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現今技術靠什(shén)麽連接未來(lái)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(huà)

如果說無縫連接是未來(lái),那麽加強連接就是此時(shí)此地。技術發展已經在工業自動化(huà)的(de)現場(chǎng)層面上進行,在以前沒有智能的(de)設備之間分(fēn)配智能。

同時(shí),像開放平台通(tōng)信統一架構(OPC UA)這(zhè)樣的(de)開放接口正在使我們離真正的(de)設備互操作性更近一步。這(zhè)些發展加在一起,對(duì)我們在一個(gè)日益數字化(huà)的(de)世界中如何設計、部署和(hé)維護我們的(de)生産系統有巨大(dà)的(de)影(yǐng)響。

有了(le)正确的(de)變化(huà),智能氣動元件、物(wù)聯網(IoT)網關和(hé)開放式通(tōng)信标準等技術可(kě)以成爲通(tōng)向真正互聯未來(lái)的(de)墊腳石。


在一個(gè)典型的(de)工廠裏,生産車間由各種機電部件組成,如線性設備、旋轉驅動器、伺服驅動器和(hé)抓手,以及更複雜(zá)的(de)機械系統,如多(duō)軸卡特爾處理(lǐ)系統。爲了(le)實現工業4.0的(de)全部願景,來(lái)自生産過程的(de)所有相關數據,包括這(zhè)些非智能設備的(de)狀态,必須實時(shí)提供。智能組件是實時(shí)數據可(kě)用(yòng)性的(de)先決條件,在生産過程中一緻和(hé)統一的(de)信息交換中發揮著(zhe)關鍵作用(yòng)。


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作爲連接性增強的(de)證明(míng),許多(duō)以前不智能的(de)部件現在都加入了(le)IIoT功能、數據處理(lǐ)和(hé)診斷能力,使它們變得(de)智能。這(zhè)些新的(de)本地功能爲整個(gè)操作帶來(lái)多(duō)種性能優勢,特别是在效率和(hé)維護方面。


在現場(chǎng)層面新分(fēn)布的(de)智能的(de)一個(gè)例子是運動終端VTEM--第一個(gè)通(tōng)過運動應用(yòng)程序提供氣動功能的(de)閥門。它的(de)設計考慮到了(le)增強連接性,使用(yòng)戶能夠輕松适應不斷變化(huà)的(de)工藝參數,與硬接線技術相比,提高(gāo)了(le)生産靈活性。它還(hái)集成了(le)用(yòng)于控制、診斷和(hé)自學任務的(de)智能傳感器,消除了(le)對(duì)額外組件的(de)需求。


運動終端VTEM提供了(le)傳統的(de)2/2-、3/2-、4/2-或4/3-通(tōng)閥的(de)功能,以及比例技術和(hé)伺服氣動功能。同時(shí),用(yòng)戶可(kě)以使用(yòng)單一的(de)閥門類型執行運動任務,将複雜(zá)的(de)運動、可(kě)變的(de)定位和(hé)預設的(de)行程時(shí)間全部整合在一個(gè)設備中。運動終端VTEM的(de)其他(tā)智能功能包括。


* 節能的(de)應用(yòng)程序。運動終端VTEM包括一個(gè)ECO驅動運動應用(yòng),它自動将氣動能量減少到運動所需的(de)水(shuǐ)平。因此,對(duì)于不需要額外末端位置力的(de)簡單運動任務,它将能耗保持在最低水(shuǐ)平。


*洩漏診斷。通(tōng)過在早期階段檢測洩漏,運動終端VTEM提高(gāo)了(le)過程的(de)可(kě)靠性和(hé)生産力。它還(hái)能減少不必要的(de)能源損失。


*狀态監測。由于這(zhè)種能力,運動終端VTEM降低了(le)系統的(de)生命周期成本。它還(hái)促進了(le)更快(kuài)的(de)投資回報(ROI),使您在市場(chǎng)上更具競争力。





憑借其傳統閥門技術和(hé)數字運動應用(yòng)程序的(de)結合,運動終端VTEM取代了(le)50多(duō)個(gè)單獨的(de)組件--同時(shí)提高(gāo)了(le)制造的(de)靈活性,降低了(le)系統的(de)複雜(zá)性,并在現場(chǎng)實現了(le)新的(de)數據分(fēn)析和(hé)狀态監測能力。


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實施無縫連接的(de)最大(dà)挑戰之一是網絡化(huà)組件和(hé)系統的(de)集成。


傳統上,整合來(lái)自不同制造商的(de)伺服驅動器和(hé)控制器是一項複雜(zá)而費力的(de)工作,使工程時(shí)間和(hé)成本都在增加。


除了(le)軟件和(hé)硬件平台的(de)變化(huà),軟件工程師還(hái)面臨著(zhe)不同的(de)現場(chǎng)總線系統、軟件模塊和(hé)數據協議(yì),需要他(tā)們掌握幾種編程語言。


他(tā)們還(hái)必須了(le)解各個(gè)部件之間的(de)行爲方式。在這(zhè)些情況下(xià),機電驅動系統可(kě)能需要很長(cháng)的(de)時(shí)間去調試,而在調試過程中出現的(de)任何技術困難都會造成計劃外的(de)生産延誤。


物(wù)聯網網關,如CPX-IOT,使用(yòng)戶能夠連接驅動器和(hé)其他(tā)組件,以了(le)解各種運行參數,包括溫度、速度、電壓等。


該網關不僅整合了(le)機器和(hé)生産數據,而且還(hái)使這(zhè)些信息更容易管理(lǐ)。根據複雜(zá)程度,用(yòng)戶可(kě)以在車間層面連接多(duō)達31個(gè)組件和(hé)模塊。


然後他(tā)們可(kě)以通(tōng)過安全的(de)開放接口接收實時(shí)的(de)、可(kě)用(yòng)于雲計算(suàn)的(de)數據。這(zhè)種能力開辟了(le)許多(duō)數據分(fēn)析選項--從更智能的(de)維護實踐到數字雙胞胎。






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無論是機械系統還(hái)是控制系統,不同的(de)制造商提供了(le)大(dà)量的(de)産品、部件和(hé)解決方案--每一種都有自己的(de)接口、硬件、編程語言和(hé)通(tōng)信協議(yì)。如前所述,機器制造商和(hé)工程師經常花費大(dà)量時(shí)間将這(zhè)些不同的(de)組件集成到他(tā)們的(de)機器中。幸運的(de)是,新的(de)開放式通(tōng)信協議(yì)正在爲連接環境中真正的(de)設備互操作性鋪平道路。



其中一個(gè)例子是IO-Link,它提供了(le)一個(gè)新的(de)标準化(huà)I/O技術接口,擴展了(le)現場(chǎng)總線和(hé)工業以太網系統。除了(le)傳輸過程數據外,它還(hái)允許用(yòng)戶将參數數據從控制系統下(xià)載到傳感器或執行器,然後将診斷數據送回控制系統。過去,将現場(chǎng)總線接口集成到最低的(de)現場(chǎng)水(shuǐ)平是一項昂貴的(de)工作,而IO-Link隻需簡單的(de)三線或五線電纜就能傳輸數字或模拟值。



第二個(gè)例子,OPC UA,是一個(gè)供應商中立的(de)軟件接口,傳輸機器數據,包括過程值和(hé)測量,然後以機器可(kě)讀的(de)方式語義描述這(zhè)些數據。由于OPC UA獨立于操作系統工作,它提供了(le)一個(gè)從前端設備、傳感器、執行器和(hé)控制器到雲的(de)開放通(tōng)信解決方案。除了(le)使行業更接近真正的(de)即插即用(yòng)功能外,這(zhè)個(gè)接口還(hái)實現了(le)組件的(de)無縫集成--允許它們相互交談,以及輕松收集和(hé)交換數據。


爲了(le)獲得(de)這(zhè)些好處,工廠自動化(huà)解決方案的(de)供應商越來(lái)越多(duō)地将開放接口兼容性添加到其組件中,以提供前端設備、控制器和(hé)雲之間的(de)無縫通(tōng)信。例如,費斯托已将OPC UA嵌入其閥門終端,使工廠經理(lǐ)、工程師和(hé)操作員(yuán)能夠實現智能制造的(de)好處。當與CPX平台等物(wù)聯網網關配對(duì)時(shí),操作員(yuán)可(kě)以通(tōng)過以太網連接和(hé)OPC UA協議(yì)快(kuài)速、輕松地收集設備信息和(hé)狀态。從那裏,系統可(kě)以通(tōng)過第二個(gè)以太網連接和(hé)物(wù)聯網協議(yì),如高(gāo)級消息隊列協議(yì)(AMQP)或消息隊列遙測傳輸(MQTT)将該信息發送到雲端。





随著(zhe)互聯技術的(de)不斷發展,工廠正朝著(zhe)所有部件、控制器和(hé)工業雲無縫集成的(de)未來(lái)邁進,産生無數的(de)生産效益。雖然進展順利,但我們還(hái)沒有完全實現。最後一英裏将需要繼續推動将以前孤立的(de)系統聯系在一起,接受開放的(de)通(tōng)信标準,并從車間到企業層面全面實施數字化(huà)戰略。


實施具有智能功能的(de)部件和(hé)機器,對(duì)避免不必要的(de)停機時(shí)間有很大(dà)幫助。想象一下(xià),一台機器在一個(gè)周五晚上大(dà)家都打卡下(xià)班後工作。這(zhè)台機器檢測到一個(gè)異常情況--例如氣動執行器上的(de)摩擦力增加,然後計算(suàn)出該部件将在未來(lái)三到四天内失效。


在沒有任何人(rén)工幹預的(de)情況下(xià),機器與工具庫溝通(tōng)庫存情況,并在得(de)知目前沒有庫存的(de)情況下(xià),下(xià)了(le)一個(gè)備件的(de)訂單。這(zhè)時(shí),采購(gòu)經理(lǐ)在他(tā)的(de)智能手機上收到一個(gè)電子郵件提醒,要求他(tā)批準該訂單。周一早上一到,機器就計算(suàn)出推杆現在有80%的(de)故障,并自動将維修預約移到零件到貨後的(de)一周早些時(shí)候。


這(zhè)個(gè)例子展示了(le)機器可(kě)視性的(de)力量,特别是在無人(rén)值守的(de)操作期間。它還(hái)顯示了(le)增加簡單的(de)IIoT功能,隻需在設備上點擊幾下(xià),就能補救計劃中的(de)、昂貴的(de)停機問題。



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