CN107579774A - 一种基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，包括：生产流水线单元，其包括各类生产设备；传感器单元，包括：设置在设备上的传感器，用于监测生产线中的各设备的工作参数；控制器单元，用于控制生产流水线单元中各设备的运行和获取传感器单元数据；第一无线激光传输单元，包括第一无线激光收发模块和第一光电转换模块，无线激光传输模块与控制器单元连接；第二无线激光传输单元，包括第二无线激光收发模块和第二光电转换模块；智能计算与控制中心单元，用于数据分析并作出控制指令。本发明解决了当前智能生产线采用无线电通信手段所造成的信息传输速率低、带宽小、易受干扰、安全性差等问题，同时可降低系统组网成本。

Description

一种基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统

技术领域

本发明涉及智能制造领域，尤其涉及一种基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统。

背景技术

智能生产线系统是通过信息收集、传输、计算、控制等手段对生产活动进行监测和控制，保证生产线能够根据任务计划的变动而随时调整。随着“中国制造2025”的逐步发展，以“万物互联环境下的智能生产”为代表的全新的生产方式成了工业发展的必然趋势。信息物理系统CPS(Cyber Physical System)通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使得生产线中设备的状态与网络互联，并可通过信息的整合和计算后，对物理实体进行实时控制。这就要求生产线适应个性化定制的需求，具有智能、可重构的柔性生产能力，所交互的信息也由规模化生产的少量数据拓展为网络化大数据、音频、视频等海量数据，从而产生了爆炸性的生产数据，要求大幅提高数据传输的容量、速率、实时性和安全性。

在智能工厂中，与生产相关的数据需要实时进行传输和运算，并且再将分析或预测的结果反馈至设备中，从而达到控制的目的。由此可见，信息的传输技术在生产的各个环节均承担重要的角色。现有的无线电信息传输系统主要以WiFi、RFID、蓝牙等方式为主，通过现有的网络协议进行数据信息的传输，当数据信息交换站接收上述信息后，再将其传输到控制与计算中心进行处理，进而对生产线进行反馈和控制。

但是这样的无线电信息传输方式必须依赖于一个全面覆盖的无线电网络，并且传输的容量、速率、稳定性和安全性极大依赖于无线电网络的性能条件。目前的无线电信息传输方式带宽有限，信息传递速率有限，无法实时传输大量的网络数据(包括图像、视频、音频等)，而且易受干扰，安全性较差，这些都使得无法真正实现“智能工厂”。

为了能够适应新一代智能工厂的需求，目前正在开发高可靠、高容量、高速率、高质量的支持IPv6(Internet protocol version 6)的高速工业交换机、高速工业无线电路由器/中继器、工业级低功耗远距/近场通讯设备、快速自组网工业无线电通讯设备、工业协议转换器/网关、工业通讯一致性检测设备等工业无线电通信网络基础设备，构建面向智能制造的高速、安全可靠的工业无线电通信网络。但在海量大数据实时传输时，这些比较前沿的无线电传输系统也仍然存在信息实时传输容量不足、速率不够、抗干扰能力较弱、安全性较差等问题。

发明内容

本发明通过提供一种基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，解决了当前无线电通信方式中信息传输带宽小、速率低、易受干扰、信息安全性差的问题。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，包括：

生产流水线单元，其包括各类生产设备；

传感器单元，包括：设置在设备上的传感器，用于监测生产线中的各设备的工作参数；

控制器单元，用于控制所述生产流水线单元中各设备的运行和获取传感器单元数据；

第一无线激光传输单元，包括第一无线激光收发模块和第一光电转换模块，所述无线激光传输模块与控制器单元连接；

第二无线激光传输单元，包括第二激光收发模块和第二光电转换模块；

智能计算与控制中心单元，用于数据分析并作出控制指令，所述智能计算与控制中心单元与第二无线激光传输单元连接。

更进一步地，所述第一无线激光收发模块和第二无线激光接发模块分别包括无线激光发射器和无线激光接收器，用于实时接收和发射各种工作参数数据和控制命令信息。

更进一步地，所述第一无线激光传输单元和第二无线激光传输单元均设置为多个。

更进一步地，所述一个第二无线激光传输单元可与多个第一无线激光传输单元进行通信，所述一个第一无线激光传输单元可与多个第二无线激光传输单元进行通信。所述多个第一、第二无线激光传输单元组合可构成无线激光传输网络。

更进一步地，所述每个第一无线激光传输单元用于收发来自同一台或某几台的设备数据信息。

更进一步地，所述每个第一无线激光传输单元可用于收发多种类型的数据信息。

更进一步地，所述第一无线激光传输单元可采用无线激光通信发射器，所述第二无线激光传输单元可采用无线激光数据接收站。或，所述第一无线激光传输单元和所述第二无线激光传输单元也可采用无线激光通信发射器和数据接收器的组合结构。

更进一步地，所述工作参数包括：生产流水线单元的工作环境参数，产品加工件状态参数，设备工作状态参数，产品加工件在生产流水线单元中的排队序数中的任一种或几种；所述控制命令包括产品加工信息、加工指令、在线检测指令中的任一种或几种。其中，生产流水线单元的工作环境参数包括温度、湿度、气压等；产品加工件状态参数包括如尺寸、形状、重量、图形等；设备工作状态参数包括正常工作数据和故障信息；产品加工件在生产流水线单元中的排队序数等生产相关信息。

更进一步地，所述各类生产设备分别具有生产线中的唯一ID，其ID代表其在生产线中的唯一标识

无线激光通信具有通信容量大、速率快、抗干扰能力强、保密性好、结构轻便、设备经济的特点，相对于现有的WiFi、RFID、蓝牙等无线电通信方式，可极大的增大数据传输容量和速率，对多维图像、视频、生产线实时运作情况等数据进行实时传输；增强信息传输的安全性，不易发生截获、盗取等现象，抗干扰能力强，保密性好；无辐射，对人体无有害影响；提高网络转换效率，以现有的光缆通信为基础，实现有线光通信与无线光通信的相互转换，省去了现有光/电能转换环节的设备，提高了数据转换传输的容量和速率，降低了转换成本。值得注意的是本系统并不与原有的WiFi、RFID、蓝牙等无线电信息传输系统相冲突，在原有系统的基础上加装本系统即可实现系统的兼容和升级。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。

图1为本发明一种基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统的结构示意图；

图2为本发明一种基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统的第一无线激光传输单元结构示意图；

图3为本发明一种基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统的第二无线激光传输单元结构示意图；

图4为本发明一种采用基于激光通信的智能生产线信息传输系统的一种智能生产线的优选实施方式。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明通过将无线激光通信作为传输手段，生产线及其各单元可以直接将与生产相关的各类参数信息通过多频点无线激光链路编码加密后，进行相互间的传输。得益于无线激光通信的上述优势，带有相关生产参数的海量信息(网络化的数据、视频、音频等)，可以在产品、生产线、工厂和客户间的物联网中得到实时、宽频、高效、安全的传输。

无线激光通信收发站可通过有线激光通信(光纤)网络组网运行。相关生产的参数信息被无线激光通信收发站传输后，汇总到智能计算和控制中心，通过计算中心对全部数据进行实时计算与评估，再将计算和控制信息结果通过无线或有线激光通信传输送至各生产线及设备，从而实现对设备的完整的监测和控制。

以无线激光信道为主的通信链路智能生产线信息传输系统，可以兼容现有的WiFi、RFID、蓝牙等共同组网工作，实现信源共享，信道组网，形成一个覆盖广泛，稳定、安全、可靠的新型智能生产线信息传输系统。

具体来说，如图1所示，一种基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，包括：

生产流水线单元001，其包括各类生产设备；生产流水线一般具有很多种加工设备，用以实现各种对产品的操作。

传感器单元002，包括：设置在设备上的传感器(包括机械、电、磁、光等原理传感器)，用于监测生产线中的各设备的工作参数，所述工作参数包括但不限于工作环境参数(温度、湿度、气压等)、产品加工件状态参数(尺寸、形状、重量、图形等)、设备工作状态参数(正常工作状态、故障信息等)、产品加工件在生产流水线单元中的排队序数等。通过传感器单元，智能计算与控制中心单元006可以实时了解生产线设备的工作状态和产品的加工状态信息。

控制器单元003，用于控制所述生产流水线单元001中各设备的运行和获取传感器单元002的参数数据信息；控制器单元003可以将获取的传感器的参数数据信息传递给智能计算与控制中心单元006，智能计算与控制中心006经过数据分析后下达控制指令直接控制生产线设备的工作状态。所述控制命令包括产品加工件的加工信息、加工指令、在线检测指令中的任一种或几种。

如图2、图3所示，第一无线激光传输单元004，包括第一无线激光收发模块102和第一光电转换模块101，所述第一无线激光传输单元004与控制器单元003连接；所述第二无线激光传输单元005，包括第二无线激光收发模块202和第二光电转换模块201；所述第一无线激光传输单元004和第二无线激光传输单元005用于实时接收和发射各种工作参数数据和控制命令信息。所述第一无线激光收发模块102和第二无线激光收发模块202分别包括无线激光发射器和无线激光接收器，用于实时接收和发射各种无线激光通信信息，其通过光电转换模块进行光信号和电信号的相互转换。智能计算与控制中心单元006，一般为计算机控制中心或远程云计算中心，用于进行数据分析并作出控制指令，所述智能计算与控制中心单元006通过第二无线激光传输单元005与生产流水线单元进行信息的传递。

由于生产流水线一般包含很多的设备且流水线的组成单元很多，为了保证无线激光通信信息范围覆盖全流水线，所述第一无线激光传输单元004和第二无线激光传输单元005均可以设置为多个，分布在生产流水线的不同位置。

多个第一无线激光传输单元004和多个第二无线激光传输单元005并不一定采用简单的一对一的方式，为了节约成本，可采用多对一的方式。例如，所述一个第二无线激光传输单元005可与多个第一无线激光传输单元004进行通信，这就要求对第二无线激光传输单元005进行合理布局或实行光学(或机电)扫描，以便于与多个第一无线激光传输单元004进行无线激光通信。

所述一个第一无线激光传输单元004也可与多个第二无线激光传输单元005进行通信，这样可以防止因一个第二无线激光传输单元005损坏导致不能进行数据传输的情况发生。

所述第一无线激光传输单元004既可采用无线激光通信发射器，也可采用无线激光通信发射器和接收站；所述第二无线激光传输单元005既可采用无线激光数据接收站，也可采用无线激光通信发射器和接收站。

所述各类生产设备分别具有生产线中的唯一ID，其ID代表其在生产线中的唯一标识，以便于设备的定位及数据信息的编码。

如图4所示，一种智能生产线，所述生产流水线单元的设备通过多个第一无线激光传输单元传输各类工作参数数据，B11～B1n、B21～B2m、Bp1～Bpq分别代表来自不同第一无线激光传输单元的工作参数数据，这些参数数据可以是相同类型也可以是不同类型，多个第一无线激光传输单元可以同时或不同时通过无线激光通信传输方式向一个或若干个第二无线激光传输单元传递信息，可以一对一传输，也可以多对一传输。一般来说，第二无线激光传输单元的数量要少于第一无线激光传输单元的数量，这需要根据生产流水线单元的设备数量、生产流程、参数容量和传输要求确定合适的数量，所述的第二无线激光传输单元可以采用无线激光也可以采用有线激光(光纤光缆)传输方式和智能计算与控制中心进行通信。

本发明可以满足当下和未来智慧工厂的信息传输需求，具有传输数据容量大、数据传输速率快、网络转换效率高、数据传输安全性好等优点。此外，该无线激光通信为数据传输手段的智能生产线信息传输系统，可与工厂现有的无线电通信传输系统兼容工作，实现信源共享、信道组网。无线激光通信传输系统大大拓展了现有信息传输系统的通信能力和安全性，将成为智慧工厂和生产线的主要通信手段。本系统的应用，无需对工厂现有的信息传输系统和硬件做重大调整，只需增加无线激光通信发射器和数据接收站。此外，需增加传感器，以采集与生产相关的更多信息。在软件层面上，可对原有软件做相应升级，即可完全兼容新的无线激光通信系统。

本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。在本申请所提供的具体实施方式中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的单元模块仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是2个或2个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，其特征在于，包括：

生产流水线单元，其包括各类生产设备；

传感器单元，包括：设置在设备上的传感器，用于监测生产线中的各设备的工作参数；

控制器单元，用于控制所述生产流水线单元中各设备的运行和获取传感器单元数据；

第一无线激光传输单元，包括第一无线激光收发模块和第一光电转换模块，所述无线激光传输模块与控制器单元连接；

第二无线激光传输单元，包括第二无线激光收发模块和第二光电转换模块；

智能计算与控制中心单元，用于数据分析并作出控制指令，所述智能计算与控制中心单元与第二无线激光传输单元连接。

2.根据权利要求1所述的基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，其特征在于，所述第一无线激光收发模块和第二无线激光收发模块分别包括无线激光发射器和无线激光接收器，用于实时接收和发射各种工作参数数据和控制命令信息。

3.根据权利要求1或2所述的基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，其特征在于所述第一无线激光传输单元和第二无线激光传输单元均设置为多个。多个无线激光传输单元组合可构成无线激光传输网络。

4.根据权利要求3所述的基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，其特征在于，所述一个第二无线激光传输单元可与多个第一无线激光传输单元进行通信，所述一个第一无线激光传输单元可与多个第二无线激光传输单元进行通信。

5.根据权利要求3所述的基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，其特征在于，所述每个第一无线激光传输单元用于收发来自同一台或某几台的设备数据信息。

6.根据权利要求3所述的基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，其特征在于，所述每个第一无线激光传输单元可用于收发多种类型的数据信息。

7.根据权利要求3所述的基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，其特征在于第一无线激光传输单元可采用无线激光通信发射器，所述第二无线激光传输单元可采用无线激光数据接收站；或，所述第一无线激光传输单元和所述第二无线激光传输单元也可采用无线激光通信发射器和数据接收器的组合结构。

8.根据权利要求1所述的基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，其特征在于所述工作参数包括生产流水线单元的工作环境参数，产品加工件状态参数，设备工作状态参数，产品加工件在生产流水线单元中的排队序数中的任一种或几种；所述控制命令包括产品加工信息、加工指令、在线检测指令中的任一种或几种。

9.根据权利要求1所述的基于无线激光通信的智能生产线信息传输系统，其特征在于，所述各类生产设备分别具有生产线中的唯一ID，其ID代表其在生产线中的唯一标识。