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力创工业物联网虚拟仿真教学新模式,NI助力天津大学方案闪耀院校教育界

  2018年08月24日  

  工业物联网教学中的关键点在于能与实际工业场景对接,面?#38498;?#37327;的工业物联网设备的接入以?#26696;?#26434;度越来越高的工业场景,单一方面的概念讲授以及基础验证性的实验已经不足以培养出具备实际工业物联网应用与开发能力的学生。

  如何能从现有的概念性、本地化的教学方法?#22411;?#30772;,从真正的工业应用出发,将实际的工业对象与功能完备的工业云?#25945;?#24102;入到教学当中是当前工业物联网教学的一大挑战。NI帮助天津大学成功实现工业4.0与物联网专业在教学领域的落地

  天津大学是如何开展工业物联网教学计划的?

  作为新工科建设的发起者之一的天津大学十分重视工业4.0与物联网专业在教学领域的落地。依托精密仪器与光电子工程学院,建立远程监控开放实验室,为工业物联网教学提供现代化实验?#25945;ā?/FONT>

  以模拟实际工况的旋转机械故障诊断试验台为实验对象,采用具有多核处理器及FPGA资源的边缘计算硬件对实验对象进行监测与控制,利用工业级的系统管理软件对系统进?#22411;?#19968;调度。

  从而,在教学过程中取得最好的效果:

  一方面能兼顾传感器、执行器、数据采集、控制系?#22330;?#25968;据传输的基础概念的传达;

  另一方面能够帮助学生体验复杂工业场景中的工业物联网架构、大数据分析以及云?#25945;?#30340;应用,通过远程访问对象终端。

  项目如何继续开展下去?

  首先确定核心方向——远程监测虚拟仿真教学系统建设两大核心板块:具有实际对象的工业联网实验?#25945;?#19982;工业级的系统管理软件。

  3个角度透视 NI 工业物联网实验?#25945;?/FONT>

  1.NI工业物联网?#25945;?#19982;实际教学深度融合

  NI的工业物联网实验?#25945;?#30001;传感器与试验台、cRIO采集设备、SystemLink软件?#25945;?#19977;部分组成。

  其中传感器与试验台用于演示整个系统工作过程。cRIO硬件?#25945;?#21253;括采集和控制?#25945;?#35774;备,其中采集设备连接试验台,用来采集试验台传感器数据,通过cRIO嵌入式操作系统中部署的软件,将采集到的数据传输给SystemLink软件?#25945;ǎ?#35813;软件?#25945;?#23433;装运行在PC机上,可以实现基于WEB页面的设备状态监测、部署、显示及预警。

  具有实际对象的工业物联网实验?#25945;?/FONT>

  cRIO硬件?#25945;?#20855;有搭载实时系统的多核处理器及可重配置的现场可编程逻辑门阵列(FPGA)及相应的模块I/O硬件,通过图形化的编程方式,实现高速边缘计算。借助该硬件?#25945;ǎ?#21487;获得高性能I/O和前所?#20174;?#30340;系统实时控制灵活性,从而构建工业物联网的终端架构。

  总而言之,基于RIO架构的智能终端可以通过通用的工业协议实现互联,拓展成为大规模、分布式的工业系统集?#28023;?#30495;正实现工业物联网和大数据的需求。

  在该系统?#26657;?#19978;位机PC与下位机cRIO系统之间通过TCP/IP协议进?#22411;?#35759;,通过人机交互或系统设定,PC机发送命令序列至cRIO,进而控制cRIO上运行的软件以及驱动程序来实现对硬件的操作以得到数据,并通过对数据的分析和处理来实现系统功能,数据采集、谐波分析等功能都在cRIO数据采集系统上完成。与?#36865;?#26102;模块化程度极高的c模块可以实现动态和静态信号的高效采集,与传感器无缝连接。

  2.?#26412;?#20013;航科讯提供旋转机械故障仿真模型

  ?#36865;猓?#22312;此工业物联网实验?#25945;ㄖ校?#36824;采用了由?#26412;?#20013;航科讯?#38469;?#26377;限公司开发的旋转机械故障仿真模型,旋转机械故障仿真模型由包括电机、控制器、台架、转子试验件等组成。

  通过安装在?#25945;?#19978;的加速度传感器、编码器、涡流传感器等进行数据采集,可进行机械设备状态监测和电机状态监测实验。同时设备可以实现本地与远程控制两种模式,输出轴荷载可自定义调节。该模型展现的是一个典型的工业应用问题,包含?#26031;?#38556;呈现、传感器监测、设备控制、远程监控等多个?#26041;凇?/FONT>

  基于工业级系统管理软件:可远程访问灵活配置

  接下来聊一下软件部分,该系统采用工业级系统管理软件SystemLink,底层使用LabVIEW进行边缘算法的定义,实现系统功能控制、加速度曲线显示、速度均方根值显示、位移曲线显示、振动信号轴心显示、振动信号频谱分析等分析功能。

  SystemLink功能到?#23376;?#22810;强大,继续往下看就知道了:

  SystemLink系统管理软件,为分布式测试测量和控制解决方案提供了集中管理功能。直观的Web应用程序可让您使用包含软件部署、设备配置和诊断在内的功能来管理多个网络化系?#22330;?/FONT>

  SystemLink还提供安全、可扩展的数据服务和LabVIEWAPI。可支持的硬件包括PXI(Windows操作系统)、 CompactRIO(NI Linux Real-Time操作系统)和Windows PC 。系统实现通过Web页面进行分布式设备管理、软件发布与管理、数据通信与文件传输。同时,可在SystemLink上自定义用户界面,与实验对象进行交互。

  SystemLink提供了兼容范围广的开箱即用硬件设备,具有一系列灵活的模拟和数字传感器输入选项。借助CompactRIO?#25945;ǎ?#33021;够以经济高效的方式将设备进行批量部署,具有系统可扩展的特性。

  SystemLink软件可支持多用户登陆浏览以及云端访问,实现分布式测控?#25945;ǎ?#35813;?#25945;?#21487;根据被测对象的数量灵活配置增加硬件监测系统数量。

  另外,基于本?#25945;?#36824;可将人工智能与工业对象进行有机结合,通过LabVIEW中的声音与振动工具包以及机器学习工具包,将系统中采集的数据进行多角度深层次的分析,实现系统的预测性维护。

  天津大学远程监测虚拟仿真项目成绩斐然

  在以实际工况为基础的实验?#25945;?#20197;及工业级的系统管理与监测环境下,天津大学基于cRIO、LabVIEW、SystemLink组建了远程监测虚拟仿真教学实验室,该系统由?#26412;?#20013;航科讯?#38469;?#26377;限公司(www.bjzhkx.com)开发,为工业物联网教学方案的打造填上了浓墨重彩的一笔。

  这样的教学系统帮助老师提供了测控类教学的通用场景,满足了老师对于高性能的教学展示?#25945;?#30340;需求,同时实现了测控系统的网页发布,从而时学生可以随时访问到教学?#25945;ǎ?#22686;进了教学的效率。

  NI的SystemLink系统在教学领域上实现了开创性的创新,将传统工业化领域中晦涩难以描述的数据以更加直观现代化的方式实现了用户与数据的交互,也给予我们高校使用中很大的启发。

  —— 天津大学 时尧

标签:NI 工业物联网我要反馈
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