Design of Communication Layer of Smart Factory

Balaguru Baluchamy

Master's thesis

Abstract:

This diploma thesis deals with the design of a communication layer between the individual components of a smart factory. Each component of the Internet of Things has its own control system. In this case, the control units use Arduino development boards. The core of the Arduino is a microprocessor with easily programmable analog and digital inputs and outputs and other buses. All IoT components must communicate, exchange information and cooperate with each other. The control units are equipped with Wi-Fi modules and it is necessary to design program structures for communication. Control units must be able to solve combination and sequential problems based on automaton. Closed graphs of control unit automats are interconnected by means of Wi-Fi messages. The structure of these messages is designed, which must contain component addresses and transmitted information of various types, character, string, numeric variables and arrays. Within the work, a general library of functions containing typical elements of automata was designed. This general library has been implemented on two specific production systems. The first is a model of a smart factory with the production of a colored bracelet, where the individual components are a server, a vehicle and several stacks of beads. The second is production system of the little plate with name, which consists of a plate warehouse, a vehicle and a milling machine. Our universal control unit is designed to be used as a control system for all these components.

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá návrhem komunikační vrstvy mezi jednotlivými komponenty chytré továrny. Každá komponenta internetu věcí má svůj řídicí systém. V tomto případě řídicí jednotky používají vývojové desky Arduino. Jádro Arduina tvoří mikroprocesor s jednoduše programovatelnými analogovými a digitálními vstupy a výstupy a dalšími sběrnicemi. Všechny IoT komponenty spolu musí komunikovat, vyměňovat si informace a spolupracovat. Řídicí jednotky jsou vybaveny wifi moduly a je nutné navrhnout programové struktury pro komunikaci. Řídicí jednotky musí umět řešit kombinační i sekvenční úlohy na bázi automatů. Uzavřené grafy automatů řídicích jednotek jsou vzájemně propojeny pomocí wifi zpráv. Je navržena struktura těchto zpráv, které musí obsahovat adresy komponent a přenášené informace různých typů, znak, řetězec, číselné proměnné a pole. V rámci práce byla navržena obecná knihovna funkcí obsahující typické prvky automatů. Tato obecná knihovna byla implementována na dva konkrétní výrobní systémy. Prvním je model chytré továrny s výrobou barevného náramku, kde jednotlivé komponenty jsou server, vozík a několik zásobníků korálků. Druhý je výrobní systém na destičky se jménem, který tvoří sklad destiček, vozík a frézka. Naše univerzální řídicí jednotka je navržena tak, aby byla použitelná jako řídicí systém všech těchto component.

Keywords

Řídicí systém, Arduino, Internet věcí, Wifi komunikace, Průmysl 4.0.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 6. 2020

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Radek Votrubec, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Master programme / field:
Mechanical Engineering / Manufacturing Systems and Processes