工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)中的關(guān)鍵點(diǎn)在于能與實(shí)際工業(yè)場景對接，面對海量的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的接入以及復(fù)雜度越來越高的工業(yè)場景，單一方面的概念講授以及基礎(chǔ)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不足以培養(yǎng)出具備實(shí)際工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與開發(fā)能力的學(xué)生。

如何能從現(xiàn)有的概念性、本地化的教學(xué)方法中突破，從真正的工業(yè)應(yīng)用出發(fā)，將實(shí)際的工業(yè)對象與功能完備的工業(yè)云平臺帶入到教學(xué)當(dāng)中是當(dāng)前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的一大挑戰(zhàn)。NI幫助天津大學(xué)成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)在教學(xué)領(lǐng)域的落地

天津大學(xué)是如何開展工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)計(jì)劃的？

作為新工科建設(shè)的發(fā)起者之一的天津大學(xué)十分重視工業(yè)4.0與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)在教學(xué)領(lǐng)域的落地。依托精密儀器與光電子工程學(xué)院，建立遠(yuǎn)程監(jiān)控開放實(shí)驗(yàn)室，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)提供現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)平臺。

以模擬實(shí)際工況的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷試驗(yàn)臺為實(shí)驗(yàn)對象，采用具有多核處理器及FPGA資源的邊緣計(jì)算硬件對實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行監(jiān)測與控制，利用工業(yè)級的系統(tǒng)管理軟件對系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。

從而，在教學(xué)過程中取得最好的效果：

一方面能兼顧傳感器、執(zhí)行器、數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)概念的傳達(dá)；

另一方面能夠幫助學(xué)生體驗(yàn)復(fù)雜工業(yè)場景中的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、大數(shù)據(jù)分析以及云平臺的應(yīng)用，通過遠(yuǎn)程訪問對象終端。

項(xiàng)目如何繼續(xù)開展下去？

首先確定核心方向——遠(yuǎn)程監(jiān)測虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)兩大核心板塊：具有實(shí)際對象的工業(yè)聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺與工業(yè)級的系統(tǒng)管理軟件。

3個(gè)角度透視 NI 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺

1、NI工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺與實(shí)際教學(xué)深度融合

NI的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺由傳感器與試驗(yàn)臺、cRIO采集設(shè)備、SystemLink軟件平臺三部分組成。

其中傳感器與試驗(yàn)臺用于演示整個(gè)系統(tǒng)工作過程。cRIO硬件平臺包括采集和控制兩套設(shè)備，其中采集設(shè)備連接試驗(yàn)臺，用來采集試驗(yàn)臺傳感器數(shù)據(jù)，通過cRIO嵌入式操作系統(tǒng)中部署的軟件，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給SystemLink軟件平臺，該軟件平臺安裝運(yùn)行在PC機(jī)上，可以實(shí)現(xiàn)基于WEB頁面的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、部署、顯示及預(yù)警。

具有實(shí)際對象的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺

cRIO硬件平臺具有搭載實(shí)時(shí)系統(tǒng)的多核處理器及可重配置的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）及相應(yīng)的模塊I/O硬件，通過圖形化的編程方式，實(shí)現(xiàn)高速邊緣計(jì)算。借助該硬件平臺，可獲得高性能I/O和前所未有的系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制靈活性，從而構(gòu)建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的終端架構(gòu)。

總而言之，基于RIO架構(gòu)的智能終端可以通過通用的工業(yè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，拓展成為大規(guī)模、分布式的工業(yè)系統(tǒng)集群，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的需求。

在該系統(tǒng)中，上位機(jī)PC與下位機(jī)cRIO系統(tǒng)之間通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊，通過人機(jī)交互或系統(tǒng)設(shè)定，PC機(jī)發(fā)送命令序列至cRIO，進(jìn)而控制cRIO上運(yùn)行的軟件以及驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)對硬件的操作以得到數(shù)據(jù)，并通過對數(shù)據(jù)的分析和處理來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，數(shù)據(jù)采集、諧波分析等功能都在cRIO數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上完成。與此同時(shí)模塊化程度極高的c模塊可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信號的高效采集，與傳感器無縫連接。

2、北京中航科訊提供旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障仿真模型

此外，在此工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺中，還采用了由北京中航科訊技術(shù)有限公司開發(fā)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障仿真模型，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障仿真模型由包括電機(jī)、控制器、臺架、轉(zhuǎn)子試驗(yàn)件等組成。

通過安裝在平臺上的加速度傳感器、編碼器、渦流傳感器等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可進(jìn)行機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)。同時(shí)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)本地與遠(yuǎn)程控制兩種模式，輸出軸荷載可自定義調(diào)節(jié)。該模型展現(xiàn)的是一個(gè)典型的工業(yè)應(yīng)用問題，包含了故障呈現(xiàn)、傳感器監(jiān)測、設(shè)備控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控等多個(gè)環(huán)節(jié)。

基于工業(yè)級系統(tǒng)管理軟件：可遠(yuǎn)程訪問靈活配置

接下來聊一下軟件部分，該系統(tǒng)采用工業(yè)級系統(tǒng)管理軟件SystemLink，底層使用LabVIEW進(jìn)行邊緣算法的定義，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能控制、加速度曲線顯示、速度均方根值顯示、位移曲線顯示、振動(dòng)信號軸心顯示、振動(dòng)信號頻譜分析等分析功能。

SystemLink功能到底有多強(qiáng)大，繼續(xù)往下看就知道了：

SystemLink系統(tǒng)管理軟件，為分布式測試測量和控制解決方案提供了集中管理功能。直觀的Web應(yīng)用程序可讓您使用包含軟件部署、設(shè)備配置和診斷在內(nèi)的功能來管理多個(gè)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。

SystemLink還提供安全、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)服務(wù)和LabVIEWAPI。可支持的硬件包括PXI（Windows操作系統(tǒng)）、 CompactRIO（NI Linux Real-Time操作系統(tǒng)）和Windows PC 。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通過Web頁面進(jìn)行分布式設(shè)備管理、軟件發(fā)布與管理、數(shù)據(jù)通信與文件傳輸。同時(shí)，可在SystemLink上自定義用戶界面，與實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行交互。

SystemLink提供了兼容范圍廣的開箱即用硬件設(shè)備，具有一系列靈活的模擬和數(shù)字傳感器輸入選項(xiàng)。借助CompactRIO平臺，能夠以經(jīng)濟(jì)高效的方式將設(shè)備進(jìn)行批量部署，具有系統(tǒng)可擴(kuò)展的特性。

SystemLink軟件可支持多用戶登陸瀏覽以及云端訪問，實(shí)現(xiàn)分布式測控平臺，該平臺可根據(jù)被測對象的數(shù)量靈活配置增加硬件監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)量。

另外，基于本平臺還可將人工智能與工業(yè)對象進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，通過LabVIEW中的聲音與振動(dòng)工具包以及機(jī)器學(xué)習(xí)工具包，將系統(tǒng)中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行多角度深層次的分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)測性維護(hù)。

天津大學(xué)遠(yuǎn)程監(jiān)測虛擬仿真項(xiàng)目成績斐然

在以實(shí)際工況為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)平臺以及工業(yè)級的系統(tǒng)管理與監(jiān)測環(huán)境下，天津大學(xué)基于cRIO、LabVIEW、SystemLink組建了遠(yuǎn)程監(jiān)測虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，該系統(tǒng)由北京中航科訊技術(shù)有限公司(www.bjzhkx.com)開發(fā)，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)方案的打造填上了濃墨重彩的一筆。

這樣的教學(xué)系統(tǒng)幫助老師提供了測控類教學(xué)的通用場景，滿足了老師對于高性能的教學(xué)展示平臺的需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了測控系統(tǒng)的網(wǎng)頁發(fā)布，從而時(shí)學(xué)生可以隨時(shí)訪問到教學(xué)平臺，增進(jìn)了教學(xué)的效率。

NI的SystemLink系統(tǒng)在教學(xué)領(lǐng)域上實(shí)現(xiàn)了開創(chuàng)性的創(chuàng)新，將傳統(tǒng)工業(yè)化領(lǐng)域中晦澀難以描述的數(shù)據(jù)以更加直觀現(xiàn)代化的方式實(shí)現(xiàn)了用戶與數(shù)據(jù)的交互，也給予我們高校使用中很大的啟發(fā)。