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传统设备的 IIoT 改造

2022-1-7新闻

选自Automation World,James R. Koelsch特约编辑,Oct 14th, 2021

如果你像大多数制造商一样,你不是在经营一个拥有最新互联网设备的绿地。然而,你可能正面临着许多数字化计划。以下是你如何通过对现有设备进行战略性改造来实现的。

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不要为打翻的牛奶、啤酒或其他任何东西哭泣。为什么?因为不再需要因为你的设备安装基础太旧而忍受溢出和其他形式的浪费。你可以通过改造你的旧设备来解决许多这样的问题,让你获得工业物联网(IIoT)所承诺的连接性和可视性,以减少浪费。

对那里的一条装瓶线进行IIoT技术改造后,操作员可以控制啤酒从一个罐子到另一个罐子的过程中产生的泡沫。即使是压力和温度的轻微变化也会产生泡沫,这将转化为足够的溢出,使啤酒厂每月损失30,000美元的收入。

在Bosch Rexroth公司的帮助下,操作人员现在可以在酿酒厂的任何地方与工艺进行实时互动。



Bosch Rexroth工业4.0业务负责人Armando Gonzalez说:

"我们与Sugar Creek一起绘制了价值流图,并开始分析具体的痛点。"从那里,我们能够确定浪费的数量,以及如何在价值方面进行转化。" 



博世力士乐的工程师随后帮助该啤酒厂的员工了解IIoT技术如何帮助他们迅速获得成功。


改造团队不仅在啤酒罐上添加了IIoT传感器,还添加了力士乐的IIoT网关来报告灌装水平和温度。一旦分析完毕,这些数据点可供操作员在其笔记本电脑、平板电脑或手机上使用。由于信息容易获取,并且能够远程调整设定点,Sugar Creek Brewing Co.仅在2019年就节省了12万美元。


与其他技术一样,成功实施IIoT需要一个具有良好商业意义的计划。IBM公司工业部门总经理Manish Chawla表示,制定这样一个计划有助于避免过度改造,这是用户最常犯的错误。"他建议说:"首要的考虑应该是清楚地确定改造某件设备的最终目标和商业利益是什么。"有人想安装的每一个传感器都需要有一个商业目的"。


这些目的通常包括对诸如成本、安全、质量和产量的一些好处。"最具有影响力的地方是看你最大的问题在哪里,"美国菲尼克斯电气公司IIoT高级业务开发经理Dave Eifert建议。"以一种非常细化的方式看其中的一个方面,想象一下要怎样才能消除这一个问题。" 如果关于流程的更多数据和信息将帮助你理解和解决这个问题,那么它可能是IIoT的一个很好的应用。


自动化专家警告初学者,在决定收集什么数据时要有选择性。企业资源计划软件供应商DelmiaWorks公司的研发副总裁Trevor Diehl解释说:"过多的数据涌入会造成分析瘫痪"。为了避免这个问题,他建议与质量专业人员合作,首先确定三到五个信号,当然也不能超过八个。


在规划过程中,一个经常被遗忘的考虑因素是任何新增传感器的长期维护。"Diehl说:"确保传感器得到适当的校准是一个长期的困难,很少有人对此进行规划。除了经历一些随时间自然发生的漂移外,传感器在工业环境中也会最终失效,因为它们被安装在恶劣的环境中,如振动的机器上、电磁场中和热源附近。



一旦确定了目标和效益,规划的下一步就是将它们与实现这些目标的现有技术的价值和成本进行权衡。好消息是,增加IIoT设备通常不需要更换现有控制器。原因之一是,IIoT不再局限于增加与传统控制层次脱钩的离散传感器。它现在可以包括分发已经通过PLC获得的数据。


"控制领域一直在迅速吸收更多的IIoT技术,"Diehl解释说。他指出,像罗克韦尔自动化的FactoryTalk View这样的技术能够连接到OPC服务器,这是一个常见的IIoT的PLC数据聚合器。"因此,一旦你的现有设备被连接到正确的聚合器中,就很有可能从你的现有设备中获得相关的IIoT信息。


"Beckhoff自动化公司美国软件产品经理Daymon Thompson补充说:"许多老式控制器都有一些沟通有价值数据的方式,即使是通过串行或DeviceNet等旧协议。因此,IIoT和其他数字化技术通常可以从这些传统的控制器中读取数据,然后通过MQTT、HTTP和REST等IIoT通信标准传输。"然而,这样做需要在系统中添加一个设备作为通信网关"


这些网关与现有的PLC一起工作,将选定的数据发送到企业内部或基于云的系统中,以便应用分析技术。菲尼克斯电气的Eifert建议从保留现有的控制系统开始,平行地应用边缘网关。"他说:"通常最好从小处着手,在追求高风险回报率的项目之前,学会避免潜在的陷阱。


然后,你可以在随后的升级周期中权衡更换PLC的好处,因为这是有意义的。为了允许这种选择,Eifert建议使用可以逐步应用的IIoT技术。一个例子是菲尼克斯电气的PLCnext,它既可以作为边缘网关又可以作为PLC。它可以与现有的PLC一起逐步应用,通过Modbus TCP、EtherNet/IP、甚至Modbus RTU等协议与PLC进行本地通信。其基于Linux的操作系统允许使用Node-Red这样的开源编程工具作为与IIoT世界的联系。


Thompson报告说,大多数涉及Beckhoff自动化公司基于PC的控制器的IIoT升级都需要更新软件,以增加控制器的功能和通信。他说:"在设备非常老旧的情况下,直接添加一个小型网关设备,并使用我们的数据代理软件从现有的控制器中读取数据,然后将其映射到物联网通信协议,"。


不过,这样的硬件通常能做的事情远不止这些。"汤普森说:"本地物联网网关也可以在将任何信息发送到企业级或云端之前,在边缘做一些计算。在边缘处理信息可以减少网络流量,并最大限度地减少发送到高层系统的数据。


一个需要高速数据的应用,很可能需要在企业内部或边缘计算。"这些数据集往往还需要滚动到一个总体的公司或企业视图中,以评估整体的影响,"IBM的Chawla指出。"所以,你需要一个定义明确的架构,指定需要处理数据的地方。"


在这里,一个常见的错误是采取严格的线性方法来处理数据,无论是在企业内部还是在云中。"Chawla说:"这种方法会限制你能够从数据中获得的价值。为了避免这种限制,他敦促用户考虑一个开放的混合架构,因为它提供了在企业内部处理数据的灵活性,以获得速度和敏捷性,并获得访问云的好处。

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尽管IIoT设备通常是在I/O层面上添加的,但另一个重要的改造地点是机器层面,也就是控制层次中与HMI相同的层面,据TTTech工业自动化公司IIoT产品管理总监Alexander Bergner说。这就是TTTec的Nerve边缘计算平台运行的地方。


由于该平台具有虚拟化功能,它可以在现有基础设施旁边运行新的应用程序和服务。事实上,这种能力吸引了Fill Gesellschaft公司工程人员的注意,这是一家位于奥地利古尔坦的数控机床制造商。Nerve现在承载着该公司的Cybernetics智能工厂软件。


Nerve在Fill的每台机器的边缘设备上运行,从机器上收集数据,并将其发送到Cybernetics应用程序,而没有任何颗粒度的损失。然后,Fill在其边缘的软件上处理数据,再将信息发送到云端。


Fill还在使用全球数据集来检查其整个机群的部件磨损情况,并将结果作为一项服务提供给其客户群。该建筑商预计在几年内,其收入的12%将来自此类服务。




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