نوآوری‌های اتوماسیون صنعتی

در این مقاله سعی می‌کنیم به صورت قدم به قدم کاربرد هوش مصنوعی در plc زیمنس را با استفاده از ماژول NPU و کنترلر s7-1500 توضیح دهیم.

شرکت زیمنس برای تحقق هوشمندسازی صنعتی در لایه فیلد(field) و لایه کنترل، از ماژول NPU و کنترلر s7-1500 استفاده می کند.

ویژگی های NPU :

•           استفاده از چیپ هوش مصنوعی با قدرت پردازش بالا

•           امکان پردازش اطلاعات ورودی من جمله:صدا و تصویر

•           امکان اتصال سنسوری به صورت usbیا Ethernet

•           امکان انجام پروژه با استفاده از پلتفرم های هوش مصنوعی و نرم افزار TIA

کاربرد:

•           امکان استفاده در رباتیک برای جابجایی قطعات ناشناخته و دلخواه با استفاده از تصاویر گرفته شده

•           بررسی کیفیت محصولات یا فرآیندها با استفاده از تحلیل تصاویر

•           امکان شناسایی عیوب سیستم و مانیتورینگ وضعیت آن  مثلا بررسی لرزش در شفت موتور

هدف پروژه:

سورتینگ یا دسته بندی محصولات بر اساس تصاویر بر خط دوربین .

توضیح تجهیزات به کار گرفته شده:

الف:دو عدد مموری کارت برای NPU و S7-1500

ب:دوربین Basler ace classic با رزولوشن 2MP و نرخ فریم 25FPS با رابط کاربری GIgE.توضیح اینکه دوربین باید USB3.1 یا ETHERNET را پشتیبانی کند.

ج:نرم افزار تیا پورتال (TIA portal) , wincc

د:یک عدد HMI(رابط کاربری انسان و ماشین)

ه:AI Model Deployer-یک نرم افزار تحت ویندوز که در حقیقت رابط کاربری برای اعمال مدل هوش مصنوعی بر روی سخت افزارNPU ایجاد می نماید.

کلیات نحوه عملکرد سیستم :

کنترلر سیستم یعنی plc s7-1500 یک پیغام (trigger message) برای واحد پردازش عصبی(NPU) ارسال می نماید تا دوربین متصل به سیستم شروع به عکس برداری نماید.سپس NPU پیش پردازش عکس را بر اساس الگوریتم های تعبیه شده در آن انجام می دهد و نتیجه استنتاج  و تحلیل را به plc سیستم بر می گرداند.

طریقه اتصال فیزیکی  NPU به plc به سه صورت امکان پذیر است :

الف:روش متمرکز- یعنی اتصال مستقیم NPU به plc از طریق اتصال bus.

ب:روش غیرمتمرکز-یعنی اتصال غیر مستقیم از طریق ماژول رابط (ET200MP).

می توان در این پروژه مستقیم NPU را به کنترلر و همجنین دوربین متصل نمود.

برای اجرای نرم افزاری پروژه کاربرد هوش مصنوعی در plc می بایست برنامه کاربردی و الگوریتم هوش مصنوعی بر روی کارت SD آپلود شود که این کارت بر روی NPU قرار خواهد گرفت.

عکس توسط دوربین گرفته می شود و توسط NPU آماده می شود و به قسمت پردازنده هوش مصنوعی شرکت اینتل که بر روی NPU تعبیه شده فرستاده شده و در آن جا پردازش می گردد.نتیجه پردازش به PLC فرستاده می شود و PLC  بر اساس توابع بلوکی (FUNCTION BLOCK) نتایج را ارزیابی و دستور مورد نیاز را به عملگرها ارسال می نماید.

همچنین امکان ارسال اطلاعات سنسورها و درایوها و ...از PLC  به NPU و پردازش هوش مصنوعی و بازگشت به PLC برای ارزیابی نهایی نیز وجود دارد.

جزییات اجرای پروژه سورتینگ به کمک هوش مصنوعی:

1.جمع آوری عکس شامل لیبل گزاری و گروه بندی

به عنوان مثال در این پروژه از هر محصول عکس هایی با  زوایا ،چرخش ، نور و پشت زمینه متفاوت گرفته می شود تا دیتا غنی باشد و خطا کاهش و دقت سیستم افزایش یابد.همچنین می توان از داده های آماده در نت به عنوان نمونه استفاده نمود.

2.تعریف مدل الگوریتم ماشینی بر اساس نوع پروژه 

در این قسمت می توان از الگوریتم های پیش آموزش یافته (pretrained algorithms) زیمنس که با فرمت سازگار با AI MODEL DEPLOYER ساخته شده اند با توجه به نوع و ساختار مساله استفاده نمود.این الگوریتم ها با عناوین شناسایی اشیا (OBJECT DETECTION) و دسته بندی محصولات(CLASSIFICATION) ارائه شده اند.    

اگردرحوزه الگوریتم های هوش مصنوعی که در حوزه پردازش تصویر و صوت  استفاده می شوند مانندKeras  و TensorFlow وPyTorch استفاده کرده‌اید یا با این حوزه آشنایی دارد میتوانید از الگوریتم های ساخته شده و تست شما خودتان استفاده نمایید.

3.تبدیل مدل هوش مصنوعی به فرمت قابل بررسی توسط npu

فرمت مدل هوش مصنوعی ایجاد شده باید با نرم افزار AI Model deployer سازگار باشد تا این نرم افزار بتواند این مدل را به فرمت قابل قبول پردازنده  intel Myriad X تبدیل نماید.

در واقع یک خروجی نرم اقرار AI MODEL DEPLOYER شامل مدل هوش مصنوعی تبدیل شده است که بر روی کارت SD  ذخیره می گردد و به NPU متصل می گردد. خروجی دیگر شامل فایل Scl ,text list  است که بر روی نرم افزار TIA و برای توابع بلوک و HMI مورد استفاده قرار می گیرد.

4.آماده سازی سخت افزاری و نرم افزاری

شامل تنظیمات سخت افزاری و نرم افزاری می شود که باید انجام گیرد.

الف-نصب HSP در نرم افزار TIA PORTAL

ب-بازیابی پرژه از پیش تعریف شده در تیا

ج-آپدیت فریم ورک npu به آخرین نسخه

د-پیکربندی سخت افزاری در نرم افزار TIA

ه-کامپایل و دانلود پروژه TIA

5.بارگذاری الگوریتم نهایی بر روی NPU به کمکSD card

مطالعه بیشتر در راهنمای جامع هوش مصنوعی در اتوماسیون صنعتی