Name: اتصال البيانات على أساس MQTT في عملية بثق البوليمر (فيديو) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-07-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 15 s
Description: اكتشف طريقة مرنة لاتصال البيانات في معالجة البوليمر باستخدام بروتوكول MQTT. يتيح هذا النظام مراقبة بيانات البثق في الوقت الفعلي من أجهزة متعددة عبر الإنترنت.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

تم دعم هذه الدراسة من قبل برنامج البحوث الذي تموله SeoulTech (جامعة سيول الوطنية للعلوم والتكنولوجيا).

1. تثبيت وسيط
ملاحظة: لمراقبة بيانات المعالجة وتسجيلها عبر الإنترنت ، يجب إعداد نظام كمبيوتر ينقل البيانات. وينبغي أن يكون النظام متاحا من الناشرين والمشتركين على حد سواء كما هو مبين في الشكل 2. وبالتالي ، يجب أن يكون لها عنوان IP عام معروف قبل أي اتصال. يتم تثبيت وسيط MQTT مفتوح يسمى Eclipse Mosquitto على النظام13.
<ol><li>قم بتوصيل جهاز كمبيوتر بالإنترنت مع إعطاء عنوان IP عام. أعط العنوان في إعداد IP لنظام التشغيل.</li>
	<li>قم بتثبيت برنامج وسيط مثل Eclipse Mosquitto على الكمبيوتر. قم بتنزيل ملف التثبيت باستخدام متصفح وقم بتنفيذه.</li>
	<li>اختبار وسيط مع برنامج اختبار مثل عدسة MQTT. قم بتنزيل عدسة MQTT باستخدام متصفح وتثبيته. بعد ذلك، تأكد من الاشتراك في الرسائل المنشورة.</li>
</ol>2. إعداد الناشر الرئيسي
ملاحظة: يقوم هذا الكمبيوتر بنشر بيانات الجهاز عبر MQTT عبر TCP إلى الوسيط. يجب تفسير البيانات القديمة وإعادة تعبئتها لإرسالها. يمكن القيام بذلك عادة عن طريق RS485 أو Ethernet. يجب التحقق من الاتصال على مستوى الأجهزة اعتمادا على نوع الناقل. ترسل آلة البثق البيانات عبر Modbus من خلال منفذ Ethernet.
<ol><li>ضع جهاز كمبيوتر فعليا في موقع الجهاز وقم بإعداده كناشر رئيسي. ملاحظة: على الرغم من أنه ليس إلزاميا ، فقد تم اختيار كمبيوتر صناعي في هذا العمل.</li>
	<li>قم بتثبيت Python3 على الكمبيوتر. قم بتنزيل ملف المثبت باستخدام متصفح وقم بتنفيذه.</li>
	<li>تثبيت PyModbus16. قم بتنزيل ملف المثبت باستخدام متصفح وقم بتنفيذه.</li>
	<li>افحص وحدة التحكم في البثق باستخدام HMI الذي يتحكم في الجهاز وقم بتوصيل وحدة التحكم في البثق بالناشر الرئيسي.</li>
	<li>حدد البيانات والعنوان المقابل في بروتوكول Modbus بالكامل من الجهاز باستخدام أداة Modbus مثل ModbusPoll أو QModMaster. تأكد من عرض بيانات الجهاز المرسلة في الخلايا المقابلة لأداة Modbus.</li>
	<li>اكتب تعليمة برمجية ل Python على كمبيوتر الناشر الذي يقوم باسترداد البيانات من وحدة التحكم في البثق. ملاحظة: فيما يلي مثال على التعليمات البرمجية: من pyModbusTCP.client استيراد ModbusClient العميل = ModbusClient(host="192.168.1.***", port=***, unit_id=***) client.open() ExtrusionData = str(client.read_holding_registers(1000, 58))</li>
	<li>دمج تدفقات بيانات إضافية من الأجهزة الأخرى عبر PCIe وUSB وRS232 وRS485. ملاحظة: هذا واضح. بمجرد الحصول على سلسلة بيانات إضافية ، ما عليك سوى إضافة البيانات إلى دفق البيانات الحالي ، والذي يتم بواسطة التعليمة البرمجية التالية: البثق البيانات += البيانات الإضافية</li>
	<li>استيراد paho.mqtt.client بعد تثبيت paho-mqtt عن طريق نقطة تثبيت paho-mqtt17 .</li>
	<li>تنفيذ التعليمات البرمجية للاتصال ونشر البيانات إلى الوسيط. ملاحظة: راجع مثال التعليمات البرمجية التالي: url="117.xx.xxx.xx"; المنفذ = 1883; اسم المستخدم = "****"; كلمة المرور = "xxxxx" ؛ الموضوع = "الطارد" mqttc = mqtt. العميل() mqttc.username_pw_set (اسم المستخدم، كلمة المرور) mqttc.connect(host=url, port=port) mqttc.loop_start() ExtrusionData = str(client.read_holding_registers(1000, 58)) Pub1= mqttc.publish(topic, ExtrusionData)) Pub1.wait_for_publish()</li>
</ol>3. إعداد الناشر الإضافي
ملاحظة: يقوم هذا الكمبيوتر أيضا بنشر بيانات الجهاز عبر MQTT عبر TCP إلى الوسيط. في بعض الأحيان ، يلزم إجراء قياس إضافي لا يمكن إجراؤه على الناشر الرئيسي. يمكن لأجهزة إنترنت الأشياء (IoT) مثل Raspberry Pi و Arduino أن تأخذ هذا الدور. في هذا العمل ، تم استخدام Raspberry Pi لبيانات درجة الحرارة وبيانات الإضاءة. يشبه الإجراء قسم البروتوكول 2.
<ol><li>ضع Raspberry Pi بالقرب من موقع المستشعر. ملاحظة: نظرا لأن مسافة الأسلاك محدودة، لا يمكن وضع Raspberry Pi بعيدا جدا عن موقع القياس. ومع ذلك ، نظرا لأن المنطقة المجاورة للطارد ساخنة جدا ، يجب وضع الجهاز على بعد 1 متر على الأقل من موقع القياس.</li>
	<li>قم بتثبيت Python3 على Raspberry Pi بواسطة الأوامر التالية في سطر الأوامر: sudo apt update sudo apt install Python3 idle3</li>
	<li>قم بتنفيذ التعليمات البرمجية للحصول على بيانات المستشعر. يمكن نقل بيانات المستشعر عبر I2C أو GPIO. ملاحظة: ارجع إلى مثال التعليمات البرمجية التالي للحصول على بيانات درجة حرارة إضافية عبر GPIO: من max6675 استيراد MAX6675 cs_pin1 = 24; clock_pin1 = 25; data_pin1 = 18 cs_pin2 = 9; clock_pin2 = 11; data_pin2 = 19 الوحدات = "C" المزدوجات الحرارية1 = MAX6675 (cs_pin1، clock_pin1، data_pin1، الوحدات) المزدوجات الحرارية2 = MAX6675 (cs_pin2، clock_pin2، data_pin2، الوحدات) T1 = المزدوجات الحرارية1.get() T2 = المزدوجات الحرارية2.get()</li>
	<li>استيراد paho.mqtt.client.</li>
	<li>أعد استخدام الرمز في القسم 2 للاتصال بالبيانات ونشرها على الوسيط.</li>
</ol>4. إعداد المشترك
ملاحظة: قد تتلقى أي أجهزة على الإنترنت بيانات المعالجة عبر الوسيط. تتم معالجة البيانات وتصورها أيضا بواسطة رمز بايثون. في حالة صعوبة التطوير ، يمكن استخدام التطبيقات المتاحة مثل MQTT Client في Google Play و MQT Tool في App Store. نظرا لأن تنفيذ واجهة المستخدم طويل جدا ، فلا يتم وصف التفاصيل هنا. لاحظ أيضا أن التطبيقات الحالية مثل أداة MQT في App Store يمكنها تلقي البيانات.
<ol><li>قم بإشراك جهاز للاشتراك في الإنترنت. تأكد من اتصال كابل فعلي ثم قم بتنفيذ ping إلى IP الوسيط على سطر الأوامر (على سبيل المثال ، ping 117.xx.xxx.xx).</li>
	<li>قم بتثبيت بيئة Python مناسبة اعتمادا على الجهاز ونظام التشغيل. على سبيل المثال ، قم بتثبيت Pydroid3 على جهاز Android بدلا من Python3 من Google Play.</li>
	<li>استيراد كل من paho.mqtt.client و paho.mqtt.subscribe للاتصال وتلقي البيانات من الوسيط. ملاحظة: راجع مثال التعليمات البرمجية التالي: استيراد paho.mqtt.client ك mqtt استيراد paho.mqtt.subscribe كاشتراك url="117.xx.xxx.xx"; المنفذ = 1883; اسم المستخدم = "****"; كلمة المرور = "xxxxx" ؛ الموضوع = "الطارد" mqttc.username_pw_set (اسم المستخدم وكلمة المرور) mqttc.connect(host=url, port=port) mqttc.subscribe(الموضوع، 0) mqttc.loop_start() Sub1 = subscribe.simple(الموضوع، اسم المضيف=url) ExtruderData = Sub1.payload.decode("utf-8")</li>
	<li>قم بإنشاء واجهة مستخدم كما هو مطلوب باستخدام PyQT5. ملاحظة: هذا الجزء طويل جدا ويركز على التمثيل الرسومي للبيانات المستلمة بدلا من الاتصال. يتم توفير الرمز المقابل كبيانات تكميلية.</li>
	<li>عرض البيانات الواردة على واجهة المستخدم الرسومية عن طريق تنفيذ التعليمات البرمجية المبنية.</li>
</ol>5. تسجيل البيانات
ملاحظة: يمكن كتابة بيانات المعالجة في قاعدة بيانات أثناء المراقبة. في هذا العمل ، تم اختيار قاعدة بيانات على نطاق المختبر. يتم توصيل البيانات بملف Microsoft Access للكتابة والاسترداد بسهولة من كمبيوتر المستخدم. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إنشاء جدول على الفور بواسطة استعلام لتحليل البيانات في جدول بيانات مثل Microsoft Excel.
<ol><li>حدد جهاز مشترك لتسجيل البيانات.</li>
	<li>استيراد pyodbc عن طريق تنفيذ "pip install pyodbc" على سطر الأوامر لرمز Python للوصول إلى قاعدة البيانات كما هو موضح في الشكل 318.</li>
	<li>أرسل استعلاما إلى قاعدة البيانات بواسطة رمز Python لتسجيل بيانات المعالجة. ارجع إلى رمز بايثون في الشكل 3 لمعرفة الطريقة.</li>
	<li>إرسال استعلام إلى قاعدة البيانات لاسترجاع البيانات المسجلة. ملاحظة: يرد أدناه مثال على التعليمات البرمجية لاسترجاع البيانات: استيراد pyodbc x ل x في pyodbc.drivers() إذا كان x.startswith('برنامج تشغيل Microsoft Access')] conn_str = ( r'DRIVER={برنامج تشغيل Microsoft Access (*.mdb, *.accdb)};' r'DBQ=C:\Users\data_analysis\db1.accdb;' ) cnxn = pyodbc.connect(conn_str) crsr = cnxn.cursor() للحصول على table_info في crsr.tables(tableType = 'TABLE'): طباعة (table_info.table_name) sql = """\ اختر * من Process_Condition """ crsr = cnxn.execute(sql) للصف في crsr: RetrievedData = pd.read_sql(sql, cnxn) crsr.close() cnxn.close()</li>
</ol>6. النشر
ملاحظة: إذا كان من الممكن توصيل جميع الأجهزة بالإنترنت، فسيكون الإعداد بسيطا. ومع ذلك، لتأمين البيانات من جانب الجهاز، يمكن أن يكون الناشرون في الإنترانت فقط. في هذه الحالة ، يمكن أن يكون الوسيط بوابة للإنترنت. لكي يكون الأمر كذلك ، يجب أن يكون الوسيط مجهزا باثنين من محولات إيثرنت ، يجب أن يكون لأحدهما عنوان IP عام. بعد تطوير جميع العناصر ، يجب نشر الرموز على كل جهاز كما هو موضح في الشكل 4. وضع الاتصال ، السلكي أو اللاسلكي ، ليس مهما ، ولكن يجب تأمينه حتى يتمكن كل جهاز من الوصول إلى الوسيط. وهذا يعني أن الوسيط يمكن أن يعمل كبوابة على الحدود بين الإنترانت والإنترنت لأغراض أمنية. بالطبع ، حتى لو تعرضت جميع الأجهزة للإنترنت ، فلا توجد مشكلة من وجهة نظر الاتصال.
<ol><li>قم بتوصيل وحدة التحكم في البثق والناشر الرئيسي والناشرين الإضافيين بمنفذ إنترانت عبر الإيثرنت.</li>
	<li>قم بتوصيل منفذ إيثرنت واحد من الوسيط بالإنترانت والآخر بالإنترنت.</li>
	<li>قم بتوصيل المشتركين بالإنترنت عن طريق تكرار الخطوة 4.1 لهم جميعا.</li>
</ol>7. التنفيذ
ملاحظة: لاختبار النظام بأكمله ، بدأنا خط البثق وقمنا بتشغيل جميع رموز Python و Mosquitto.
<ol><li>ابدأ عملية البثق. على HMI الخاص بالجهاز ، اضبط درجات الحرارة وقم بتشغيل السخان عن طريق لمس الزر الموجود على شاشة HMI. بمجرد الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة ، ابدأ دوران المسمار لبثق ذوبان البوليمر.</li>
	<li>قم بتشغيل جميع أجهزة الكمبيوتر ، وابدأ تشغيل برنامج الوسيط على جهاز الوسيط بواسطة الأمر "net start mosquitto" ، ثم قم بتشغيل رموز Python لمراقبة بيانات المعالجة وتسجيلها حسب الحاجة. ملاحظة: يمكن عكس ترتيب الخطوة 7.1 والخطوة 7.2. يمكن تنفيذ رموز Python ببساطة عن طريق كتابة "python3 xxxxx.py" في سطر الأوامر متبوعا بالضغط على Enter. أضف هذا الأمر إلى برامج بدء التشغيل لتجنب كتابة الأمر في كل مرة يتم فيها إعادة تشغيل الجهاز.</li>
</ol>

<ol><li>Shafiq, S. I., Szczerbicki, E., Sanin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proposition+of+the+methodology+for+Data+Acquisition%2C+Analysis+and+Visualization+in+support+of+Industry+4.0%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+Computer+Science%22%5BJournal%5D)">Proposition of the methodology for Data Acquisition, Analysis and Visualization in support of Industry 4.0.</a> Procedia Computer Science. 159, 1976-1985 (2019).</li>
<li>Dilda, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Manufacturing%3A+Analytics+unleashes+productivity+and+profitability%5BTitle%5D)+AND+%22McKinsey+%26+Company%22%5BJournal%5D)">Manufacturing: Analytics unleashes productivity and profitability.</a> McKinsey & Company. , https://www.mckinsey.com/business-functions/operations/our-insights/manufacturing-analytics-unleashes-productivity-and-profitability (2017).</li>
<li>Ismail, A., Truong, H. L., Kastner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Manufacturing+process+data+analysis+pipelines%3A+A+requirements+analysis+and+survey%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Big+Data%22%5BJournal%5D)">Manufacturing process data analysis pipelines: A requirements analysis and survey.</a> Journal of Big Data. 6, 1(2019).</li>
<li>Nwanya, S. C., Udofia, J. I., Ajayi, O. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+machine+downtime+in+the+plastic+manufacturing%5BTitle%5D)+AND+%22Cogent+Engineering%22%5BJournal%5D)">Optimization of machine downtime in the plastic manufacturing.</a> Cogent Engineering. 4 (1), 1335444(2017).</li>
<li>Zhou, T., Song, Z., Sundmacher, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Big+data+creates+new+opportunities+for+materials+research%3A+A+review+on+methods+and+applications+of+machine+learning+for+materials+design%5BTitle%5D)+AND+%22Engineering%22%5BJournal%5D)">Big data creates new opportunities for materials research: A review on methods and applications of machine learning for materials design.</a> Engineering. 5 (6), 1017-1026 (2019).</li>
<li>Rousopoulou, V., Nizamis, A., Thanasis, V., Ioannidis, D., Tzovaras, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predictive+maintenance+for+injection+molding+machines+enabled+by+cognitive+analytics+for+Industry+4.0%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Artificial+Intelligence%22%5BJournal%5D)">Predictive maintenance for injection molding machines enabled by cognitive analytics for Industry 4.0.</a> Frontiers in Artificial Intelligence. 3, 578152(2020).</li>
<li>Mamo, F. T., Sikora, A., Rathfelder, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Legacy+to+Industry+4.0%3A+A+Profibus+Sniffer%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics%3A+Conference+Series%22%5BJournal%5D)">Legacy to Industry 4.0: A Profibus Sniffer.</a> Journal of Physics: Conference Series. 870, 012002(2017).</li>
<li>Figueroa-Lorenzo, S., Añorga, J., Arrizabalaga, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+role-based+access+control+model+in+Modbus+SCADA+systems.+A+centralized+model+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">A role-based access control model in Modbus SCADA systems. A centralized model approach.</a> Sensors. 19 (20), 4455(2019).</li>
<li>Schleipen, M., Gilani, S. -S., Bischoff, T., Pfrommer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OPC+UA+%26+Industrie+4.0+-+Enabling+technology+with+high+diversity+and+variability%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+CIRP%22%5BJournal%5D)">OPC UA & Industrie 4.0 - Enabling technology with high diversity and variability.</a> Procedia CIRP. 57, 315-320 (2016).</li>
<li>Nițulescu, I. -V., Korodi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Supervisory+control+and+data+Acquisition+approach+in+node-RED%3A+Application+and+discussions%5BTitle%5D)+AND+%22IoT%22%5BJournal%5D)">Supervisory control and data Acquisition approach in node-RED: Application and discussions.</a> IoT. 1, 76-91 (2020).</li>
<li>Perez-Lopez, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SCADA+systems+in+the+industrial+automation%5BTitle%5D)+AND+%22Tecnolog%C3%ADa+en+Marcha%22%5BJournal%5D)">SCADA systems in the industrial automation.</a> Tecnología en Marcha. 28 (4), 3-14 (2015).</li>
<li>Andersen, D. L., Ashbrook, C. S. A., Karlborg, N. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Significance+of+big+data+analytics+and+the+internet+of+things+%28IoT%29+aspects+in+industrial+development%2C+governance+and+sustainability%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Intelligent+Networks%22%5BJournal%5D)">Significance of big data analytics and the internet of things (IoT) aspects in industrial development, governance and sustainability.</a> International Journal of Intelligent Networks. 1, 107-111 (2020).</li>
<li>Kashyap, M., Sharma, V., Gupta, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Taking+MQTT+and+NodeMcu+to+IOT%3A+Communication+in+Internet+of+Things%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+Computer+Science%22%5BJournal%5D)">Taking MQTT and NodeMcu to IOT: Communication in Internet of Things.</a> Procedia Computer Science. 132, 1611-1618 (2018).</li>
<li>Connet, J. Mythbusting the MES. Systema. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.systema.com/blog/mythbusting-the-mes">https://www.systema.com/blog/mythbusting-the-mes</a> (2021).</li>
<li>Yeh, C. -S., Chen, S. -L., Li, I. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implementation+of+MQTT+protocol+based+network+architecture+for+smart+factory%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+B%3A+Journal+of+Engineering+Manufacture%22%5BJournal%5D)">Implementation of MQTT protocol based network architecture for smart factory.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 235 (13), 2132-2142 (2021).</li>
<li>Parian, C., Guldimann, T., Bhatia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fooling+the+master%3A+Exploiting+weaknesses+in+the+Modbus+protocol%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+Computer+Science%22%5BJournal%5D)">Fooling the master: Exploiting weaknesses in the Modbus protocol.</a> Procedia Computer Science. 171, 2453-2458 (2020).</li>
<li>Mishra, B., Kertesz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+MQTT+in+M2M+and+IoT+systems%3A+A+survey%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Access%22%5BJournal%5D)">The use of MQTT in M2M and IoT systems: A survey.</a> IEEE Access. 8, 201071-201086 (2020).</li>
<li>pyodbc 4.0.34. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://pypi.org/project/pyodbc/">https://pypi.org/project/pyodbc/</a> (2021).</li>
<li>Ayer, V., Miguez, S., Toby, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Why+scientists+should+learn+to+program+in+Python%5BTitle%5D)+AND+%22Powder+Diffraction%22%5BJournal%5D)">Why scientists should learn to program in Python.</a> Powder Diffraction. 29 (2), 48-64 (2014).</li>
<li>Boyes, H., Hallaq, B., Cunningham, J., Watson, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+industrial+internet+of+things+%28IIoT%29%3A+An+analysis+framework%5BTitle%5D)+AND+%22Computers+in+Industry%22%5BJournal%5D)">The industrial internet of things (IIoT): An analysis framework.</a> Computers in Industry. 101, 1-12 (2018).</li>
</ol>

ويعلن صاحبا البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.

من خلال اتباع البروتوكول المقدم ، يمكن مراقبة بيانات المعالجة وتسجيلها دون حلول تكنولوجيا المعلومات باهظة الثمن مثل MES. يمكن لتقنيات إنترنت الأشياء أن تجعل من السهل الحصول على البيانات وتسليمها من الآلات التقليدية. وقد تبين أن البروتوكول القائم على الرسائل ، MQTT ، يعمل بنجاح كمنصة لاتصالات البيانات لخطوط معالجة البوليمر. وعلاوة على ذلك، يمكن قياس البيانات الإضافية ونقلها معا بمرونة. كان الناشرون الإضافيون العاملون في هذا العمل هم Raspberry Pis. والجدير بالذكر أنه يمكن حمايتها بشكل أكبر من خلال وضعها في حاويات Raspberry...

في موجة الثورة الصناعية 4th ، أصبح الحصول على بيانات المعالجة المختلفة ومراقبتها مهام مهمة1. على وجه الخصوص ، سيكون تحسين عملية التصنيع باستخدام بيانات العملية ووضع خطط تشغيل فعالة هدفا مهما لجميع مرافق التصنيع 2,3. يمكن تقليل وقت التوقف عن العمل بشكل كبير إذا كان من الممكن إرسال إنذار خارج المصنع أو إذا كان من الممكن إجراء الصيانة التنبؤية في الوقت المناسب4. في الآونة الأخيرة ، تم بذل العديد من الجهود لتحليل البيانات في عمليات البوليمر 5,6. ومع ذلك ، ليس من السهل إجراء هذه المهام بسبب الصعوبات في الحصول على هذه البيانات من الأنظمة الحالية7. الهيكل الهرمي للتحكم والأجهزة يجعل الحصول على البيانات والتواصل صعبا.
بادئ ذي بدء ، لا يمكن الحصول على بيانات من آلات مختلفة ذات تواريخ تصنيع مختلفة. من الصعب تحقيق التواصل بين الآلات المختلفة لأن هذا يتطلب قابلية التشغيل البيني بين الحافلات الميدانية المختلفة بتنسيقات خاصة. وبهذه الطريقة ، يتم الحفاظ على خصوصية طرق الاتصال وتنسيقات البيانات. يساعد ذلك المرء على الحفاظ على أمان البيانات بسهولة ولكنه يبقي المستخدمين معتمدين على منشئ الماكينة للخدمات والتطورات المستقبلية. أجهزة الكمبيوتر التحكم الحديثة بما في ذلك واجهة الإنسان والآلة (HMI) المرفقة بآلات معالجة البوليمر تعتمد في الغالب على Windows هذه الأيام ولكنها محملة ببرامج تم إنشاؤها في بيئة تطوير خاصة. من الممكن استخدام وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) من شركات مختلفة للتواصل مع أجهزة الاستشعار أو المشغلات ، ولكن في كثير من الحالات ، يعتمد نظام التحكم الإشرافي العلوي والحصول على البيانات (SCADA)على أجهزة الكمبيوتر 8. تسببت هذه الممارسة في العديد من البروتوكولات والحافلات الميدانية وأنظمة التحكم للتنافس في السوق. على الرغم من أن هذا التعقيد قد تم تخفيفه شيئا فشيئا بمرور الوقت ، إلا أن العديد من أنواع الحافلات الميدانية والبروتوكولات لا تزال قيد الاستخدام النشط.
من ناحية أخرى ، تم توحيد الاتصال بين أجهزة التحكم و SCADA بواسطة Open Platform Communications United Architecture (OPCUA)9. علاوة على ذلك ، تم أيضا الاتصال بين SCADA ونظام تنفيذ التصنيع (MES) بشكل رئيسي من خلال OPCUA. في مثل هذا الهيكل الهرمي الضيق ، ليس من السهل استخراج البيانات بحرية لمراقبة العملية وتحليلها. عادة ، يجب استخراج البيانات من SCADA أو MES10. كما ذكرنا سابقا ، هذه الأنظمة خاصة بالبائع ، ونادرا ما تكون تنسيقات البيانات مفتوحة. ونتيجة لذلك، يتطلب استخراج البيانات دعما كبيرا من بائعي حلول تكنولوجيا المعلومات/التكنولوجيا التشغيلية الأصليين (IT/OT). وهذا يمكن أن يعوق الحصول على البيانات للرصد والتحليل.
في خط بثق الفيلم ، يتم الإشراف على جهاز التحكم في الكمبيوتر بواسطة نظام SCADA11. يتم تشغيل نظام SCADA بواسطة برنامج كمبيوتر لا يمكن تعديله بسهولة. قد يكون برنامج الكمبيوتر قابلا للتحرير ، لكن التحرير مكلف للغاية ويستغرق وقتا طويلا. لمراقبة وتحليل بيانات المعالجة بسهولة ، يجب أن تكون البيانات متاحة من أي مكان. لمراقبة معالجة البيانات بعيدا عن الموقع ، يجب أن يكون برنامج الكمبيوتر قادرا على بث بيانات المعالجة إلى الإنترنت12. علاوة على ذلك ، تقلل الطريقة المجانية المفتوحة من نفقات الحصول على البيانات13. يسمح هذا النهج بإجراء تحليل البيانات حتى في المصانع الصغيرة التي لا تستطيع تحمل تكاليف الاستثمار في حلول تكنولوجيا المعلومات التجارية14.
في هذه الدراسة ، يتم استخدام بروتوكول رسالة يعتمد على نموذج الناشر والمشترك. يعد نظام النقل عن بعد لوضع الرسائل في قائمة الانتظار (MQTT) بروتوكولا مفتوحا وقياسيا يتيح المراسلة بين العديد من موفري البيانات والمستهلكين15. هنا ، نقترح نظاما يكتسب البيانات وينقلها ويراقبها باستخدام MQTT لمرافق التصنيع الحالية. يتم اختبار النظام في خط بثق الفيلم للتحقق من الأداء. يتم نقل البيانات من وحدة التحكم الأصلية إلى جهاز حافة عبر بروتوكول Modbus. بعد ذلك ، يتم نشر البيانات إلى الوسيط. في غضون ذلك ، ينشر اثنان من Raspberry Pis درجات الحرارة المقاسة والإضاءة لنفس الوسيط. بعد ذلك ، يمكن لأي جهاز على الإنترنت الاشتراك في البيانات ، تليها مراقبتها وتسجيلها كما هو موضح في الشكل 1. يوضح البروتوكول في هذا العمل كيف يمكن القيام بالإجراء بأكمله.

<table><tbody><tr><td>جهاز الحافة</td><td>Adavantech</td><td>UNO 420</td><td>Intel Atom E3815</td></tr><tr><td>آلة بثق الفيلم</td> بدون مروحة <td>EM كوريا</td><td>غير متوفر</td><td>لإنتاج فيلم 450 مم</td></tr><tr><td>Pydroid</td><td>IIEC</td><td>غير متوفر</td><td>أجهزة Android</td></tr><tr><td>Python3</td><td>Python Software Foundataion</td><td>غير متوفر</td><td>Windows ، Linux</td></tr><tr><td>Raspberry Pi 4</td><td>CanaKit</td> غير <td>متوفر </td><td>المجموعة القياسية</td> المتوفرة</tr></tbody></table>

اتصال البيانات على أساس mqtt في عملية بثق البوليمر

Data Communication Based on MQTT in a Polymer Extrusion Process

يهدف هذا العمل إلى بناء بنية مرنة لاتصالات البيانات لآلة معالجة البوليمر من خلال استخدام بروتوكول قائم على الناشر والمشترك يسمى نقل القياس عن بعد في طوابير الرسائل (MQTT) ، والذي يتم تشغيله عبر TCP / IP. حتى عند استخدام المعدات التقليدية ، يمكن قياس بيانات المعالجة وتسجيلها بواسطة أجهزة مختلفة في أي مكان من خلال اتصال عبر الإنترنت. يسمح البروتوكول المستند إلى الرسائل بالاتصال المرن الذي يتغلب على أوجه القصور في بروتوكول الخادم - العميل الحالي. يمكن لأجهزة متعددة الاشتراك في معالجة البيانات المنشورة بواسطة الأجهزة المصدر. تسهل الطريقة المقترحة توصيل البيانات بين العديد من الناشرين والمشتركين. وقد نفذ هذا العمل نظاما ينشر البيانات من المعدات وأجهزة استشعار إضافية إلى وسيط الرسائل. يمكن للمشتركين مراقبة وتخزين بيانات العملية التي ينقلها الوسيط. تم نشر النظام وتشغيله لخط بثق الفيلم لإثبات الفعالية.

وقد وجد أن البيانات المبينة في HMI والتي تم قياسها بواسطة Raspberry Pis تم رصدها وتسجيلها في المشتركين كما هو موضح في الشكل 5. كما هو موضح في الفيديو ، يتم تسجيل بيانات المعالجة في قاعدة البيانات.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63717/63717fig01.jpg"> الشكل 1: مخطط عام لنقل البيانات باستخدام بروتوكول MQTT. يقوم الوسيط بنقل الرسالة من الناشرين إلى...

يقترح هذا العمل طريقة مرنة لتوصيل البيانات بين نظام بثق الأفلام وأجهزة المراقبة استنادا إلى بروتوكول رسالة يسمى نقل القياس عن بعد في طوابير الرسائل (MQTT).

اتصال البيانات على أساس MQTT في عملية بثق البوليمر

This work aims at building a flexible data communication structure for a polymer processing machine by employing a publisher-subscriber based protocol ...

يسمح البروتوكول في هذا العمل ببناء بنية مرنة لاتصالات البيانات لآلة معالجة البوليمر من خلال استخدام رمز بروتوكول MQTT قائم على مشترك الناشر. حتى عند استخدام معدات كلاسيكية ، يمكن ملاحظة البيانات وتسجيلها بواسطة أجهزة مختلفة في أي مكان في الإنترنت. يسهل البروتوكول اتصال البيانات بين ناشرين متعددين ومشتركين متعددين.لقد قمنا بتنفيذ نظام ينشر بيانات المعالجة من خط البثق الحالي إلى أجهزة الاشتراك من خلال جهاز وسيط. تم تفسير البيانات من وحدة تحكم البثق القديمة في جهاز وإرسالها إلى الوسيط. كما تقوم أجهزة الإضافة لدرجات الحرارة المحيطة في موقعين مختلفين وأثناء المعالجة بنشر البيانات إلى الوسيط.ثم يقوم الوسيط بنقل البيانات إلى أجهزة المشتركين المهتمة بتلك البيانات. لعرض البيانات وتسجيلها. تم تصميم وبناء نظام المشتركين.نظرا لأن جميع التعليمات البرمجية للأجهزة المشاركة قد تمت كتابتها في Python. يمكن إعادة استخدام الرمز على الأجهزة ذات أنظمة التشغيل المختلفة. وأخيرا، يتم نشر النظام واختباره للخط لإثبات صحة تركيب الوسيط الأول.لبدء تكوين نظام وسيط MQTT بحيث يمكنه مراقبة وتسجيل بيانات المعالجة عبر الإنترنت. لكي يتمكن جهاز الوسيط من نقل هذه البيانات ، يجب أن يكون متاحا لكل من الناشرين والمشتركين. قم بتوصيل نظام كمبيوتر بالإنترنت بعنوان IP عام بحيث يمكن الوصول إلى الوسيط من قبل كل من الناشرين والمشتركين.ثم على تثبيت الكمبيوتر ، استخدم برنامج الوسيط المفتوح مثل Eclipse Mosquito أداة اختبار مثل عدسة MQTT لفحص قابلية تشغيل وسطاء MQTT. ثانيا، إعداد الناشر الرئيسي. الآن دعونا نعد جهاز الناشر الرئيسي.كما ذكرنا سابقا ، ينشر هذا الكمبيوتر بيانات الجهاز عبر MQTT إلى الوسيط. يجب تفسير البيانات القديمة وإعادة تعبئتها لإرسالها. يمكن القيام بذلك عادة عن طريق RS-485 أو إيثرنت.يجب التحقق من الاتصال في مستوى الأجهزة اعتمادا على نوع الناقل. ترسل آلة البثق المدروسة البيانات عبر Modbus من خلال منفذ إيثرنت ، للحصول على البيانات من آلة البثق ونشرها. ضع جهاز كمبيوتر كناشر رئيسي في موقع الجهاز.على هذا الكمبيوتر تثبيت بايثون ثلاثة كبيئة البرمجيات. ثم قم بتثبيت Pi Modbus لتمكين اتصال Modbus والاتصال. افحص رموز وظيفة Modbus الخاصة بوحدة التحكم في البثق وقم بتوصيلها بالناشر الرئيسي.حدد البيانات والعنوان المرتبط بها ورموز Modbus بالكامل من الجهاز باستخدام أداة Modbus مثل استطلاع Modbus أو Q mod الرئيسي على الناشر الرئيسي. ثم اكتب رمز Python على الناشر الذي يسترد البيانات من وحدة تحكم البثق. بالإضافة إلى ذلك ، قم بدمج تدفق البيانات عبر PCIE USB RS-232 و RS-485 من الأجهزة الأخرى.استيراد paho dot MQTT dot client وتنفيذ التعليمات البرمجية للاتصال ونشر البيانات إلى الوسيط. ثالثا ، إعداد الناشر الإضافي. بالإضافة إلى الناشر الرئيسي ، دعنا نستخدم أجهزة IOT إضافية للحصول على درجات الحرارة المحيطة وإضاءة الأفلام ونشرها.للقيام بذلك. تم استخدام جهازي Raspberry Pi. ينشر كل جهاز البيانات المقاسة إلى الوسيط كما يفعل الناشر الرئيسي.ضع الأجهزة بالقرب من مواقع المستشعرات. ثم قم بتثبيت Python Three على الأجهزة وقم بتنفيذ الكود للحصول على بيانات المستشعر. يتم نقل بيانات المستشعر بواسطة I2C لمستشعر الإضاءة وبواسطة GPIO لدرجات الحرارة.أعد استخدام رمز Python السابق لنشر البيانات. بفضل استقلال جهاز بايثون. يمكن إعادة استخدام رمز النوافذ ل Raspberry Pis.رابعا ، إعداد المشتركين. الآن دعونا نوضح كيفية الاشتراك في معالجة البيانات. كما ذكرنا سابقا ، قد تتلقى أي أجهزة على الإنترنت البيانات عبر الوسيط.مرة أخرى ، يمكن معالجة البيانات وتصورها بواسطة رمز بايثون. على جهاز متصل بالإنترنت ، قم بتثبيت بيئة Python مناسبة اعتمادا على الجهاز ونظام التشغيل. على سبيل المثال ، على جهاز Android ، يجب تثبيت Pydroid 3 بدلا من Python 3 ، ثم استيراد كل من عميل paho dot MQTT dot و paho dot MQTT dot الاشتراك للاتصال بالبيانات وتلقيها من الوسيط.ثم قم بإنشاء واجهة مستخدم كما هو مطلوب استنادا إلى Pi QT5. نظرا لأن تنفيذ هذا الجزء طويل جدا ويمكن أن يكون شاقا. لا يتم وصف التفاصيل هنا باستخدام هذا الرمز الذي يعرض البيانات الواردة على واجهة المستخدم الرسومية.اعلم أيضا أن التطبيقات الحالية مثل أداة MQT في متجر التطبيقات يمكنها تلقي البيانات. خامسا، تسجيل البيانات. لتسجيل البيانات أثناء المراقبة ، يجب أن تكون Python قادرة على الوصول إلى قاعدة بيانات.في هذا العمل تتم كتابة البيانات إلى ملف وصول Microsoft. النظر في نطاق البيانات وتوافر البرامج. حدد جهاز مشترك لتسجيل البيانات.ثم قم باستيراد pyodbc في رمز بايثون للوصول إلى قاعدة البيانات. لتسجيل بيانات المعالجة ، أرسل استعلاما إلى قاعدة البيانات بواسطة رمز Python. لاسترداد البيانات المسجلة إرسال استعلام آخر إلى قاعدة البيانات.بمجرد استرداد البيانات ، يمكن تحليل البيانات عن طريق إعادة هيكلة البيانات حسب الحاجة. يمكن إنشاء جدول قابل للقراءة في جدول بيانات على الفور. سادسا، النشر.بعد تطوير جميع العناصر ، يجب نشر رموز Python على كل جهاز. وضع الاتصال السلكي أو اللاسلكي ليس مهما ولكن يجب أن يكون آمنا أن كل جهاز يجب أن يكون قادرا على الوصول إلى الوسيط. وهذا يعني أن الوسيط يلعب كبوابة على الحدود بين الإنترنت والإنترنت لغرض أمني.هنا للحفاظ على أمان أفضل ، قم بتوصيل وحدة التحكم في البثق بالناشر الرئيسي والناشرين الإضافيين بالإنترنت. ثم قم بتوصيل منفذ إيثرنت واحد من الوسيط بالإنترنت والآخر بالإنترنت لمراقبة وتسجيل بيانات المعالجة. قم بتوصيل المشتركين بالإنترنت كما هو مطلوب.سابعا: التنفيذ. لاختبار النظام بأكمله ، ابدأ تشغيل خط البثق. بعد ذلك قم بتشغيل جميع أجهزة الكمبيوتر.ثم ابدأ تشغيل برنامج الوسيط Mosquito ، وقم بتشغيل جميع رموز Python. النتائج التمثيلية. نتيجة لتنفيذ النظام المصمم والمنفذ ، تتم مراقبة بيانات المعالجة وتصورها.يمكن عرض البيانات بطرق متنوعة بما في ذلك الرسوم البيانية والجداول ، حتى على جهاز محمول يمكن مراقبة البيانات وتسجيلها. علاوة على ذلك ، يتم تسجيل البيانات واسترجاعها من أجل تحليلها. الخلاصة لقد وجد أن البيانات المعروضة في HMI وقياسها بواسطة PIs التوت يتم رصدها وتسجيلها في المشتركين.من خلال اتباع البروتوكول المقدم ، يمكن مراقبة بيانات المعالجة وتسجيلها دون حلول تكنولوجيا المعلومات باهظة الثمن مثل MES.

data-communication-based-on-mqtt-in-a-polymer-extrusion-process

Research

JoVE Journal

Engineering

الهندسة

A صفا للتشكيل ل[ميكروأري] البوليمر باستخدام تقنية بلمرة ضوئية المنشأ على-رقاقة. ويرد وصف أيضا السطح إنتاجية عالية توصيف باستخدام الذرية المجهري القوة، والقياسات المياه زاوية الاتصال، X-راي الضوئية الطيفي والوقت من الثانوي رحلة أيون قياس الطيف الشامل وأ مقايسة المرفقات الخلية.

[ميكروأرس] البوليمر لاكتشاف إنتاجية عالية من المواد الحيوية

المصدر: كابين، م. ت. وآخرون. تحليل الميكروفلويد أحادي الخلية لباسيلوس سبتيليس. J. Vis. Exp. (2018)يوضح الفيديو استخدام جهاز ميكروفلويديك لمراقبة نمو البكتيريا على مستوى الخلية الواحدة. يعرض كيف يتم تغذية الخلايا البكتيرية غير المتحركة، المحصورة داخل خنادق على نطاق دقيق، بشكل مستمر وتصويرها تحت مجهر فلوري. يتيح هذا الإعداد التصور الفوري لتتبع انقسام الخلايا وتتبع النسب عبر أجيال متعددة.

تتبع نمو البكتيريا بدقة خلية واحدة في نظام ميكروفلويديك

في هذه المقالة نصف تقنيات مختلفة لمنصات النماذج الأولية السريعة للموائع الدقيقة. تعتمد التقنيات المقترحة على الإيبوكسي الحساسة للأشعة فوق البنفسجية (UV) والمعالجة بدرجة الحرارة ، والأنابيب القائمة على polydimethylsiloxane (PDMS) ، والترابط السلكي ، والأفلام اللاصقة متباينة الخواص. تم تطوير إجراءات التجميع المقدمة لكل من الأجهزة ذات الاستخدام لمرة واحدة وكذلك أنظمة الموائع الدقيقة القابلة لإعادة الاستخدام.

عالية الإنتاجية ميكروفلويديك السريع وانخفاض تكلفة النماذج طرق التعبئة والتغليف

يمكن توجيه سوائل متجاورة تمر عبر قناة ميكروفلويدية مخدد لتشكيل غمد حول جوهر ما قبلpolymer؛ وبالتالي تحديد الشكل والمقطع العرضي. البلمرة الضوئية ، مثل كيمياء النقر على ثيول ، مناسبة تماما لترسيخ السائل الأساسي بسرعة في الألياف الدقيقة ذات الحجم والشكل المحددين مسبقا.

تصنيع ميكروفلويديك من الألياف البوليمرية والحيوية مع الحجم والشكل المصمم مسبقا

هنا، نقدم بروتوكول لافتعال علقت بحرية، ميكرون / ميكرون الفرعي ألياف البوليمر على نطاق والهياكل "شبكة الإنترنت مثل" ولدت عبر الآلية الإجراء الكتابة مباشرة عن طريق نظام الاستغناء عن 3 محاور.

المنصوص عليها 3-D المباشر الكتابة من معلق ميكرون / ميكرون الفرعي الهياكل مقياس الألياف عن طريق نظام التركيب الروبوتية

نقدم هنا، بروتوكولا لإنتاج خيوط طويلة من السيليكون بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS) بخطورة الاعتماد عن طريق فرن. خيوط بناء على أمر من مئات ميكرومتر في القطر، وعشرات السنتيمترات في الطول وهي هيدروفوبيكالي باتيرنابل عن طريق نظام تصريف كورونا تسيطر عليها اردوينو.

الرسم والزخرفة Hydrophobicity طويلة خيوط السيليكون بولي دايمثيل سيلوكسان

هنا نقدم بروتوكول لتصميم وتصنيع الاجهزه المخصصة ميكروفلويديك مع الحد الأدنى من الاستثمار المالي والوقت. والهدف من ذلك هو تيسير اعتماد تكنولوجيات ميكروفلوريك في مختبرات البحوث الطبية الحيوية والبيئات التعليمية.

التصنيع السريع للاجهزه المخصصة Microfluidic للبحوث والتطبيقات التعليمية

باستخدام تقنية غير جراحية وفي الوقت الفعلي ، يتم تصوير حركة البوليمر النانوية داخل خيوط البوليمر أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D. يعد ضبط هذه الحركة أمرا بالغ الأهمية لإنتاج تركيبات ذات أداء ومظهر مثاليين. تصل هذه الطريقة إلى جوهر اندماج الطبقة البلاستيكية ، وبالتالي تقدم رؤى حول ظروف الطباعة المثلى ومعايير تصميم المواد.

التصوير في الوقت الحقيقي للترابط في طبقات مطبوعة 3D

تتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D على مقياس الميكرومتر النماذج الأولية السريعة للأجهزة البوليمرية لمزارع الخلايا العصبية. كدليل على المبدأ ، تم تقييد الروابط الهيكلية بين الخلايا العصبية من خلال إنشاء حواجز وقنوات تؤثر على نمو الخلايا العصبية ، في حين لوحظت العواقب الوظيفية لمثل هذا التلاعب من قبل الفيزيولوجيا الكهربية خارج الخلية.

ثنائي الفوتون البلمرة 3D الطباعة من أجهزة زراعة الخلايا العصبية على نطاق صغير

هنا ، نقدم بروتوكولا لتكييف تجربة تشتت تايلور مع المقياس الصغير باستخدام القنوات الدقيقة المصنعة داخليا باستخدام قاطع الحرف المكتبية. يمكن استخدام المنصة التجريبية لحساب معامل الانتشار للمتتبعات السلبية أحادية النوع ولتصور تفاعل الأيونات متعددة الأنواع وفصلها.

تكييف تشتت تايلور لقياس معامل تشتت محاليل الإلكتروليت عبر إعداد الموائع الدقيقة التي يمكن الوصول إليها

اكتشف طريقة مرنة لاتصال البيانات في معالجة البوليمر باستخدام بروتوكول MQTT. يتيح هذا النظام مراقبة بيانات البثق في الوقت الفعلي من أجهزة متعددة عبر الإنترنت.

اتصال البيانات على أساس MQTT في عملية بثق البوليمر

استكشف المزيد من الفيديوهات