工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學中的關(guān)鍵點在于能與實際工業(yè)場景對接，面對海量的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備的接入以及復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)驗證性的實驗已經(jīng)不足以培養(yǎng)出具備實際工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用與開發(fā)能力的學生。

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

天津大學是如何開展工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學計劃的？

作為新工科建設的發(fā)起者之一的天津大學十分重視工業(yè)4.0與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)在教學領(lǐng)域的落地。依托精密儀器與光電子工程學院，建立遠程監(jiān)控開放實驗室，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)教學提供現(xiàn)代化實驗平臺。

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

從而，在教學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；

另一方面能夠幫助學生體驗復雜工業(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用，通過遠程訪問對象終端。

項目如何繼續(xù)開展下去？

首先確定核心方向——遠程監(jiān)測虛擬仿真教學系統(tǒng)建設兩大核心板塊：具有實際對象的工業(yè)聯(lián)網(wǎng)實驗平臺與工業(yè)級的系統(tǒng)管理軟件。

3個角度透視 NI 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺

1、NI工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺與實際教學深度融合

NI的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺由傳感器與試驗臺、cRIO采集設備、SystemLink軟件平臺三部分組成。

其中傳感器與試驗臺用于演示整個系統(tǒng)工作過程。cRIO硬件平臺包括采集和控制兩套設備，其中采集設備連接試驗臺，用來采集試驗臺傳感器數(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，該軟件平臺安裝運行在PC機上，可以實現(xiàn)基于WEB頁面的設備狀態(tài)監(jiān)測、部署、顯示及預警。

具有實際對象的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺

cRIO硬件平臺具有搭載實時系統(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）及相應的模塊I/O硬件，通過圖形化的編程方式，實現(xiàn)高速邊緣計算。借助該硬件平臺，可獲得高性能I/O和前所未有的系統(tǒng)實時控制靈活性，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PC與下位機cRIO系統(tǒng)之間通過TCP/IP協(xié)議進行通訊，通過人機交互或系統(tǒng)設定，PC機發(fā)送命令序列至cRIO，進而控制cRIO上運行的軟件以及驅(qū)動程序來實現(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。與此同時模塊化程度極高的c模塊可以實現(xiàn)動態(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)機械故障仿真模型

此外，在此工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺中，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)機械故障仿真模型，旋轉(zhuǎn)機械故障仿真模型由包括電機、控制器、臺架、轉(zhuǎn)子試驗件等組成。

通過安裝在平臺上的加速度傳感器、編碼器、渦流傳感器等進行數(shù)據(jù)采集，可進行機械設備狀態(tài)監(jiān)測和電機狀態(tài)監(jiān)測實驗。同時設備可以實現(xiàn)本地與遠程控制兩種模式，輸出軸荷載可自定義調(diào)節(jié)。該模型展現(xiàn)的是一個典型的工業(yè)應用問題，包含了故障呈現(xiàn)、傳感器監(jiān)測、設備控制、遠程監(jiān)控等多個環(huán)節(jié)。

基于工業(yè)級系統(tǒng)管理軟件：可遠程訪問靈活配置

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進行邊緣算法的定義，實現(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、振動信號軸心顯示、振動信號頻譜分析等分析功能。

SystemLink功能到底有多強大，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應用程序可讓您使用包含軟件部署、設備配置和診斷在內(nèi)的功能來管理多個網(wǎng)絡化系統(tǒng)。

SystemLink還提供安全、可擴展的數(shù)據(jù)服務和LabVIEWAPI?？芍С值挠布≒XI（Windows操作系統(tǒng)）、 CompactRIO（NI Linux Real-Time操作系統(tǒng)）和Windows PC 。系統(tǒng)實現(xiàn)通過Web頁面進行分布式設備管理、軟件發(fā)布與管理、數(shù)據(jù)通信與文件傳輸。同時，可在SystemLink上自定義用戶界面，與實驗對象進行交互。

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

SystemLink軟件可支持多用戶登陸瀏覽以及云端訪問，實現(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)對象進行有機結(jié)合，通過LabVIEW中的聲音與振動工具包以及機器學習工具包，將系統(tǒng)中采集的數(shù)據(jù)進行多角度深層次的分析，實現(xiàn)系統(tǒng)的預測性維護。

天津大學遠程監(jiān)測虛擬仿真項目成績斐然

在以實際工況為基礎(chǔ)的實驗平臺以及工業(yè)級的系統(tǒng)管理與監(jiān)測環(huán)境下，天津大學基于cRIO、LabVIEW、SystemLink組建了遠程監(jiān)測虛擬仿真教學實驗室，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)教學方案的打造填上了濃墨重彩的一筆。

這樣的教學系統(tǒng)幫助老師提供了測控類教學的通用場景，滿足了老師對于高性能的教學展示平臺的需求，同時實現(xiàn)了測控系統(tǒng)的網(wǎng)頁發(fā)布，從而時學生可以隨時訪問到教學平臺，增進了教學的效率。

NI的SystemLink系統(tǒng)在教學領(lǐng)域上實現(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)。