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现今技术靠什么连接未来工厂?

2021-12-20新闻


本文选自Atuomation丨By Sandro Quinte丨11,3,2021期丨电气自动化

如果说无缝连接是未来,那么加强连接就是此时此地。技术发展已经在工业自动化的现场层面上进行,在以前没有智能的设备之间分配智能。

同时,像开放平台通信统一架构(OPC UA)这样的开放接口正在使我们离真正的设备互操作性更近一步。这些发展加在一起,对我们在一个日益数字化的世界中如何设计、部署和维护我们的生产系统有巨大的影响。

有了正确的变化,智能气动元件、物联网(IoT)网关和开放式通信标准等技术可以成为通向真正互联未来的垫脚石。


在一个典型的工厂里,生产车间由各种机电部件组成,如线性设备、旋转驱动器、伺服驱动器和抓手,以及更复杂的机械系统,如多轴卡特尔处理系统。为了实现工业4.0的全部愿景,来自生产过程的所有相关数据,包括这些非智能设备的状态,必须实时提供。智能组件是实时数据可用性的先决条件,在生产过程中一致和统一的信息交换中发挥着关键作用。


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作为连接性增强的证明,许多以前不智能的部件现在都加入了IIoT功能、数据处理和诊断能力,使它们变得智能。这些新的本地功能为整个操作带来多种性能优势,特别是在效率和维护方面。


在现场层面新分布的智能的一个例子是运动终端VTEM--第一个通过运动应用程序提供气动功能的阀门。它的设计考虑到了增强连接性,使用户能够轻松适应不断变化的工艺参数,与硬接线技术相比,提高了生产灵活性。它还集成了用于控制、诊断和自学任务的智能传感器,消除了对额外组件的需求。


运动终端VTEM提供了传统的2/2-、3/2-、4/2-或4/3-通阀的功能,以及比例技术和伺服气动功能。同时,用户可以使用单一的阀门类型执行运动任务,将复杂的运动、可变的定位和预设的行程时间全部整合在一个设备中。运动终端VTEM的其他智能功能包括。


* 节能的应用程序。运动终端VTEM包括一个ECO驱动运动应用,它自动将气动能量减少到运动所需的水平。因此,对于不需要额外末端位置力的简单运动任务,它将能耗保持在最低水平。


*泄漏诊断。通过在早期阶段检测泄漏,运动终端VTEM提高了过程的可靠性和生产力。它还能减少不必要的能源损失。


*状态监测。由于这种能力,运动终端VTEM降低了系统的生命周期成本。它还促进了更快的投资回报(ROI),使您在市场上更具竞争力。





凭借其传统阀门技术和数字运动应用程序的结合,运动终端VTEM取代了50多个单独的组件--同时提高了制造的灵活性,降低了系统的复杂性,并在现场实现了新的数据分析和状态监测能力。


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实施无缝连接的最大挑战之一是网络化组件和系统的集成。


传统上,整合来自不同制造商的伺服驱动器和控制器是一项复杂而费力的工作,使工程时间和成本都在增加。


除了软件和硬件平台的变化,软件工程师还面临着不同的现场总线系统、软件模块和数据协议,需要他们掌握几种编程语言。


他们还必须了解各个部件之间的行为方式。在这些情况下,机电驱动系统可能需要很长的时间去调试,而在调试过程中出现的任何技术困难都会造成计划外的生产延误。


物联网网关,如CPX-IOT,使用户能够连接驱动器和其他组件,以了解各种运行参数,包括温度、速度、电压等。


该网关不仅整合了机器和生产数据,而且还使这些信息更容易管理。根据复杂程度,用户可以在车间层面连接多达31个组件和模块。


然后他们可以通过安全的开放接口接收实时的、可用于云计算的数据。这种能力开辟了许多数据分析选项--从更智能的维护实践到数字双胞胎。






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无论是机械系统还是控制系统,不同的制造商提供了大量的产品、部件和解决方案--每一种都有自己的接口、硬件、编程语言和通信协议。如前所述,机器制造商和工程师经常花费大量时间将这些不同的组件集成到他们的机器中。幸运的是,新的开放式通信协议正在为连接环境中真正的设备互操作性铺平道路。



其中一个例子是IO-Link,它提供了一个新的标准化I/O技术接口,扩展了现场总线和工业以太网系统。除了传输过程数据外,它还允许用户将参数数据从控制系统下载到传感器或执行器,然后将诊断数据送回控制系统。过去,将现场总线接口集成到最低的现场水平是一项昂贵的工作,而IO-Link只需简单的三线或五线电缆就能传输数字或模拟值。



第二个例子,OPC UA,是一个供应商中立的软件接口,传输机器数据,包括过程值和测量,然后以机器可读的方式语义描述这些数据。由于OPC UA独立于操作系统工作,它提供了一个从前端设备、传感器、执行器和控制器到云的开放通信解决方案。除了使行业更接近真正的即插即用功能外,这个接口还实现了组件的无缝集成--允许它们相互交谈,以及轻松收集和交换数据。


为了获得这些好处,工厂自动化解决方案的供应商越来越多地将开放接口兼容性添加到其组件中,以提供前端设备、控制器和云之间的无缝通信。例如,费斯托已将OPC UA嵌入其阀门终端,使工厂经理、工程师和操作员能够实现智能制造的好处。当与CPX平台等物联网网关配对时,操作员可以通过以太网连接和OPC UA协议快速、轻松地收集设备信息和状态。从那里,系统可以通过第二个以太网连接和物联网协议,如高级消息队列协议(AMQP)或消息队列遥测传输(MQTT)将该信息发送到云端。





随着互联技术的不断发展,工厂正朝着所有部件、控制器和工业云无缝集成的未来迈进,产生无数的生产效益。虽然进展顺利,但我们还没有完全实现。最后一英里将需要继续推动将以前孤立的系统联系在一起,接受开放的通信标准,并从车间到企业层面全面实施数字化战略。


实施具有智能功能的部件和机器,对避免不必要的停机时间有很大帮助。想象一下,一台机器在一个周五晚上大家都打卡下班后工作。这台机器检测到一个异常情况--例如气动执行器上的摩擦力增加,然后计算出该部件将在未来三到四天内失效。


在没有任何人工干预的情况下,机器与工具库沟通库存情况,并在得知目前没有库存的情况下,下了一个备件的订单。这时,采购经理在他的智能手机上收到一个电子邮件提醒,要求他批准该订单。周一早上一到,机器就计算出推杆现在有80%的故障,并自动将维修预约移到零件到货后的一周早些时候。


这个例子展示了机器可视性的力量,特别是在无人值守的操作期间。它还显示了增加简单的IIoT功能,只需在设备上点击几下,就能补救计划中的、昂贵的停机问题。



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