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現(xiàn)今技術(shù)靠什么連接未來工廠?

2021-12-20新聞


本文選自Atuomation丨By Sandro Quinte丨11,3,2021期丨電氣自動化

如果說無縫連接是未來,那么加強連接就是此時此地。技術(shù)發(fā)展已經(jīng)在工業(yè)自動化的現(xiàn)場層面上進行,在以前沒有智能的設(shè)備之間分配智能。

同時,像開放平臺通信統(tǒng)一架構(gòu)(OPC UA)這樣的開放接口正在使我們離真正的設(shè)備互操作性更近一步。這些發(fā)展加在一起,對我們在一個日益數(shù)字化的世界中如何設(shè)計、部署和維護我們的生產(chǎn)系統(tǒng)有巨大的影響。

有了正確的變化,智能氣動元件、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關(guān)和開放式通信標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)可以成為通向真正互聯(lián)未來的墊腳石。


在一個典型的工廠里,生產(chǎn)車間由各種機電部件組成,如線性設(shè)備、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、伺服驅(qū)動器和抓手,以及更復(fù)雜的機械系統(tǒng),如多軸卡特爾處理系統(tǒng)。為了實現(xiàn)工業(yè)4.0的全部愿景,來自生產(chǎn)過程的所有相關(guān)數(shù)據(jù),包括這些非智能設(shè)備的狀態(tài),必須實時提供。智能組件是實時數(shù)據(jù)可用性的先決條件,在生產(chǎn)過程中一致和統(tǒng)一的信息交換中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。


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作為連接性增強的證明,許多以前不智能的部件現(xiàn)在都加入了IIoT功能、數(shù)據(jù)處理和診斷能力,使它們變得智能。這些新的本地功能為整個操作帶來多種性能優(yōu)勢,特別是在效率和維護方面。


在現(xiàn)場層面新分布的智能的一個例子是運動終端VTEM--第一個通過運動應(yīng)用程序提供氣動功能的閥門。它的設(shè)計考慮到了增強連接性,使用戶能夠輕松適應(yīng)不斷變化的工藝參數(shù),與硬接線技術(shù)相比,提高了生產(chǎn)靈活性。它還集成了用于控制、診斷和自學(xué)任務(wù)的智能傳感器,消除了對額外組件的需求。


運動終端VTEM提供了傳統(tǒng)的2/2-、3/2-、4/2-或4/3-通閥的功能,以及比例技術(shù)和伺服氣動功能。同時,用戶可以使用單一的閥門類型執(zhí)行運動任務(wù),將復(fù)雜的運動、可變的定位和預(yù)設(shè)的行程時間全部整合在一個設(shè)備中。運動終端VTEM的其他智能功能包括。


* 節(jié)能的應(yīng)用程序。運動終端VTEM包括一個ECO驅(qū)動運動應(yīng)用,它自動將氣動能量減少到運動所需的水平。因此,對于不需要額外末端位置力的簡單運動任務(wù),它將能耗保持在最低水平。


*泄漏診斷。通過在早期階段檢測泄漏,運動終端VTEM提高了過程的可靠性和生產(chǎn)力。它還能減少不必要的能源損失。


*狀態(tài)監(jiān)測。由于這種能力,運動終端VTEM降低了系統(tǒng)的生命周期成本。它還促進了更快的投資回報(ROI),使您在市場上更具競爭力。





憑借其傳統(tǒng)閥門技術(shù)和數(shù)字運動應(yīng)用程序的結(jié)合,運動終端VTEM取代了50多個單獨的組件--同時提高了制造的靈活性,降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性,并在現(xiàn)場實現(xiàn)了新的數(shù)據(jù)分析和狀態(tài)監(jiān)測能力。


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實施無縫連接的最大挑戰(zhàn)之一是網(wǎng)絡(luò)化組件和系統(tǒng)的集成。


傳統(tǒng)上,整合來自不同制造商的伺服驅(qū)動器和控制器是一項復(fù)雜而費力的工作,使工程時間和成本都在增加。


除了軟件和硬件平臺的變化,軟件工程師還面臨著不同的現(xiàn)場總線系統(tǒng)、軟件模塊和數(shù)據(jù)協(xié)議,需要他們掌握幾種編程語言。


他們還必須了解各個部件之間的行為方式。在這些情況下,機電驅(qū)動系統(tǒng)可能需要很長的時間去調(diào)試,而在調(diào)試過程中出現(xiàn)的任何技術(shù)困難都會造成計劃外的生產(chǎn)延誤。


物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān),如CPX-IOT,使用戶能夠連接驅(qū)動器和其他組件,以了解各種運行參數(shù),包括溫度、速度、電壓等。


該網(wǎng)關(guān)不僅整合了機器和生產(chǎn)數(shù)據(jù),而且還使這些信息更容易管理。根據(jù)復(fù)雜程度,用戶可以在車間層面連接多達31個組件和模塊。


然后他們可以通過安全的開放接口接收實時的、可用于云計算的數(shù)據(jù)。這種能力開辟了許多數(shù)據(jù)分析選項--從更智能的維護實踐到數(shù)字雙胞胎。






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無論是機械系統(tǒng)還是控制系統(tǒng),不同的制造商提供了大量的產(chǎn)品、部件和解決方案--每一種都有自己的接口、硬件、編程語言和通信協(xié)議。如前所述,機器制造商和工程師經(jīng)?;ㄙM大量時間將這些不同的組件集成到他們的機器中。幸運的是,新的開放式通信協(xié)議正在為連接環(huán)境中真正的設(shè)備互操作性鋪平道路。



其中一個例子是IO-Link,它提供了一個新的標(biāo)準(zhǔn)化I/O技術(shù)接口,擴展了現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)。除了傳輸過程數(shù)據(jù)外,它還允許用戶將參數(shù)數(shù)據(jù)從控制系統(tǒng)下載到傳感器或執(zhí)行器,然后將診斷數(shù)據(jù)送回控制系統(tǒng)。過去,將現(xiàn)場總線接口集成到最低的現(xiàn)場水平是一項昂貴的工作,而IO-Link只需簡單的三線或五線電纜就能傳輸數(shù)字或模擬值。



第二個例子,OPC UA,是一個供應(yīng)商中立的軟件接口,傳輸機器數(shù)據(jù),包括過程值和測量,然后以機器可讀的方式語義描述這些數(shù)據(jù)。由于OPC UA獨立于操作系統(tǒng)工作,它提供了一個從前端設(shè)備、傳感器、執(zhí)行器和控制器到云的開放通信解決方案。除了使行業(yè)更接近真正的即插即用功能外,這個接口還實現(xiàn)了組件的無縫集成--允許它們相互交談,以及輕松收集和交換數(shù)據(jù)。


為了獲得這些好處,工廠自動化解決方案的供應(yīng)商越來越多地將開放接口兼容性添加到其組件中,以提供前端設(shè)備、控制器和云之間的無縫通信。例如,費斯托已將OPC UA嵌入其閥門終端,使工廠經(jīng)理、工程師和操作員能夠?qū)崿F(xiàn)智能制造的好處。當(dāng)與CPX平臺等物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)配對時,操作員可以通過以太網(wǎng)連接和OPC UA協(xié)議快速、輕松地收集設(shè)備信息和狀態(tài)。從那里,系統(tǒng)可以通過第二個以太網(wǎng)連接和物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議,如高級消息隊列協(xié)議(AMQP)或消息隊列遙測傳輸(MQTT)將該信息發(fā)送到云端。





隨著互聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展,工廠正朝著所有部件、控制器和工業(yè)云無縫集成的未來邁進,產(chǎn)生無數(shù)的生產(chǎn)效益。雖然進展順利,但我們還沒有完全實現(xiàn)。最后一英里將需要繼續(xù)推動將以前孤立的系統(tǒng)聯(lián)系在一起,接受開放的通信標(biāo)準(zhǔn),并從車間到企業(yè)層面全面實施數(shù)字化戰(zhàn)略。


實施具有智能功能的部件和機器,對避免不必要的停機時間有很大幫助。想象一下,一臺機器在一個周五晚上大家都打卡下班后工作。這臺機器檢測到一個異常情況--例如氣動執(zhí)行器上的摩擦力增加,然后計算出該部件將在未來三到四天內(nèi)失效。


在沒有任何人工干預(yù)的情況下,機器與工具庫溝通庫存情況,并在得知目前沒有庫存的情況下,下了一個備件的訂單。這時,采購經(jīng)理在他的智能手機上收到一個電子郵件提醒,要求他批準(zhǔn)該訂單。周一早上一到,機器就計算出推桿現(xiàn)在有80%的故障,并自動將維修預(yù)約移到零件到貨后的一周早些時候。


這個例子展示了機器可視性的力量,特別是在無人值守的操作期間。它還顯示了增加簡單的IIoT功能,只需在設(shè)備上點擊幾下,就能補救計劃中的、昂貴的停機問題。



END