利用Zynq SoC和机器学习打造智能工厂

随着工业的不断发展，现在很多工厂都已经使用数控机床等设备来提高生产力，但是也暴露出一些问题，比如一台数控机床发生严重故障，不仅会导致整个生产流水线的停工造成严重的经济损失，同时也严重耽误了产品生产周期。现在大部分数控系统还不够智能，不能及时预警可能发生的故障，我们举个实际存在的情形看一下：

图1 控制系统传感器采集数控机床轴承震动信号

从上图中我们可以看出采集的信号出现了两个峰值，两个峰值之间间隔了四天时间，第一个峰值表示数控机床轴承出现异常，如果这个时候能及时预警，只需要及时维修或者更换轴承就能够避免四天后出现的更剧烈的震动峰值，第二个峰值的出现可能表示设备严重故障或者损坏，严重影响了生产流水线，损失代价是惨重的。

我们的监控系统采集到了异常信号但是缺少对实时信号分析的功能。为此SoC-e公司推出了CPPS-Gate40智能IIoT（工业物联网）网关系统，行业内的工业网络协会创新杂志对其进行了报道，这个系统的创新之处在于采用机器学习算法，能够对实时采集的信号数据（包括环境温度、振动情况等）进行分析，同时不断对机器学习算法进行训练，就能够及时发现异常情况，通知维护人员进行维修或者更换。

图2 智能工厂系统部署

SoC-e公司开发的CPPS-Gate40系统采用的是Xilinx Zynq SoC，设置了多种类型的用户接口，例如4个SFP 10/100/1000以太网卡槽、1个RS232串行接口、3个数字信号输入口和1个模拟输入口、用户界面（HMI）接口等。除此之外SoC-e公司还开发了多种配套IP核资源，例如HSR-PRP以太网转换（HPS）协议、IEE 1588-2008标准精密时间同步协议、不同传感器实时数据采集和融合等，利用Zynq SoC的可编程逻辑资源还能实现各种网络安全协议，提高了系统开发的灵活性。

图3 SoC-e公司推出CPPS-Gate40智能网关系统

第四次工业革命（指工业4.0）的到来和工业物联网（IIoT）的发展，机器和系统都会变得更加智能和互连，这对很多硬件供应商和系统设计公司来说既是挑战也是机遇。