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1、课程设计报告书工业互联网课程设计基于模拟汽车生产线的上云改造一、设计任务基于工业互联网实施与运维实训平台的模拟汽车生产线（图1）,对其进行上云改造，远程实时展示环境温/湿度、设备运行效率、机床X轴、Y轴、Z轴坐标位置（图2）。以项目式教学方式将工业互联网实施与运维涉及的数据采集方案规划、网络部署与数据采集、采集数据上云、数据边缘处理、云平台模型搭建与实例化、数据可视化等环节有机串联，完成一项工程机械行业上云改造案例的全流程活动。图1工业互联网实施与运维实训平台图2上云改造效果示意二、数据采集方案规划基于以上项目需求，完成数据采集方案规划。1、项目需求分析基于工业互联网实施与运维实训平台的模拟汽
2、车生产线的上云改造需求为远程实时展示如下信息：(1)环境温度、湿度；(2)设备运行效率；(3)机床X轴、Y轴、Z轴坐标位置。2、数据来源梳理来源于工业互联网实施与运维实训平台的模拟汽车生产线中的坐标3、数据采集架构现场调研：PLC支持S7协议，CNC支持MOdBUS协议，触摸屏支持OPC协议。网关设备选型：支持S7协议的网关，支持ModBUS协议的网关，支持OPC协议的网关4、数据采集点表数控机床数据床M。（IbUS通信地数据类型功能码通讯地址取值详解用户编程值X609double4区30609忘行过程中用户编程值X用户编程值Y613double4区30613运行过程中用户编程值Y用户编程值Z
3、617double4区30617运行过程中用户编程值Z工作模式1short4区30001（1：MDIs2：自动：3：单步：4：手动：5：增敢；6：点退；工作状态2short4区30002Ch空闲：2：运行：3.暂停）机床状态3short4区30003（1：急停；2：急停旦位：3：关闭：4：开启）报警状态4short4区30004（0：无报警；h有报警）回零状态X5short4区30005（0：未期零：1：己回零）回零状态Y6short4区30006（0：未回零；1：已回零）回零状态Z7short4区30007（0：未回零：1已回零）B3MwTBVWtoo3MlhwrMCMMTdN住育T门曾iA
4、3IBUKiR3X2g2皿方U3R3iuuM2r”WJtF”VO9MZttw3%MWM2T-w2受aBQr-WVwOKiwnu.*H?誉B3MXgFWUCftRWJMA.j2Wtwtu*octMcomjTnNr.t*w5、数据采集网络拓扑图三、过程论述1、PC的IP设置与测试根据网络拓扑图设置小组对应电脑的平台层IP地址，因HMI数据采集过程中电脑需与设备层通信，所以同时设置电脑的设备层IP地址，两个IP地址如图X所示。说明IP取#和考核对.可修改的IK也址杼答右边交投机I效东盒子S7(VANCJ)192.168.100.30192.168.100.37SW2-5货东盒子OPC(1NO)192
5、.168.100.31192.168.100.38Sf2-6散茶盒子ODMS(VAN)192.168.100.32192.168.100.39Sf2-7学生ItJSl192.168.100.33Sf2-2学生电妣2192.168.100.34S2-3学生电IS3192.168.100.35S2-41交投机机枪左边交执机2PLC192.168.0.120S3-4MII192.168.0.121SW3-5CNC192.168.0.122Sf3-6ROBOT192.168.0.123Sf3-7效双食子S7(LAN口)1.es.0.124192.168.0.131Sf3-1敷采叁子OPC(LANO)1
6、92.168.0.125】以168.0.132S三3-2数型盒子ODBUS(LAN)192.168.0.126192.168.0.133Sf3-3I/O18168.0.127Sf3-8图1PC的IP地址设置使用Ping命令分别测试电脑与HMI、服务器的通信，通信正常。I I *0WHMB6 MTjPW0HGRRfUCHi KMBQSt*: RTf3 DhK SMtStoi ：niSBMPM DMSMA)OasMKttStuWaerakdniiVpix 1%. 168.0.121192.16. 0.1：168.0.12i Ml168.0.121 19168.0.121 Ifl168.0.121
7、ml192. LW.192.节0rrr 和依依旧 一-二一 7-7袅4EEmEusorsadmnpn 192.168. IOd 200i-64L64L64L64pin8192.168.0.121认组PLCl3542在.自目自,自正天夫夹夹Ping 192.168.0. 121 192.168.0.121 的回 192.168.0.121 的回 192.168.0.121 K 0 192.168.0.121 的回,HT节节节上lmslms 44J4J41 f Pd B B QM 字32323232TrL=64TTL=64TrL=64TTL=64192.168. 0.121 的 PingI = 4
8、,丢失=0 （OX丢失）,H）：,均=OmsC:Usersadminping192.168.100.200TTL=64TTL=64TTL=64TTL=64II-aV鹿距衣1E3Q注抬回Itr电控fflOL历史数明边口ijXMXMgelKUW三Q三*AITW8OPLOjox3M19H0066I依”里(7)。分也也。至届日5weraW三三8三3Temperature235O,CMD608Humidity60%MD612MDOQuaIifiedOUtPut0MD628MDOC)ToUiIOutpUtOWMD640MDO1aOnIineDuraton的包MD6MDOJProductUneSpeedMD
9、616MDOZBfMQTT1mqttonn1ectO+kOAI+WtMI.mvJ7-D图4Hanyun-bo-PLC采点3、PLC上云通过网关管理软件XEdge对Hanyun-box-PLC进行网关端数据上云配置，包括指定协议、设置云服务、同步数据。然后，通过设备画像对Hanyun-box-PLC上云数据进行平台端配置，包括网关配置、设备配置、设备绑定网关、采点配置。设备画像采点配置结果如图5所示，与网关采点一致。amift*PLCPtc.003)R*fP:凡CGWl9118)K*l,0fXQt5mM注TmprMurTiHnprMwr)23.500000MtJAl0S)Hufnd4y(Humt
10、y)8WW%M-nsfcl0OO00OuaWetfOutPt(QuH*eCXaooowo.M三ft。4)Toutoutpvt(TcQlOutput)0X100000MUCB011OHzOuQtig(OftlMOuQMC)6J2S&330g)0.Productbne5ped(Producttjn5pM0.000000MHSt0S)0MQEMaTT)1Mlfift02)0JIO*/勇fits图5PLe采点上云4、CNC采集通过GOogIe（谷歌）浏览器登录HanyUn-box-CNC,完成机床X轴、Y轴、Z轴坐标位置的数据采集，并在日志页面查验，操作步骤如下：（1） 网关硬件安装接线（检查：WAN
11、口-平台层，LAN口-设备层）；（2） 通信配置（按照网络规划设置WAN/LAN口IP）；（3） 添加设备（网关与被采设备建立通信）；（4） 添加采集点（网关对被采设备数据采集）。在设备日志的查验结果如图6所示，与现场CNC控制面板展示的位置信息一致。It”HM1s2412y1262O22/6/S206363XUl4cjum020222206图6Hanyun-bo-CNC采点5、CNC上云通过GoogIe（谷歌）浏览器登录HanyUn-box-CNC,进行网关端数据上云配置，包括指定协议、设置云服务。然后，通过设备画像对HanyUn-box-CNC上云数据进行平台端配置，包括网关配置、设备配置
12、、设备绑定网关、采点配置。设备画像采点配置结果如图7所示，与网关采点一致。当IRlMfrC2C(61CNC60W1909009的5名你Bta位i三taa分类WI01.S2666646666666770X?QQ)OyCO3268002MCSdt0)004Z)2413323333333353X总交量0Ol)11(2)C臼-10ft35MS更图7CNC采点上云6、OPC采集通过GooglC（谷歌）浏览器登录HanyUn-box-OPC进行网关通信配置，使用UaExpert软件对HMI进行通信测试并获取采点参数（湿度、温度），然后在智能终端OPC开发系统创建工程并下载到网关,最后在智能终端OPC网管系
13、统查验。操作步骤如下：(1) 网关硬件安装接线（检查：WAN口-平台层，LAN口-设备层）；(2) 通信配置（按照网络规划设置WAN/LAN口IP）；(3) 通信测试及获取采点参数；(4) 智能终端OPC开发系统创建工程；(5) 添加设备(网关与被采设备建立通信)；(6) 添加采集点(网关对被采设备数据采集)；(7) 工程下载(智能终端OPC开发系统工程下载到网关)。在智能终端OPC网关系统的查验结果如图8所示，与现场实际情况相符。Srw*Mod*M0pyNmWbOttpCtmTto*vrYivwvtoMSUtMCeee:Hs:此二瞬Ha二3S?用既理卷S悭瑰；始图8Hanyun-bo-OPC
14、采点7、OPC上云在智能终端OPC开发系统创建的工程中，进行网关端数据上云配置，包括指定协议、设置云服务、同步数据，网关端数据上云配置完成后更新工程，使新的工程在网关盒子生效。然后，通过设备画像对HanyUn-box-OPC上云数据进行平台端配置，包括网关配置、设备配置、设备绑定网关、采点配置。设备画像采点配置结果如图8所示，与网关采点一致。8、云计算基于云平台采点数据，根据业务需求，在云平台搭建算法模型，完成算法模型实例化，并对模型进行验证。设备运行效率计算模型的目标、变量、关系如下：目标设备运行效率计算（2）变量自变量：良品数、总产量、开机时长、产线运行速度因变量：合格率、开机率、性能率（
15、3）关系设备运行效率=合格率开机率性能率合格率二（良品数总产量）X100%开机率二（开机时长计划生产时长）100%性能率二（产线运行速度产线理论速度）100%己知生产线的计划生产时长3小时、生产线的理论速度60辆/小时，基于云平台采点数据（良品数、总产量、开机时长、产线运行速度），在设备画像算法建模模块按照新建模型、代码编写、模型保存、模型实例化、模型验证、实例保存的操作步骤完成设备运行效率的计算任务。并且在网关（XEdge软件）和云平台（设备画像）同步添加了“OEE（设备运行效率）”数据采点，用来存放和显示设备运行效率计算结果。设备运行效率模型代码和模型实例代码详见附件1。模型实例化过程如图
16、9所示。图9模型实例化在设备画像“设备管理”下选择“设备状态”，在实时信息中可以查看配置的设备综合效率OEE的值，如图10所示。图10OEE云计算结果9、工业APP基于项目前期的数据采集、上云、云计算工作，根据项目总体需求，通过设备画像的“云组态”模块的“云组态设计器”完成工业APP的页面开发与一键发布，在工业APP中实时展示环境温/湿度、设备运行效率，以及机床X/Y/Z轴坐标。其中，温/湿度、机床X/Y/Z轴坐标可直接使用工业数据，设备运行效率则是经过计算获得。基于模拟汽车生产线的上云改造项目的工业APP页面，即云组态运行页面如图11所示。设备信息0%图11云组态运行页面10、边缘计算1）产
17、线状态判断因为汽车产线要求湿度保持在35%-75%,温度保持在0C-40,超出此范围，会对产线某些工艺产生影响。所以，通过数据过滤和逻辑运算作边缘处理，筛选异常情况，并上报云平台。产线状态与边缘处理结果上报值如表X所示。表X产线状态与边缘处理结果上报值产线状态“湿度”范围“温度”范围边缘层处理上报值正常运行35%75%040正常1传感器失常/损坏75%0或者40异常2产线状态判断的算法流程图如图12所示图12产线状态判断算法基于Hanyun-box-PLC和XEdge的边缘处理，还需要新增网关本地采点，用于存放和显示边缘处理结果，这里新增产线状态判断采点。根据上述算法流程图进行边缘计算脚本编辑
18、，完成脚本编写后点击“运行”按钮，查看输出内容，如图13所示。脚本代码详见附件2。SPeed=0,passRate=0,bootRate=0,performanceRate=0,oee=0;验证结果验证成功,结果为0.748点击“实例保存以保存实例U 19 20 21L)speed=getDoble(,PLC,ProductionLineSpeed);performanceRate=speedtheorySpeed;22 return oee.toFixed(3);23 )24 -1 /*入 I JfZ - JY5：中好出、oee=passRate*bootRate*performanceRa
19、te*100;图13产线状态判断脚本编辑与运行输出保存脚本后，可以在“脚本”选项下查看到脚本基本信息。然后，根据实际情况设置脚本的执行策略，当前选择周期执行。在“执行策略”内可以看到脚本的策略信息（图14）；在脚本选项卡，可以查看到产线状态判断脚本被引用的1 (图 15) O图14产线状态判断策略信息图15产线状态判断脚本信息在数据监控页面，可以查看数据监控温度、湿度和产线状态判断的值，如图16所示。图16产线状态判断结果2）零件状态判断基于Hanyun-box-PLC和XEdge进行边缘处理，判断加工的零件存放位置，即先判断零件状态，然后根据零件的不同状态启动相应的机器人程序将零件放到指定位
20、置。一个合格零件应该保证高度符合标准，并将加工时间控制在合理的范围内，如果时间过快或超时都会造成零件不合格；如果零件不合格会直接放到废品库；如果零件合格，将零件放入成品库对应颜色的库位（零件只有白色、蓝色两种颜色，即白色零件放入白色库位，蓝色零件放入蓝色库位）。可以通过高度传感器来获取零件的高度信息，通过PLC获取零件的铳削加工时间，通过色标传感器获取零件的颜色信息。基于上述信息零件状态判断的算法流程图如图17所示。图17零件状态判断算法依据上述算法，需要在Hanyun-box-PLC添加必要的采点作为边缘处理的输入变量和输出变量，如表18所示。其中，“Part”为输出变量，是网关本地采点，用
21、于存放和显示边缘处理结果：0为默认值，1表示铳削加工时间过快，2表示零件高度合格并且颜色为白色，3表示零件高度不合格，4表示铳削加工时间超时，5表示零件高度合格并且颜色为蓝色。其余均为输入变量。根据上述算法流程图进行边缘计算脚本编辑，完成脚本编写后点击“运行”按钮，查看输出内容，如图19所示。脚本代码详见附件2。图19零件状态判断脚本编辑与运行输出完成边缘计算脚本编辑后，要根据实际情况设置脚本的运行策略。实际情况是：铳削加工，获得加工时间信息；高度检测，检测不合格，直接放到废品库，不再进行颜色检测；颜色和高度检测存在时间差，零件颜色必须等到高度检测完成才能判断；铳削加工、颜色、高度信息都会等到
22、执行一个完整周期后置0。因此，执行策略为：当高度不合格时，执行边缘计算脚本；当高度合格时，通过零件颜色白色或颜色蓝色的值触发边缘计算脚本。从而，需要在执行策略页面新建3个策略，分别由“高度不合格”、“颜色白色”、“颜色蓝色”3个条件触发边缘计算脚本，如图20所示。图20零件状态判断策略信息同时，在脚本选项卡，可以查看到零件状态判断脚本被引用的个数为3（图21)O图21零件状态判断脚本信息在数据监控页面，可以查看数据监控颜色、高度、加工时间信息，以及零件状态判断的值，如图22所示。图22零件状态判断结果四、结果分析在实验中遇到过。PC上云后，采点一直没有数据变化，结果就是一直刷新，等待其网关在线
23、，数据自动上云。还遇到过在智能网关中无法上线登录，原因可以查看一下设备层和平台层的连线问题，确认线是否链接正确。接回后才可进行后续操作。五、课程设计总结通过这次实训，对于书本上的内容有了新的理解。但是我发现书本上的知识十分分散，在实际操作中很难将其系统的掌握，在这个的实验中巩固了知识，将知识都集中起来，在操作中将其运用起来，本次实习使我第一次亲身感受了所学知识与实际的应用，理论与实际的相结合，让我们大开眼界，也算是对以前所学知识的一个初审吧!这次生产实习对于我们以后学习、找工作也真是受益菲浅。在短短的一个星期中，让我们初步让理性回到感性的重新认识，也让我们初步的认识了这个社会，对于以后做人所应
24、把握的方向也有所启发。我会把这此实习作为我人生的起点，在以后的工作学习中不断要求自我，完善自我，让自我做的更好。附件L云计算代码1 .设备运行效率模型代码/*模型主函数入口,系统函数,勿删！*/functionmain(machineCode,productLineSpeed,OnlineDuration,qualifiedutput,totalOutput)/*入口形参支持字符串、数字类型，形参可以继续传递给相关算子* 支持JavaScript内置全部函数* 支持系统内置算子* /*此处编写模型算法*/*声明变量*/varpassNum=O,alINum=O,onTime=0,speed=O
25、,passRate=O,bootRate=0,performanceRate-O,oee=0;*声明变量planTime*/varplanTime-3;/*声明变量theorySpeed*/vartheorySpeed=60;/*良品数*/passNum=getInt(machineCode,QualifiedOutput);allNum=getInt(machineCode,TotalOutput);/*总产量*/if(allNum!=0)PaSSRate=PaSSNUmalINum;/*合格率*/onTime-getFloat(machineCode,OnlineDuration);/*开
26、机时长*/bootRate=onTime/planTime;/*开机率*/speed=getlnt(machineCode,ProductLineSpeed);/*产线运行速度*/PerformanceRate=SpeedZtheorySpeed;/*性能率*/oee=passRate*bootRate*performanceRate*100;/*设备综合效率*/returnoee.toFixed(3);*返回社会综合效率*/2 .设备运行效率模型实例代码functionmain(machineCode,productLineSpeed,OnlineDuration,qualifiedutpu
27、t,totalOutput)varpassNum=O,alINum=O,onTime=0,speed-0,PaSSRate=0,bootRate=0,PerformanceRate=O,oee=0;varplanTime-3;vartheorySpeed-60;passNum-getlnt(Plc4,qualifiedutput);allNum-getlnt(4Plc4,totalOutput);if(alINum!=0)passRate=passNum/allNum;)onTime-getFloat(Plc4,OnlineDuration);bootRate=onTime/onTime;sp
28、eed-getDouble(Plc4,productLineSpeed);performanceRate-speed/theorySpeed;oee-passRate*bootRate*performanceRate*100;returnoee.toFixed(3);)附件2：边缘计算脚本代码1 .产线状态判断脚本代码functionmain()/*函数定义*/varhumidity=getFloat(z,Humidityz,0);*声明变量并赋值，读取湿度值*/vartemperature=getFloat(z,temperaturezz,0);/*声明变量并赋值，读取温度值*/varsta
29、te=0;/*声明变量“产线状态”，0默认，1正常，2异常*/if(humidity=35)M(humidity=0)&(temperature=40)State=I;elsestate=2)elsestate=2;)SetUI6(Humidityjudge”,0,state);/*把state的值写入HumidityJudge*/)main();/*函数调用，必不可少！*/2 .零件状态判断脚本代码functionmain(machineCode,productLineSpeed,OnlineDuration,qualifiedutput,totalOutput)varpassNum=0,a
30、lINum=O,onTime=0,speed=O,PaSSRate=0,bootRate=0,PerformanceRate=O,oee=0;varplanTime=3;vartheorySpeed=60;passNum=getlnt(Plc4,qualifiedutput);allNum=getlnt(Plc4,totalOutput);if(alINum!=0)passRate=passNum/allNum;)onTime=getFloat(Plc4,OnlineDuration);bootRate=onTime/onTime;speed=getDouble(Plc4,productLineSpeed);performanceRate=speedtheorySpeed;oee=passRate*bootRate*performanceRate*100;returnoee.toFixed(3);
