基于无线智能网络的生产资源拉动系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103376781 A (43)申请公布日 2013.10.30 CN 103376781 A *CN103376781A* (21)申请号 201210116606.2 (22)申请日 2012.04.20 G05B 19/418(2006.01) (71)申请人 华清科盛(北京)信息技术有限公司 地址 100079 北京市丰台区方庄桥东南角亚 胜铂第 A 座 2302 室 (72)发明人 王凡 吴杰 唐劼 (54) 发明名称 基于无线智能网络的生产资源拉动系统 (57) 摘要 本发明公开了一种基于无线智能网络的生产 资源拉动系统。 协调器网关建立无线网络， 网络中。

2、 的呼叫终端及按钮扩展箱通过按键来实现包括物 料、 工具及人员等在内的生产资源的拉动。 网络中 的路由器实现节点路由并扩展网络的节点容量， 上位机接收并处理生产资源的拉动请求。本发明 在现有无线拉动系统的基础上， 着重解决了无线 网络节点数增多带来的通讯稳定性问题， 以及无 线呼叫终端外接电缆的问题。因此更加适合大规 模节点的应用场合， 低功耗终端节点实现电池供 电， 方便系统的安装部署， 并确保了多节点并发业 务的通讯稳定。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图2。

3、页 (10)申请公布号 CN 103376781 A CN 103376781 A *CN103376781A* 1/2 页 2 1. 基于无线智能网络的生产资源拉动系统， 包括 ： 至少一个呼叫终端， 安装在生产线的对应工位上， 通过按下呼叫终端上的按钮在工位 上发送资源请求 ； 至少一个按钮扩展箱， 与所述呼叫终端通过线缆连接， 具有至少一个扩展按钮， 用于扩 展在工位上能够发送的资源请求的种类， 当按下扩展按钮时， 通过相连的呼叫终端发送扩 展的资源请求 ； 至少一个路由器， 与所述呼叫终端无线连接， 接收来自呼叫终端的资源请求和来自按 钮扩展箱的扩展资源请求 ； 至少一个协调器网关， 。

4、与路由器无线连接， 用于汇总经由路由器传递的资源请求， 并用 于建立和管理包括路由器和呼叫终端的无线智能网络 ； 至少一个上位机， 与所述协调器网关连接， 接收和处理协调器网关转发的资源请求， 以 根据资源请求拉动资源到达生产线上的对应工位。 2. 如权利要求 1 所述的生产资源拉动系统， 其中所述协调器网关包括 ： 上位系统接口， 用于与上位机连接 ； 网络创建模块， 用于建立以 IEEE802.15.4为基础的无线智能网络 ； 节点准入模块， 与网络创建模块和路由器相连， 接收来自路由器以及经由路由器从呼 叫终端的发送无线网络加入请求， 并且判断是否将其加入网络创建模块建立的无线智能网 络。

5、 ； 信息接收模块， 与路由器及上位系统接口相连， 经由路由器接收来自呼叫终端的资源 请求， 并通过上位系统接口向上位机传递 ； 信息发送模块， 与路由器及上位系统接口相连， 当上位机接收资源请求完毕， 通过信息 发送模块将指示资源请求接收状态的反馈信息经由路由器发送到对应的呼叫终端。 3. 如权利要求 2 所述的生产资源拉动系统， 其中， 节点准入模块， 对包括路由器和呼叫 终端在内的网络节点， 接收其发出的网络加入请求， 判断网络加入请求中的网络 ID 号和通 道号信息与已建立网络是否一致， 如果一致， 首先更新网络创建模块的路由表信息， 然后将 路由表信息通过信息发送模块更新至所述各网络。

6、节点， 完成网络节点入网。 4. 如权利要求 3 所述的生产资源拉动系统， 其中， 网络节点包含信号检测模块， 用于检 测无线信号强度， 如果无线信号强度低于阈值， 网络节点离开网络， 网络节点寻找信号强度 高于阈值的路由器， 通过该路由器发送无线网络加入请求到协调器网关的节点准入模块， 最后完成重新入网。 5. 如权利要求 2 所述的生产资源拉动系统， 其中， 上位系统接口包含连接诊断模块， 通 过定期向上位机发送心跳信号诊断连接情况， 如果诊断与上位机出现连接问题， 通过信息 发送模块发送诊断信息给包括路由器和呼叫终端在内的网络节点， 网络节点发出连接出现 问题的指示。 6. 如权利要求 。

7、2 所述的生产资源拉动系统， 其中， 上位机更新无线智能网络配置参数， 通过协调器网关的上位系统接口发送给协调器网关， 协调器网关通过信息发送模块以广播 形式发送给网络节点， 然后等待网络节点均收到更新配置参数后按照新的参数重新建立网 络， 等待网络节点重新加入， 网络节点收到更新的参数后按照新的参数重启， 连接重新建立 的网络。 权 利 要 求 书 CN 103376781 A 2 2/2 页 3 7. 如权利要求 1 所述的生产资源拉动系统， 其中， 协调器网关、 路由器和呼叫终端各自 包含FIFO通讯队列并采用握手机制， 需发送的信息在FIFO通讯队列排队， 同一时刻处理一 个发送请求，。

8、 通过握手机制获取接收端的发送成功反馈后， 再处理下一个发送请求。 8. 如权利要求 1 所述的生产资源拉动系统， 所述上位机通过以太网口、 WIFI 或者 GPRS 接口与协调器网关连接。 9. 如权利要求 1 所述的生产资源拉动系统， 所述路由器包含两套处理芯片， 实现向下 连接网络节点能力的扩展， 并支持冗余和互相备份数据， 路由器一个处理芯片失效后， 另一 个处理器能够接替继续工作。 10. 如权利要求 1 所述的生产资源拉动系统， 其中， 呼叫终端具有休眠与唤醒两种运行 模式， 可通过按钮触发或内部定时器将呼叫终端从休眠模式唤醒 ； 呼叫终端包含设备扩展 接口， 通过接口总线， 扩展。

9、出其他按钮及传感器。 权 利 要 求 书 CN 103376781 A 3 1/5 页 4 基于无线智能网络的生产资源拉动系统 技术领域 0001 本发明涉及一种生产资源拉动系统， 尤其涉及一种基于无线智能网络的生产资源 拉动系统。 背景技术 0002 生产资源拉动系统源自拉动式生产。与拉动式生产相对的是推动式生产。推动式 生产指的是， 每一工序都尽其所能生产而不管下一工序是否需要 ； 拉动式生产则要求后一 工序根据需要加工多少产品， 前一工序必须制造正好需要的物料。 0003 生产资源拉动系统则是指， 根据生产线工位的需求， 从供应链或相关部门在一定 时间内将指定的物料、 技术人员或者生产工。

10、具等补给配送到达生产线指定位置的系统。 0004 当前的生产资源拉动系统分为三种 ： 0005 (1) 有线型生产资源拉动系统， 在工位上安装有线呼叫终端， 通过工业总线将生产 线信息发送给上位机进行处理， 最终拉动生产资料到达指定工位。 0006 (2) 无线非组网型生产资源拉动系统， 以无线点对点方式代替工业总线的生产资 源拉动系统。 0007 (3) 无线组网型生产资源拉动系统， 呼叫终端加入无线网络， 通过无线网络传递生 产线信息的生产资源拉动系统。 0008 有线型生产资源拉动系统， 由于依靠工业总线， 安装时需要进行挖槽布线等工作， 如遇工艺调整， 需要大量的线缆改造， 不便于后期。

11、调整和维护。 而现有的无线生产资源拉动 系统也存在以下问题 ： 0009 (1) 由于没有解决多节点并发通讯存在可靠性问题， 无法构建超过 100 点以上的 无线网络 ； 0010 (2) 无线网络不能实现自组网、 自修复， 网络故障无法自行诊断和显示 ； 0011 (3) 呼叫终端按钮功能被限定， 不能扩展按钮及按钮功能， 也不能方便地配置和部 署 ； 0012 (4) 呼叫终端仍需外接电源线供电， 不能实现真正意义上的无线。 0013 因此， 有必要对现有无线生产资源拉动系统进行技术创新， 一方面提高网络性能， 并方便扩充按键及其功能， 满足更大规模应用需求 ； 另一方面改用电池供电， 真。

12、正实现呼叫 终端的无线。 发明内容 0014 本发明的目的是提供一种新型无线生产资源拉动系统， 在实现现有无线生产资源 拉动系统的功能基础上， 解决了无线网络节点数增多带来的通讯稳定性问题， 以及无线呼 叫终端仍需要外接电缆等问题。 0015 为实现上述目标， 本发明提供一种基于无线智能网络的生产资源拉动系统， 其特 征包括 ： 说 明 书 CN 103376781 A 4 2/5 页 5 0016 至少一个呼叫终端， 安装在生产线的对应工位上， 通过按下呼叫终端上的按钮在 工位上发送资源请求 ； 0017 至少一个按钮扩展箱， 与所述呼叫终端通过线缆连接， 具有至少一个扩展按钮， 用 于扩展。

13、在工位上能够发送的资源请求的种类， 当按下扩展按钮时， 通过相连的呼叫终端发 送扩展的资源请求 ； 0018 至少一个路由器， 与所述呼叫终端无线连接， 接收来自呼叫终端的资源请求和来 自按钮扩展箱的扩展资源请求 ； 0019 至少一个协调器网关， 与路由器无线连接， 用于汇总经由路由器传递的资源请求， 并用于建立和管理包括路由器和呼叫终端的无线智能网络 ； 0020 至少一个上位机， 与所述协调器网关连接， 接收和处理协调器网关转发的资源请 求， 以根据资源请求拉动资源到达生产线上的对应工位。 0021 所述的基于无线智能网络的生产资源拉动系统， 所述协调器网关包括 ： 0022 上位系统接。

14、口， 用于与上位机连接 ； 0023 网络创建模块， 用于建立以 IEEE802.15.4 为基础的无线智能网络 ； 0024 节点准入模块， 与网络创建模块和路由器相连， 接收来自路由器以及经由路由器 从呼叫终端的发送无线网络加入请求， 并且判是否将其加入网络 ； 0025 信息接收模块， 与路由器及上位系统接口相连， 经由路由器接收来自呼叫终端的 资源请求， 并通过上位系统接口向上位机传递 ； 0026 信息发送模块， 与路由器及上位系统接口相连， 当上位机接收资源请求完毕， 通过 信息发送模块将指示资源请求接收状态的反馈信息经由路由器发送到对应的呼叫终端。 0027 所述的生产资源拉动系。

15、统， 其中， 节点准入模块， 对包括路由器和呼叫终端在内的 网络节点， 接收其发出的网络加入请求， 判断网络加入请求中的网络 ID 号和通道号信息与 已建立网络是否一致， 如果一致， 首先更新网络创建模块的路由表信息， 然后将路由表信息 通过信息发送模块更新至所述各网络节点， 完成网络节点入网。 0028 所述的生产资源拉动系统， 其中， 网络节点包含信号检测模块， 用于检测无线信号 强度， 如果无线信号强度低于阈值， 网络节点离开网络， 网络节点寻找信号强度高于阈值的 路由器， 通过该路由器发送无线网络加入请求到协调器网关的节点准入模块， 最后完成重 新入网。 0029 所述的生产资源拉动系。

16、统， 其中， 上位系统接口包含连接诊断模块， 通过定期向 上位机发送心跳信号诊断连接情况， 如果诊断与上位机出现连接问题， 通过信息发送模块 发送诊断信息给包括路由器和呼叫终端在内的网络节点， 网络节点发出连接出现问题的指 示。 0030 所述的生产资源拉动系统， 其中， 上位机更新无线智能网络配置参数， 通过协调器 网关的上位系统接口发送给协调器网关， 协调器网关通过信息发送模块以广播形式发送给 网络节点， 然后等待网络节点均收到更新配置参数后按照新的参数重新建立网络， 等待网 络节点重新加入， 网络节点收到更新的参数后按照新的参数重启， 连接重新建立的网络。 0031 所述的生产资源拉动系。

17、统， 其中， 协调器网关、 路由器和呼叫终端各自包含 FIFO 通讯队列并采用握手机制， 需发送的信息在 FIFO 通讯队列排队， 同一时刻处理一个发送请 求， 通过握手机制获取接收端的发送成功反馈后， 再处理下一个发送请求。 说 明 书 CN 103376781 A 5 3/5 页 6 0032 所述的生产资源拉动系统， 所述上位机通过以太网口、 WIFI 或者 GPRS 接口与协调 器网关连接。 0033 所述的生产资源拉动系统， 所述路由器包含两套处理芯片， 实现向下连接网络节 点能力的扩展， 并支持冗余和互相备份数据， 路由器一个处理芯片失效后， 另一个处理器能 够接替继续工作。 00。

18、34 所述的生产资源拉动系统， 其中， 呼叫终端具有休眠与唤醒两种运行模式， 可通过 按钮触发或内部定时器将呼叫终端从休眠模式唤醒 ； 呼叫终端包含设备扩展接口， 通过接 口总线， 扩展出其他按钮及传感器。 0035 本发明所述的基于无线智能网络的生产资源拉动系统的有益效果是 ： 0036 (1) 增加了网络的无线网络节点并解决了节点增加的通讯稳定性问题 ； 0037 (2) 实现了无线网络自组网、 自修复和自诊断， 提高无线网络的鲁棒性 ； 0038 (3) 呼叫终端可以扩展按钮， 降低系统成本 ； 0039 (4) 呼叫终端休眠模式实现低功耗和电池供电， 无需外接电缆供电。 0040 通过。

19、以下具体实施描述并结合附图， 本发明将被阐述得更加清晰， 以下是附图说 明， 用于解释本发明的实施例。 附图说明 0041 图 1 为所述基于无线智能网络的生产资源拉动系统的业务流程图 0042 图 2 为所述基于无线智能网络的生产资源拉动系统的网络架构图 0043 图 3 为所述基于无线智能网络的生产资源拉动系统的通讯机制图 0044 图 4 为所述基于无线智能网络的生产资源拉动系统的协调器网关功能模块图 具体实施方式 0045 图 1 为本发明的一个实施例的示意图。如图 1 所示， 所述生产资源拉动系统包括 3 个呼叫终端， 1 个路由器、 1 个协调器网关和 1 台上位机。 0046 根。

20、据工厂具体需求， 在容易出现缺料、 容易出现设备故障以及需要更换工具的工 位确定安装呼叫终端， 用以发出物料请求呼叫、 质量请求呼叫和工具请求呼叫等。 根据工位 的布局和每个路由器的连接网络节点的能力， 确定路由器的安装位置位于所覆盖工位的厂 房上方。 根据部署路由器的位置分布， 以及上位机在厂区的位置部署， 确定协调器网关的安 装位置。 0047 上述呼叫终端、 路由器、 协调器网关安装完毕， 并确保内部写入的网络参数一致之 后， 首先为协调器网关接通电源， 建立无线智能网络 ； 然后按照与协调器网关的距离由近及 远， 分批地先接通路由器， 再为其所覆盖的呼叫终端上电， 以保证每个路由器与覆。

21、盖范围内 的呼叫终端连接 ； 按照上述方法分批接通所有网络节点， 可使网络拓扑结构与设计相符合。 0048 最后上位机连接到协调器网关， 通过上位机的图形界面查看当前网络拓扑结构是 否满足设计要求。 0049 下面说明图 1 所示的基于无线智能网络的生产资源拉动系统的运作过程， 步骤 是 ： 0050 S01 ： 通过按下呼叫终端的按钮发起资源请求， 这些呼叫请求包括物料缺少的物料 说 明 书 CN 103376781 A 6 4/5 页 7 呼叫、 生产质量问题的人员呼叫， 以及生产工具的呼叫 ； 0051 S02 ： 协调器网关负责接收呼叫终端经由路由器传递的资源请求， 然后协调器网关 统。

22、一转发给上位机 ； 0052 S03 ： 上位机收集上述资源请求后经集中处理发布到看板上， 驱动对应部门完成物 料配送、 技术人员派遣和工具配送工作， 从而实现生产资源的拉动。 0053 图 2 为本发明的网络架构图。如图 2 所示， 所述无线生产资源拉动系统的无线网 络是一个树形结构， 由一个协调器网关建立和管理， 多个路由器和呼叫终端组成。 其中控制 网络拓扑结构为协调器网关下面只连接路由器， 每个路由器下边有多个呼叫终端连接。每 个工位安装一个呼叫终端， 如果工位有多种呼叫需求， 则增加按钮扩展箱实现。 一定范围内 的呼叫终端共享一个路由器， 通过路由器之间的串级连接， 实现在厂区内大面。

23、积网络覆盖 的需求。 其中， (1)协调器网关的节点准入模块， 对包括路由器和呼叫终端在内的网络节点， 接收其发出的网络加入请求， 判断网络加入请求中的网络 ID 号和通道号信息与已建立网 络是否一致， 如果一致则可完成网络节点自行入网。 (2)由于障碍物阻挡呼叫终端和所连接 路由器， 网络节点的信号检测模块检测无线信号强度低于阈值会主动离开网络， 然后寻找 信号强度高于阈值的路由器， 发送无线网络加入请求， 最后完成重新入网和网络的自修复。 (3) 协调器网关的上位系统接口包含连接诊断模块， 通过定期向上位机发送心跳信号诊断 连接情况， 如诊断与上位机出现连接问题， 通过信息发送模块发送给包。

24、括路由器和呼叫终 端在内的网络节点， 网络节点上的指示灯闪烁显示连接问题， 提示生产线上的工人和技术 人员及时找出故障原因。以上 3 点为构建包含大规模节点的无线网络提供鲁棒性环境。 0054 图 3 为本发明的通讯机制图。如图 3 所示， 本发明的一个实施例中， 由于支持大规 模的网络节点， 要同时处理更多的通讯信息， 需要保证所有的通讯信息都能准确地被发送 和接受。因此实施例在 IEEE802.15.4 的协议基础上， 增加了如图示 “送达确认” 的通讯校 验机制， 保证所有 “发送信息” 都有 “到达信息” 作为反馈信息， 如果没有 “到达信息” 则表示 发送失败， 需要进行重发。另外在。

25、本发明的实施例中， 在 IEEE802.15.4 的协议基础上， 增加 了 FIFO 通讯队列， 保证同一时间只有一条发送请求被处理， 避免网络节点大规模并发消息 造成的信息丢失和发送失败， 为支持大规模节点的无线网络， 提供了通讯稳定性保障。 0055 图 4 为本发明所述的协调器网关的功能模块图。如图 4 所示， 协调器网关主要包 括上位系统接口 ( 含连接诊断模块 )、 网络创建模块、 节点准入模块、 信息接收模块、 信息发 送模块， 另外， FIFO 通讯队列用来协调信息接收模块和信息发送模块的具体工作顺序。 0056 上位系统接口用于与上位机连接， 其中的连接诊断模块用来诊断与上位机。

26、出现连 接问题 ； 0057 网络创建模块用于建立以 IEEE802.15.4 为基础的无线智能网络 ； 0058 节点准入模块， 与网络创建模块和路由器相连， 接收来自路由器以及经由路由器 从呼叫终端的发送无线网络加入请求， 并且判断是否将其加入网络创建模块建立的无线智 能网络 ； 0059 信息接收模块， 与路由器及上位系统接口相连， 经由路由器接收来自呼叫终端的 资源请求， 并通过上位系统接口向上位机传递 ； 0060 信息发送模块， 与路由器及上位系统接口相连， 当上位机接收资源请求完毕， 通过 信息发送模块将指示资源请求接收状态的反馈信息经由路由器发送到对应的呼叫终端。 说 明 书 。

27、CN 103376781 A 7 5/5 页 8 0061 在本发明的实施例中， 支持双核路由器， 一方面， 增加了路由器覆盖范围的能够连 接呼叫终端的数目 ； 另一方面， 双核处理实现了数据的互为备份， 一旦一个处理器因故障停 止工作， 另一个处理器可以马上接替其工作， 提高了系统的稳定性。 0062 在本发明的实施例中， 呼叫终端支持休眠和唤醒两种运行模式。由于生产资源的 呼叫是间歇性的， 呼叫终端不用一直处于唤醒模式。在呼叫终端中设置休眠时间远大于唤 醒时间， 可通过按钮触发或内部定时器将呼叫终端从休眠模式唤醒， 执行完呼叫请求后马 上进入休眠模式， 从而实现呼叫终端的低功耗运行， 可使用电池代替电源线。 无需外接电源 线， 完全实现呼叫终端的无线， 更加方便系统的安装部署和调整。 0063 以上结合实施例对本发明进行了描述， 但本发明不局限于以上解释的实施例， 还 应包含根据本发明是指进行的修改、 等效组合。 说 明 书 CN 103376781 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103376781 A 9 2/2 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103376781 A 10 。