CN109540467B - 基于工业互联网平台的光纤自动测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，其特征在于：用于将测试生产线中不同设备连接在一起，全面实现测试、物流信息感知、数据处理、设备控制和状态实时展示；包括设置边缘服务器，边缘服务器安装双网卡，分别提供网口A和网口B，网口A接入测试车间局域网，测试生产线中其他设备也接入测试车间局域网，边缘服务器通过网口B访问中心机房服务器；在测试设备执行感知层处理过程实时感知各设备的信息，在边缘服务器执行边缘层处理过程进行工艺指标计算和展现层处理过程，在中心机房服务器执行应用层处理过程。
Description
技术领域
本发明涉及工业互联网领域，具体的说，本发明涉及一种基于工业互联网平台的光纤自动测试系统。
背景技术
互联网等信息技术的普遍应用和5G技术的发展使世界各国和各行业对光纤性能的要求越来越高，光纤制造公司为实现对产品质量的严格管控，非常重视光纤测试环节。目前光纤测试由人工来完成，首先由操作工使用小推车将待测光纤运输到指定测试设备，然后人工完成取纤、剥纤、耦合、输入光纤号、工号、测试等一系列动作，测试完成后，再由操作工使用小推车将光纤运输到下一个工位的测试设备，重复上述测试过程，直到所有测试完成。
目前的光纤测试，每台测试设备前需要一个操作工对光纤进行预处理操作，测试过程中操作工根据测试屏幕画面判断测试过程是否出错，根据屏幕提示或者光纤图像的特征进行下一步操作。这种方法非常依赖人工经验，一旦操作员出现差错，就会导致测试数据出错，在智能制造的大趋势下，光纤测试必须摆脱人工依赖。
随着工业互联网技术的发展，本发明提出可借鉴工业互联网平台的架构，对光纤自动测试系统进行功能模块的划分和开发，分别部署在感知层、边缘层、应用层、展现层，搭建基于工业互联网平台的光纤自动测试系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，将测试生产线中不同的测试设备、PLC、传感器、物流设备连接在一起，全面的实现测试和物流信息的感知、数据的处理、设备的控制和状态的实时展示。
本发明技术方案提供一种基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，用于将测试生产线中不同设备连接在一起，全面实现测试、物流信息感知、数据处理、设备控制和状态实时展示；
包括设置边缘服务器，边缘服务器安装双网卡，分别提供网口A和网口B，网口A接入测试车间局域网，测试生产线中其他设备也接入测试车间局域网，边缘服务器通过网口B访问中心机房服务器；
在测试设备执行感知层处理过程，在边缘服务器执行边缘层处理过程和展现层处理过程，在中心机房服务器执行应用层处理过程；
所述感知层处理过程，包括通过实时感知各设备的信息，将所得测试设备状态信息发送到边缘服务器；
所述边缘层处理过程，包括将测试设备状态信息存入设备状态信息表，根据测试设备上传的测试光纤结果数据进行工艺指标计算，将测试判断结果数据转发到中心机房服务器；
所述应用层处理过程，包括基于测试判断结果数据，进行生产线测试流程的控制；
所述展现层处理过程，包括根据边缘层处理过程所得设备状态信息表和测试判断结果数据，提供测试生产线设备状态和测试光纤状态的实时监控展示。
而且，所述应用层处理过程进行生产线测试流程的控制，是基于测试判断结果数据，根据工艺判断逻辑和生产管理逻辑生成测试计划表，所述测试计划表用于指导光纤的下一步测试。
而且，应用层处理过程所得测试计划表转发到边缘服务器，由边缘层处理过程根据测试设备状态信息和物流设备状态生成物流计划表，控制物流设备将相应光纤运输到下一次测试的测试设备处。
而且，所述物流设备采用传输线。
而且，每台测试设备附近配备一台机械手，用于从传输线取光纤和耦合光纤。
而且，设置可编程逻辑控制器PLC，采集机械手数据，并实现机械手的逻辑控制。
而且，在预处理站设置一台上位机，展现层处理过程通过上位机提供预处理作业指导页面，将光纤放入贴有RFID标签的托盘，通过RFID标签将托盘号录入，在预处理作业指导页面支持录入实现光纤号与托盘号的关联。
而且，在每台测试设备处设置RFID读写头，用于读取托盘上的标签信息，支持查找关联光纤号。
而且，测试设备在测试过程中向边缘服务器发送测试设备状态信息、光纤号和测试结果数据。
而且，在分拣处设置一台上位机，展现层处理过程通过上位机提供分拣处理指导页面，在所有的测试项目测试完毕后，光纤流转到分拣处，支持用户根据分拣处理指导页面的指示对光纤进行分拣。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.实现了光纤的自动化测试和物流，大大减少了人力，实现了大幅度降低成本，具有重要的市场价值。
2.避免了人为因素造成的测试错误，提高了测试过程中的信息化水平，更完整、实时的采集和保存了测试结果数据，以及测试过程中的设备数据，并且在大屏幕上展示，在设备出现故障时可以及时的通知到车间管理人员。
3.根据测试计划和设备状态制定物流计划，实现了对测试设备更合理、高效的利用，避免了设备测试任务分配不均衡。
4.边缘服务器安装双网卡，利用数据转发机制和OPC UA通讯，实现了硬件隔离和软件隔离，保障了测试生产线的信息安全。
5.将设备信息和测试数据缓存在边缘服务器，复杂的工艺计算和物流计划在边缘层程序中完成，减轻了测试设备的计算压力，也满足了实时性要求。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例提出一种基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，具体实现方式如下：
参见图1，基于工业互联网平台的光纤自动测试系统中包括：
预处理站，将光纤样品放入贴有RFID标签的托盘；传输线，用于运载待测样品(含托盘)；机械手，用于将待测样品(含托盘)搬运到对应的测试设备，将测试完成的样品(含托盘)从测试设备处取走并放回运输线；RFID读写头，设置于每台测试设备处，用于读取托盘上的标签信息；PLC，采集机械手和RFID的数据，并实现机械手的逻辑控制；测试设备，用于样品测试；边缘服务器，采集测试设备上产生的测试结果。最后还可以设置分拣站，将测试完成的样品送到下一工序。
该实施例中测试设备有3台PK8000，设备编号为PK8000-A、PK8000-B、PK8000-C；2台PMD400，设备编号为PMD400-A、PMD400-B；1台CD400，设备编号为CD400-A。
PK8000用于测试光纤衰耗、均匀性，CD400用于测试光纤色散，PMD400用于测试光纤偏振模色散。
每台测试设备附件可配备一台机械手，用于取光纤和耦合光纤。物流设备为传输线，机械手可从传输线取光纤。预处理站和分拣站各有一台上位机，分别用于显示预处理作业指导页面、分拣处理指导页面。自动化测试生产线配备一台边缘服务器用于边缘计算和数据缓存，配备大尺寸显示器显示整个生产线测试设备、物流设备的实时状态和告警信息，显示光纤的实时位置信息。
边缘服务器安装双网卡，分别提供网口A和网口B，网口A接入测试车间局域网，网口B接入公司内网，各测试设备、PLC、机械手、RFID、预处理站和分拣站的上位机、大尺寸显示器的主机接入测试车间局域网，具体连接可采用交换机实现。PLC为可编程逻辑控制器，RFID为射频可识别标签，位置见图1。
本发明提出，在测试设备执行感知层处理过程，在边缘服务器执行边缘层处理过程和展现层处理过程，在中心机房服务器执行应用层处理过程。具体实施时，可采用软件技术分别采用感知层程序、边缘层程序、展现层程序和应用层程序的方式实现。
感知层程序通过图像识别等方法实时感知测试、物流、传感等各设备的信息，并将这些数据采集到边缘层；边缘层程序实现设备状态的管理、数据缓存、物流策略计算、测试工艺指标计算等功能，边缘层通过软件和硬件的隔离保障信息安全；应用层程序完成测试结果计算，根据工艺和生产管理的需求完成生产线测试流程的控制；展现层程序包括向用户显示提供测试生产线设备状态和测试光纤状态的实时监控，向用户提供预处理作业指导页面、分拣处理指导页面。
感知层程序部署在测设设备上，边缘层程序和展现层程序部署在边缘服务器上，应用层程序部署在企业中心机房服务器上，边缘服务器通过网口B可访问企业中心机房服务器。
为便于实施参考起见，提供建议使用以上实施例中光纤自动测试系统的具体工作过程包括以下步骤：
1.光纤预处理，录入光纤号，将其与托盘号绑定。
实施例中，光纤预处理是指在预处理作业指导页面将光纤号和对应的托盘号录入系统，实现两者的关联，以便在后续工序中通过RFID读取托盘号的方式获取光纤号。具体实施时，可以预先使用条码枪将光纤样品的光纤号录入系统，将光纤样品放入光纤托盘，通过RFID将托盘编号录入系统，实现光纤号与托盘号的关联。
2.物流运输
光纤样品及托盘从预处理站出发，根据物流计划表和PLC的指令，通过传输线到达光纤测试设备PK8000、PMD400、CD400中的一台，由机械手完成取光纤、光纤耦合等准备动作。在第一个样品进入测试线之前，边缘层程序根据上游工序的数据制定一个初步的物流计划表，在样品进入测试线并测试后，边缘层程序根据测试结果实时的调整测试计划和物流计划，详细描述见步骤5、6。PLC采集机械手和RFID的数据上传到边缘服务器，并根据边缘服务器基于物流计划表发出的逻辑控制指令，实现机械手的逻辑控制。
3.光纤测试
测试程序在测试设备后台运行，RFID在测试设备旁，通过RFID读取托盘编号，并查找关联光纤号，开始测试。
测试程序由厂家提供，可得到测试光纤结果数据；部署于测试设备的感知层程序通过获取测试设备屏幕画面，以图像识别的方式分析判断测试设备状态，可得到测试设备状态信息，例如根据图像识别判断设备为在忙、空闲或报警。具体实施时，可以设备屏幕出现特征字符作为设备状态的辨别标准，如"run"表示忙，"free"表示空闲，"error"表示错误，"warn"表示报警，感知层程序通过图像识别的方式，提取这些特征字符，判断设备的状态。测试设备一般外设有控制鼠标和键盘，部署于测试设备的感知层程序通过windowsAPI软件接口实现对鼠标和键盘的控制。
4.测试设备在测试过程中向边缘服务器发送测试设备状态信息，光纤编号和测试光纤结果数据，由边缘层程序进行工艺指标计算，并将所得测试判断结果数据上传到中心机房服务器，交应用层程序进一步使用。
感知层程序根据对测试设备屏幕画面进行图像识别的结果，可判断出测试设备状态，边缘层程序接收到各测试设备的状态信息：在忙、空闲、报警，存入设备状态信息表中。
边缘层程序接收到测试设备上传的测试光纤结果数据后，对测试光纤结果数据进行解析和计算。并将所得测试判断结果数据转发到应用层程序中。并且，可以将测试判断结果数据和设备状态信息表输入展现层程序，以支持大尺寸显示器显示整个生产线测试设备、物流设备的实时状态。
5.由应用层程序完成测试结果计算，根据工艺和生产管理的需求生成测试计划表。
应用层程序接收到边缘层程序发送的测试结果，根据工艺判断逻辑和生产管理逻辑生成测试计划表，用于指导光纤的下一步测试，转发到边缘服务器。例如CD400为抽样测试，该光纤号的光纤是否需要测试CD400，由应用层程序根据该光纤其他项目的测试结果和相邻光纤号的测试结果综合计算判断。
测试计划表的规则如下：光纤号首字母为A，则只运送到PK8000和PMD400进行测试；光纤号首字母为B，则不仅需运送到PK8000和PMD400进行测试，还可能需要运送到CD400进行测试。运送到CD400进行测试的条件：首字母为B，且相邻光纤号的光纤衰耗、均匀性、偏振模色散有至少一项超出阀值。
6.边缘层程序读取测试计划表，根据测试设备状态和物流设备状态生成物流计划表，控制传输线将指定编号的光纤运输到下一次测试的测试设备处，直到该编号的光纤完成所有的测试项目。
边缘层程序从应用层程序获取测试计划表，根据各测试设备的状态信息，生成物流计划表，将待测光纤优先运输到空闲的测试设备，以实现测试设备高效利用。例如该光纤下一步需要到PK8000设备进行测试，PK8000-A和PK8000-B为在忙，而PK8000-C为空闲，则物流计划表中建议该光纤应该运输到设备PK8000-C进行测试。
边缘层程序通过OPC UA(OPC统一架构，一种标准的通讯协议)控制PLC，将光纤样品运送到指定测试设备后，循环执行步骤3、步骤4、步骤5、步骤6，直到所有的测试项目测试完毕。流转到分拣处，操作工可根据分拣处理指导页面的指示对光纤进行分拣。在所有测试项目完成后，由应用层程序自动实现托盘与光纤号的解绑。分拣的作用在于，将流出传输线的样品(不含托盘)放入小车，运送到下一步工序，托盘则运送到预处理站，供后续待测样品使用。
尽管上文对本发明进行了详细说明，并举了实施例，但是本发明以及可应用的实施例不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改，也可将本发明中的部分方法应用在其它系统中。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，其特征在于：用于将测试生产线中不同设备连接在一起，全面实现测试、物流信息感知、数据处理、设备控制和状态实时展示；
包括设置边缘服务器，边缘服务器安装双网卡，分别提供网口A和网口B，网口A接入测试车间局域网，测试生产线中其他设备也接入测试车间局域网，边缘服务器通过网口B访问中心机房服务器；
在测试设备执行感知层处理过程，在边缘服务器执行边缘层处理过程和展现层处理过程，在中心机房服务器执行应用层处理过程；
所述感知层处理过程，包括通过实时感知各设备的信息，将所得测试设备状态信息发送到边缘服务器；
所述边缘层处理过程，包括将测试设备状态信息存入设备状态信息表，根据测试设备上传的测试光纤结果数据进行工艺指标计算，将测试判断结果数据转发到中心机房服务器；在第一个样品进入测试线之前，边缘层程序根据上游工序的数据制定一个初步的物流计划表，在样品进入测试线并测试后，边缘层程序根据测试结果实时的调整测试计划和物流计划；
所述应用层处理过程，包括基于测试判断结果数据，进行生产线测试流程的控制；
所述应用层处理过程进行生产线测试流程的控制，是基于测试判断结果数据，根据工艺判断逻辑和生产管理逻辑生成测试计划表，所述测试计划表用于指导光纤的下一步测试；应用层处理过程所得测试计划表转发到边缘服务器，由边缘层处理过程根据测试设备状态信息和物流设备状态生成物流计划表，控制物流设备将相应光纤运输到下一次测试的测试设备处；
所述展现层处理过程，包括根据边缘层处理过程所得设备状态信息表和测试判断结果数据，提供测试生产线设备状态和测试光纤状态的实时监控展示。
2.根据权利要求1所述基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，其特征在于：所述物流设备采用传输线。
3.根据权利要求2所述基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，其特征在于：每台测试设备附近配备一台机械手，用于从传输线取光纤和耦合光纤。
4.根据权利要求3所述基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，其特征在于：设置可编程逻辑控制器PLC，采集机械手数据，并实现机械手的逻辑控制。
5.根据权利要求1或2或3或4所述基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，其特征在于：在预处理站设置一台上位机，展现层处理过程通过上位机提供预处理作业指导页面，将光纤放入贴有RFID标签的托盘，通过RFID标签将托盘号录入，在预处理作业指导页面支持录入实现光纤号与托盘号的关联。
6.根据权利要求5所述基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，其特征在于：在每台测试设备处设置RFID读写头，用于读取托盘上的标签信息，支持查找关联光纤号。
7.根据权利要求6所述基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，其特征在于：测试设备在测试过程中向边缘服务器发送测试设备状态信息、光纤号和测试结果数据。
8.根据权利要求1或2或3或4所述基于工业互联网平台的光纤自动测试系统，其特征在于：在分拣处设置一台上位机，展现层处理过程通过上位机提供分拣处理指导页面，在所有的测试项目测试完毕后，光纤流转到分拣处，支持用户根据分拣处理指导页面的指示对光纤进行分拣。
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