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傳統設備的(de) IIoT 改造

2022-1-7新聞

選自Automation World,James R. Koelsch特約編輯,Oct 14th, 2021

如果你像大(dà)多(duō)數制造商一樣,你不是在經營一個(gè)擁有最新互聯網設備的(de)綠地。然而,你可(kě)能正面臨著(zhe)許多(duō)數字化(huà)計劃。以下(xià)是你如何通(tōng)過對(duì)現有設備進行戰略性改造來(lái)實現的(de)。

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不要爲打翻的(de)牛奶、啤酒或其他(tā)任何東西哭泣。爲什(shén)麽?因爲不再需要因爲你的(de)設備安裝基礎太舊(jiù)而忍受溢出和(hé)其他(tā)形式的(de)浪費。你可(kě)以通(tōng)過改造你的(de)舊(jiù)設備來(lái)解決許多(duō)這(zhè)樣的(de)問題,讓你獲得(de)工業物(wù)聯網(IIoT)所承諾的(de)連接性和(hé)可(kě)視性,以減少浪費。

對(duì)那裏的(de)一條裝瓶線進行IIoT技術改造後,操作員(yuán)可(kě)以控制啤酒從一個(gè)罐子到另一個(gè)罐子的(de)過程中産生的(de)泡沫。即使是壓力和(hé)溫度的(de)輕微變化(huà)也(yě)會産生泡沫,這(zhè)将轉化(huà)爲足夠的(de)溢出,使啤酒廠每月(yuè)損失30,000美(měi)元的(de)收入。

在Bosch Rexroth公司的(de)幫助下(xià),操作人(rén)員(yuán)現在可(kě)以在釀酒廠的(de)任何地方與工藝進行實時(shí)互動。



Bosch Rexroth工業4.0業務負責人(rén)Armando Gonzalez說:

"我們與Sugar Creek一起繪制了(le)價值流圖,并開始分(fēn)析具體的(de)痛點。"從那裏,我們能夠确定浪費的(de)數量,以及如何在價值方面進行轉化(huà)。" 



博世力士樂(yuè)的(de)工程師随後幫助該啤酒廠的(de)員(yuán)工了(le)解IIoT技術如何幫助他(tā)們迅速獲得(de)成功。


改造團隊不僅在啤酒罐上添加了(le)IIoT傳感器,還(hái)添加了(le)力士樂(yuè)的(de)IIoT網關來(lái)報告灌裝水(shuǐ)平和(hé)溫度。一旦分(fēn)析完畢,這(zhè)些數據點可(kě)供操作員(yuán)在其筆記本電腦(nǎo)、平闆電腦(nǎo)或手機上使用(yòng)。由于信息容易獲取,并且能夠遠(yuǎn)程調整設定點,Sugar Creek Brewing Co.僅在2019年就節省了(le)12萬美(měi)元。


與其他(tā)技術一樣,成功實施IIoT需要一個(gè)具有良好商業意義的(de)計劃。IBM公司工業部門總經理(lǐ)Manish Chawla表示,制定這(zhè)樣一個(gè)計劃有助于避免過度改造,這(zhè)是用(yòng)戶最常犯的(de)錯誤。"他(tā)建議(yì)說:"首要的(de)考慮應該是清楚地确定改造某件設備的(de)最終目标和(hé)商業利益是什(shén)麽。"有人(rén)想安裝的(de)每一個(gè)傳感器都需要有一個(gè)商業目的(de)"。


這(zhè)些目的(de)通(tōng)常包括對(duì)諸如成本、安全、質量和(hé)産量的(de)一些好處。"最具有影(yǐng)響力的(de)地方是看你最大(dà)的(de)問題在哪裏,"美(měi)國菲尼克斯電氣公司IIoT高(gāo)級業務開發經理(lǐ)Dave Eifert建議(yì)。"以一種非常細化(huà)的(de)方式看其中的(de)一個(gè)方面,想象一下(xià)要怎樣才能消除這(zhè)一個(gè)問題。" 如果關于流程的(de)更多(duō)數據和(hé)信息将幫助你理(lǐ)解和(hé)解決這(zhè)個(gè)問題,那麽它可(kě)能是IIoT的(de)一個(gè)很好的(de)應用(yòng)。


自動化(huà)專家警告初學者,在決定收集什(shén)麽數據時(shí)要有選擇性。企業資源計劃軟件供應商DelmiaWorks公司的(de)研發副總裁Trevor Diehl解釋說:"過多(duō)的(de)數據湧入會造成分(fēn)析癱瘓"。爲了(le)避免這(zhè)個(gè)問題,他(tā)建議(yì)與質量專業人(rén)員(yuán)合作,首先确定三到五個(gè)信号,當然也(yě)不能超過八個(gè)。


在規劃過程中,一個(gè)經常被遺忘的(de)考慮因素是任何新增傳感器的(de)長(cháng)期維護。"Diehl說:"确保傳感器得(de)到适當的(de)校準是一個(gè)長(cháng)期的(de)困難,很少有人(rén)對(duì)此進行規劃。除了(le)經曆一些随時(shí)間自然發生的(de)漂移外,傳感器在工業環境中也(yě)會最終失效,因爲它們被安裝在惡劣的(de)環境中,如振動的(de)機器上、電磁場(chǎng)中和(hé)熱(rè)源附近。



一旦确定了(le)目标和(hé)效益,規劃的(de)下(xià)一步就是将它們與實現這(zhè)些目标的(de)現有技術的(de)價值和(hé)成本進行權衡。好消息是,增加IIoT設備通(tōng)常不需要更換現有控制器。原因之一是,IIoT不再局限于增加與傳統控制層次脫鈎的(de)離散傳感器。它現在可(kě)以包括分(fēn)發已經通(tōng)過PLC獲得(de)的(de)數據。


"控制領域一直在迅速吸收更多(duō)的(de)IIoT技術,"Diehl解釋說。他(tā)指出,像羅克韋爾自動化(huà)的(de)FactoryTalk View這(zhè)樣的(de)技術能夠連接到OPC服務器,這(zhè)是一個(gè)常見的(de)IIoT的(de)PLC數據聚合器。"因此,一旦你的(de)現有設備被連接到正确的(de)聚合器中,就很有可(kě)能從你的(de)現有設備中獲得(de)相關的(de)IIoT信息。


"Beckhoff自動化(huà)公司美(měi)國軟件産品經理(lǐ)Daymon Thompson補充說:"許多(duō)老式控制器都有一些溝通(tōng)有價值數據的(de)方式,即使是通(tōng)過串行或DeviceNet等舊(jiù)協議(yì)。因此,IIoT和(hé)其他(tā)數字化(huà)技術通(tōng)常可(kě)以從這(zhè)些傳統的(de)控制器中讀取數據,然後通(tōng)過MQTT、HTTP和(hé)REST等IIoT通(tōng)信标準傳輸。"然而,這(zhè)樣做(zuò)需要在系統中添加一個(gè)設備作爲通(tōng)信網關"


這(zhè)些網關與現有的(de)PLC一起工作,将選定的(de)數據發送到企業内部或基于雲的(de)系統中,以便應用(yòng)分(fēn)析技術。菲尼克斯電氣的(de)Eifert建議(yì)從保留現有的(de)控制系統開始,平行地應用(yòng)邊緣網關。"他(tā)說:"通(tōng)常最好從小處著(zhe)手,在追求高(gāo)風險回報率的(de)項目之前,學會避免潛在的(de)陷阱。


然後,你可(kě)以在随後的(de)升級周期中權衡更換PLC的(de)好處,因爲這(zhè)是有意義的(de)。爲了(le)允許這(zhè)種選擇,Eifert建議(yì)使用(yòng)可(kě)以逐步應用(yòng)的(de)IIoT技術。一個(gè)例子是菲尼克斯電氣的(de)PLCnext,它既可(kě)以作爲邊緣網關又可(kě)以作爲PLC。它可(kě)以與現有的(de)PLC一起逐步應用(yòng),通(tōng)過Modbus TCP、EtherNet/IP、甚至Modbus RTU等協議(yì)與PLC進行本地通(tōng)信。其基于Linux的(de)操作系統允許使用(yòng)Node-Red這(zhè)樣的(de)開源編程工具作爲與IIoT世界的(de)聯系。


Thompson報告說,大(dà)多(duō)數涉及Beckhoff自動化(huà)公司基于PC的(de)控制器的(de)IIoT升級都需要更新軟件,以增加控制器的(de)功能和(hé)通(tōng)信。他(tā)說:"在設備非常老舊(jiù)的(de)情況下(xià),直接添加一個(gè)小型網關設備,并使用(yòng)我們的(de)數據代理(lǐ)軟件從現有的(de)控制器中讀取數據,然後将其映射到物(wù)聯網通(tōng)信協議(yì),"。


不過,這(zhè)樣的(de)硬件通(tōng)常能做(zuò)的(de)事情遠(yuǎn)不止這(zhè)些。"湯普森說:"本地物(wù)聯網網關也(yě)可(kě)以在将任何信息發送到企業級或雲端之前,在邊緣做(zuò)一些計算(suàn)。在邊緣處理(lǐ)信息可(kě)以減少網絡流量,并最大(dà)限度地減少發送到高(gāo)層系統的(de)數據。


一個(gè)需要高(gāo)速數據的(de)應用(yòng),很可(kě)能需要在企業内部或邊緣計算(suàn)。"這(zhè)些數據集往往還(hái)需要滾動到一個(gè)總體的(de)公司或企業視圖中,以評估整體的(de)影(yǐng)響,"IBM的(de)Chawla指出。"所以,你需要一個(gè)定義明(míng)确的(de)架構,指定需要處理(lǐ)數據的(de)地方。"


在這(zhè)裏,一個(gè)常見的(de)錯誤是采取嚴格的(de)線性方法來(lái)處理(lǐ)數據,無論是在企業内部還(hái)是在雲中。"Chawla說:"這(zhè)種方法會限制你能夠從數據中獲得(de)的(de)價值。爲了(le)避免這(zhè)種限制,他(tā)敦促用(yòng)戶考慮一個(gè)開放的(de)混合架構,因爲它提供了(le)在企業内部處理(lǐ)數據的(de)靈活性,以獲得(de)速度和(hé)敏捷性,并獲得(de)訪問雲的(de)好處。

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盡管IIoT設備通(tōng)常是在I/O層面上添加的(de),但另一個(gè)重要的(de)改造地點是機器層面,也(yě)就是控制層次中與HMI相同的(de)層面,據TTTech工業自動化(huà)公司IIoT産品管理(lǐ)總監Alexander Bergner說。這(zhè)就是TTTec的(de)Nerve邊緣計算(suàn)平台運行的(de)地方。


由于該平台具有虛拟化(huà)功能,它可(kě)以在現有基礎設施旁邊運行新的(de)應用(yòng)程序和(hé)服務。事實上,這(zhè)種能力吸引了(le)Fill Gesellschaft公司工程人(rén)員(yuán)的(de)注意,這(zhè)是一家位于奧地利古爾坦的(de)數控機床制造商。Nerve現在承載著(zhe)該公司的(de)Cybernetics智能工廠軟件。


Nerve在Fill的(de)每台機器的(de)邊緣設備上運行,從機器上收集數據,并将其發送到Cybernetics應用(yòng)程序,而沒有任何顆粒度的(de)損失。然後,Fill在其邊緣的(de)軟件上處理(lǐ)數據,再将信息發送到雲端。


Fill還(hái)在使用(yòng)全球數據集來(lái)檢查其整個(gè)機群的(de)部件磨損情況,并将結果作爲一項服務提供給其客戶群。該建築商預計在幾年内,其收入的(de)12%将來(lái)自此類服務。




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