利用Zynq SoC和機(jī)器學(xué)習(xí)打造智能工廠(chǎng)

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在很多工廠(chǎng)都已經(jīng)使用數(shù)控機(jī)床等設(shè)備來(lái)提高生產(chǎn)力，但是也暴露出一些問(wèn)題，比如一臺(tái)數(shù)控機(jī)床發(fā)生嚴(yán)重故障，不僅會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)流水線(xiàn)的停工造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也嚴(yán)重耽誤了產(chǎn)品生產(chǎn)周期。現(xiàn)在大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)還不夠智能，不能及時(shí)預(yù)警可能發(fā)生的故障，我們舉個(gè)實(shí)際存在的情形看一下：

圖1 控制系統(tǒng)傳感器采集數(shù)控機(jī)床軸承震動(dòng)信號(hào)

從上圖中我們可以看出采集的信號(hào)出現(xiàn)了兩個(gè)峰值，兩個(gè)峰值之間間隔了四天時(shí)間，第一個(gè)峰值表示數(shù)控機(jī)床軸承出現(xiàn)異常，如果這個(gè)時(shí)候能及時(shí)預(yù)警，只需要及時(shí)維修或者更換軸承就能夠避免四天后出現(xiàn)的更劇烈的震動(dòng)峰值，第二個(gè)峰值的出現(xiàn)可能表示設(shè)備嚴(yán)重故障或者損壞，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)流水線(xiàn)，損失代價(jià)是慘重的。

我們的監(jiān)控系統(tǒng)采集到了異常信號(hào)但是缺少對(duì)實(shí)時(shí)信號(hào)分析的功能。為此SoC-e公司推出了CPPS-Gate40智能IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，行業(yè)內(nèi)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(huì)創(chuàng)新雜志對(duì)其進(jìn)行了報(bào)道，這個(gè)系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能夠?qū)?shí)時(shí)采集的信號(hào)數(shù)據(jù)（包括環(huán)境溫度、振動(dòng)情況等）進(jìn)行分析，同時(shí)不斷對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行訓(xùn)練，就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，通知維護(hù)人員進(jìn)行維修或者更換。

圖2 智能工廠(chǎng)系統(tǒng)部署

SoC-e公司開(kāi)發(fā)的CPPS-Gate40系統(tǒng)采用的是Xilinx Zynq SoC，設(shè)置了多種類(lèi)型的用戶(hù)接口，例如4個(gè)SFP 10/100/1000以太網(wǎng)卡槽、1個(gè)RS232串行接口、3個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入口和1個(gè)模擬輸入口、用戶(hù)界面（HMI）接口等。除此之外SoC-e公司還開(kāi)發(fā)了多種配套IP核資源，例如HSR-PRP以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換（HPS）協(xié)議、IEE 1588-2008標(biāo)準(zhǔn)精密時(shí)間同步協(xié)議、不同傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和融合等，利用Zynq SoC的可編程邏輯資源還能實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議，提高了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的靈活性。

圖3 SoC-e公司推出CPPS-Gate40智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)

第四次工業(yè)革命（指工業(yè)4.0）的到來(lái)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的發(fā)展，機(jī)器和系統(tǒng)都會(huì)變得更加智能和互連，這對(duì)很多硬件供應(yīng)商和系統(tǒng)設(shè)計(jì)公司來(lái)說(shuō)既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。