构建的AR工业解决方案应用于某汽车发动机生产厂商的发动机装配过程,为发动机装配过程开发一套发动机装配AR工作辅助系统,通过图像识别、人工智能算法等技术实现发动机装配过程中的零件投料、下线核验,实现投料的智能防错、下线的自动核验,实现发动机装配零件投料、下线核验的实时、可视化管理,对装配工作实时纠错,提高装配效率,降低出错率,降低生产成本。

系统通过高清摄像头采集发动机装配场景中的装配零部件、投料零部件以及工人操作过程的姿态、手势等图像,通过5G网络发给部署在MEC平台的后台服务端进行图像识别,实现当前工作场景语义的自动感知,并基于需求使用文本、图像等方式进行视觉增强渲染,渲染后的结果通过5G网络传递到现场操作人员佩戴的AR眼镜。基于AR的辅助装配,可实现基于空间定位和物体识别的数模全息显示,应用在产品装配的辅助装配、线缆端接、支架拆装、虚拟测试等各环节。

(2)无线SCADA工业无线呼叫系统——呼美

某汽车厂为加快缺料预警、设备故障保修等异常事件的处理速度,计划用无线呼叫系统替代传统对讲机和电话等通信方式,实现生产过程信息的及时准确推送和快速响应。同时由于工厂已经投产, 汽车厂希望无线呼叫系统建设不影响既有产线的生产活动。

针对此,凌犀打造了无线SCADA工业无线呼叫系统——呼美,提供边缘计算的高性能无线SCADA网关、语音警报器、无线呼叫器等,实现过程信息的及时有效传递、使工人和机器设备的最大化功效得到发挥, 从而达到降低制造成本、缩短交货时间、提高产品质量等目的,最终实现企业效率的大幅提升及企业利润的倍增。

摘自《自动化博览》2021年2月刊

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