基于ZigBee無線網(wǎng)絡的工廠廠區(qū)能耗系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及ZigBee無線網(wǎng)絡技術領域，具體涉及基于ZigBee無線網(wǎng)絡的工廠廠區(qū)能耗系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前加工制造型企業(yè)在能耗監(jiān)測方面的主要重心放在了工廠整體能耗上，如照明用電耗能、廠區(qū)加工設備耗能、辦公耗電以及制冷耗能[4]。雖然這幾大組成部分在工廠總體用電量中占有較高比例，但是優(yōu)化空間有限，例如照明作為日常生產的必須供電，長期處于較為平均水平，縮短照明時間或者降低照明功率等方式不具備長期可操作性，通過規(guī)章制度約束成型后將始終保持在一定的能耗水平，對企業(yè)長期的節(jié)能效果并不顯著。而通過優(yōu)化生產工藝以及裝配工藝等方式來降低產品生產周期的能源消耗值將更加具有長期規(guī)模化效益?；谝陨峡紤]，本實用新型對能耗的監(jiān)測對象上將有別于傳統(tǒng)的照明耗電以及外圍輔助性設施的耗電方面，而是專注于生產線加工設備的能耗監(jiān)測，通過對設備能耗的監(jiān)測來優(yōu)化生產制造流程，并反過來通過流程的優(yōu)化降低設備的能耗，以此來實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排以及產品成本降低的雙贏局面。
【實用新型內容】
[0003]為解決上述問題，本實用新型提供了基于ZigBee無線網(wǎng)絡的工廠廠區(qū)能耗系統(tǒng)，結構簡單，能夠監(jiān)測工廠設備能耗，進而可以根據(jù)監(jiān)測情況來降低設備的能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術方案為:基于ZigBee無線網(wǎng)絡的工廠廠區(qū)能耗系統(tǒng)，包括計量模塊、工位讀寫器、射頻標簽托盤、終端讀寫器和網(wǎng)絡協(xié)調器，計量模塊通過RS485接口與工位讀寫器相連，工位讀寫器安裝在工廠生產線上，工廠生產線上設置有射頻標簽托盤，射頻標簽托盤上設置有被加工件，終端讀寫器安裝在生產線的第一個和最后一個工位上，終端讀寫器通過網(wǎng)絡協(xié)調器與上位機能耗評估系統(tǒng)相連。
[0005]作為優(yōu)選，所述的能量計量模塊采用ATT7022B芯片，三相電能專用芯片ATT7022B采用的是DSP基波分離技術，能夠精確測量三相的有功、無功、視在功率、功率因數(shù)等參數(shù)，能夠滿足系統(tǒng)的需要。
[0006]作為優(yōu)選，所述的工位讀寫器包括主控模塊、外部時鐘、LED、蜂鳴器、射頻模塊、通訊接口和電源接口，主控模塊分別與外部時鐘、LED、蜂鳴器、射頻模塊、通訊接口和電源接口相連，射頻模塊與天線相連。
[0007]本實用新型的生產線能耗采集系統(tǒng)主要集中在電力能耗的計量、能耗數(shù)據(jù)傳輸、能耗數(shù)據(jù)的分析評估三個方面。其中關于能耗的計量對象主要是加工設備在完成所在工位加工任務后所消耗的電力能源。為提高系統(tǒng)的靈活性，降低新增系統(tǒng)對工廠現(xiàn)有布局的影響，數(shù)據(jù)傳輸采用無線方式。具體在傳輸方式選擇上則主要依托RFID與Zigbee相結合的方式。RFID射頻讀寫器主要完成將測量的能耗值寫入標簽中；標簽隨著零件在輸送線或者組裝線上流動，各工位讀寫器將該工位的能耗值寫入標簽托盤。在托盤標簽獲取各工位加工設備的能耗值后，終端讀寫器將通過對標簽托盤的操作獲取整條線所有的能耗信息。終端讀寫器作為Zigbee節(jié)點在獲取該條線的能耗值后通過Zigbee網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送網(wǎng)絡協(xié)調器，既而由協(xié)調器通過串口方式傳至上位機評估系統(tǒng)，能耗評估系統(tǒng)能夠實時顯示生產線上各臺設備的能耗值，并給出相應的測量曲線；上位機評估系統(tǒng)根據(jù)不同的評估策略給出不同的節(jié)能方案，指導企業(yè)完善生產工藝流程。
[0008]本實用新型具有以下有益效果:結構簡單，能夠監(jiān)測工廠設備能耗，進而可以根據(jù)監(jiān)測情況來降低設備的能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0010]圖2為本實用新型的工位讀寫器的結構框圖。
【具體實施方式】
[0011]為了使本實用新型的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0012]如圖1-2所示，本實用新型實施例提供了基于ZigBee無線網(wǎng)絡的工廠廠區(qū)能耗系統(tǒng)，包括計量模塊1、工位讀寫器2、射頻標簽托盤3、終端讀寫器4和網(wǎng)絡協(xié)調器5，計量模塊I通過RS485接口與工位讀寫器2相連，工位讀寫器2安裝在工廠生產線上，工廠生產線上設置有射頻標簽托盤3，射頻標簽托盤3上設置有被加工件，終端讀寫器4安裝在生產線的第一個和最后一個工位上，終端讀寫器4通過網(wǎng)絡協(xié)調器5與上位機能耗評估系統(tǒng)相連。
[0013]值得注意的是，所述的能量計量模塊I采用ATT7022B芯片，三相電能專用芯片ATT7022B采用的是DSP基波分離技術，能夠精確測量三相的有功、無功、視在功率、功率因數(shù)等參數(shù)，能夠滿足系統(tǒng)的需要。
[0014]此外，所述的工位讀寫器2包括采用PIC16F877A單片機的主控模塊、外部時鐘、LED、蜂鳴器、射頻模塊、通訊接口和電源接口，主控模塊分別與外部時鐘、LED、蜂鳴器、射頻模塊、通訊接口和電源接口相連，射頻模塊與天線相連。
[0015]本【具體實施方式】能耗計量模塊:從功能上劃分具備獨立完成對CNC加工中心電力消耗的監(jiān)測分析能力，并根據(jù)相應的指令代碼按照約定的數(shù)據(jù)格式將能耗值傳輸給工位讀寫器，其中能耗計量模塊所采集的信號量主要為電壓、電流。模塊與工位讀寫器的接口采用RS485方式通訊。
[0016]工位讀寫器:安裝在加工或裝配線不同工位上能夠實現(xiàn)對標簽信息讀取的RFID裝置。該裝置主要作用是在加工中心完成該工位的加工任務后向能耗計量模塊發(fā)送能耗數(shù)據(jù)回傳指令，獲取該工位該時段的能耗值，并將該工位的能耗信息值以非接觸方式寫入標簽。其工作過程為:讀寫器工作過程:系統(tǒng)上電后，紅色LED燈閃爍5次后熄滅，綠色指示燈亮，表明讀卡器準備就緒，已進入讀卡狀態(tài)。若Imin內無標簽托盤觸發(fā)感應開關，讀卡器將自動進入睡眠狀態(tài)，此時紅色LED燈以呼吸狀態(tài)顯示，綠色指示燈熄滅。當標簽托盤進入讀寫區(qū)域后，讀寫器自動激活，綠色LED燈亮起，紅色LED燈熄滅。讀寫器與托盤標簽握手成功并完成數(shù)據(jù)讀寫后，蜂鳴器“嘀嗒”一聲。此時如果讀寫過程正常，綠燈會亮起，如果讀寫數(shù)據(jù)錯誤，紅色指示燈閃爍。
[0017]標簽托盤:在發(fā)動機生產組裝線上所有的加工件都擱置在既定規(guī)格的托盤內，托盤沿著全自動輸送線從一個工位運行到下一工位，循序漸進，直到完成在最后工位的加工任務。而RFID標簽則內嵌在承載加工件的托盤內，由此構成的組件成為標簽托盤，標簽托盤能被工位讀寫器讀寫。本套系統(tǒng)采用低頻讀寫，標簽的頻率是134.2KHzo
[0018]終端讀寫器:安裝在加工線或裝配線最后一個工位上能夠實現(xiàn)對標簽信息讀取并具備Zigbee無線數(shù)據(jù)收發(fā)功能的裝置。從功能上講，終端讀寫器是RFID readeer與Zigbee終端節(jié)點的組合體。該裝置作為系統(tǒng)的重要組件主要負責獲取能耗計量模塊采集的能耗值以及通過對標簽托盤的讀寫獲取整條線不同加工中心的能耗值，并按照約定的數(shù)據(jù)格式上傳至上位機能耗評估中心；同時終端讀寫器作為Zigbee網(wǎng)絡的終端節(jié)點能夠接收從上位機能耗評估中心發(fā)送過來的關鍵信息并及時分發(fā)。
[0019]網(wǎng)絡協(xié)調器:無線網(wǎng)絡的發(fā)起者與維護者，并扮演Zigbee協(xié)調器的工作，完成與終端讀寫器間的數(shù)據(jù)收發(fā)以及與上位機能耗評估系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸工作。網(wǎng)絡協(xié)調器負責形成網(wǎng)絡，在掃描可用信道后選擇一個合格信道以及一個擴展PAN ID，網(wǎng)絡形成后，協(xié)調器作為網(wǎng)絡樹的根，以及與其他網(wǎng)絡溝通的橋梁，是網(wǎng)絡中信息的匯聚點。
[0020]能耗評估軟件:能耗評估軟件是整套系統(tǒng)所有信息的匯聚點以及所有指令的發(fā)出源。該軟件安裝在PC端，并通過RS232通訊方式與網(wǎng)絡協(xié)調器連接，所有指令在發(fā)送至網(wǎng)絡協(xié)調器之后，由網(wǎng)絡協(xié)調器擴散至廠區(qū)所有Zigbee終端節(jié)點。
[0021]本【具體實施方式】的系統(tǒng)工作流程為:系統(tǒng)上電后由網(wǎng)絡協(xié)調器發(fā)起組建Zigbee網(wǎng)絡，并初始化網(wǎng)絡信息，設置網(wǎng)絡PANID ;終端讀寫器在搜尋到Zigbee網(wǎng)絡后請求加入網(wǎng)絡，當所有終端讀寫器都加入網(wǎng)絡后，Zigbee網(wǎng)絡即進入正常工作狀態(tài)，可進行數(shù)據(jù)收發(fā)任務了。當生產線處于正常運行狀態(tài)時，標簽托盤作為能耗信息的載體按照設定的加工工藝流程在輸送線上各工位依次停留，。在起始工位位置安裝的工位讀寫器主要完成對標簽托盤信息初始化的工作，將該生產線代號、加工產品代號、產品批次代號寫入標簽中，并在獲取能耗計量模塊測量的能耗值后將初始工位能耗值寫入標簽托盤。完成后續(xù)相應工位的加工任務后，該工位處安裝的工位讀寫器將會向標簽中寫入能耗值，標簽托盤隨輸送帶進入下一工位。在進入生產線的終端工位后，安裝在此處的終端讀寫器首先需要完成對標簽初始化信息的驗證工作，在確認信息與設定值匹配后，向標簽托盤中寫入該工位的能耗值并讀取之前所有工位對應的能耗值，同時終端讀寫器作為Zigbee終端節(jié)點將能耗信息發(fā)送至網(wǎng)絡協(xié)調器，網(wǎng)絡協(xié)調器在完成數(shù)據(jù)接收后經過處理，以串行方式發(fā)送至上位機能耗評估軟件，評估軟件完成對數(shù)據(jù)的最終分析和處理工作，給出能耗優(yōu)化策略和生產優(yōu)化建議。
[0022]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.基于ZigBee無線網(wǎng)絡的工廠廠區(qū)能耗系統(tǒng)，其特征在于，包括計量模塊(I)、工位讀寫器(2)、射頻標簽托盤(3)、終端讀寫器(4)和網(wǎng)絡協(xié)調器(5)，計量模塊(I)通過RS485接口與工位讀寫器(2)相連，工位讀寫器(2)安裝在工廠生產線上，工廠生產線上設置有射頻標簽托盤(3)，射頻標簽托盤(3)上設置有被加工件，終端讀寫器(4)安裝在生產線的第一個和最后一個工位上，終端讀寫器(4)通過網(wǎng)絡協(xié)調器(5)與上位機能耗評估系統(tǒng)相連。2.根據(jù)權利要求1所述的基于ZigBee無線網(wǎng)絡的工廠廠區(qū)能耗系統(tǒng)，其特征在于，所述的計量模塊(I)采用ATT7022B芯片。3.根據(jù)權利要求1所述的基于ZigBee無線網(wǎng)絡的工廠廠區(qū)能耗系統(tǒng)，其特征在于，所述的工位讀寫器(2)包括主控模塊、外部時鐘、LED、蜂鳴器、射頻模塊、通訊接口和電源接口，主控模塊分別與外部時鐘、LED、蜂鳴器、射頻模塊、通訊接口和電源接口相連，射頻模塊與天線相連。
【專利摘要】本實用新型公開了基于ZigBee無線網(wǎng)絡的工廠廠區(qū)能耗系統(tǒng)。它包括計量模塊、工位讀寫器、射頻標簽托盤、終端讀寫器和網(wǎng)絡協(xié)調器，計量模塊通過RS485接口與工位讀寫器相連，工位讀寫器安裝在工廠生產線上，工廠生產線上設置有射頻標簽托盤，射頻標簽托盤上設置有被加工件，終端讀寫器安裝在生產線的第一個和最后一個工位上，終端讀寫器通過網(wǎng)絡協(xié)調器與上位機能耗評估系統(tǒng)相連。本實用新型結構簡單，能夠監(jiān)測工廠設備能耗，進而可以根據(jù)監(jiān)測情況來降低設備的能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。
【IPC分類】G05B19/418
【公開號】CN204832922
【申請?zhí)枴緾N201520348498
【發(fā)明人】閻鵬
【申請人】天津市信息基礎設施投資有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年5月26日