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物聯網對制(zhì)造自動化的影(yǐng)響 你(nǐ)無法想象【網絡轉摘】
發表日期：2015-09-20 18:29 文章編輯：admin 浏覽次數(shù)：
物聯網不僅是将工業網絡擴展到設備級架構，還(hái)包括将安全、運動、機器(qì)對機器(qì)智能、自動維護資源和(hé)企業連接性融入到目前難以企及的制(zhì)造智能。從資源管理(lǐ)到智能機器(qì)設備再到預見性維護，物聯網的快速發展，為(wèi)制(zhì)造自動化也帶來(lái)了很(hěn)多(duō)積極的影(yǐng)響。
安全的遠程連接
物聯網希望實現萬物互聯，以便進行(xíng)診斷、配方管理(lǐ)、協作(zuò)工程和(hé)各種數(shù)據采集(從OEE到序列化)。物聯網能夠獲取更多(duō)當前尚未獲取的數(shù)據。原因可(kě)能是我們之前沒有(yǒu)部署用于獲取數(shù)據的傳感器(qì)而且IT也不允許這樣做(zuò)。
現實是這種智能傳感器(qì)已經存在，隻不過企業還(hái)沒有(yǒu)意識到把錢(qián)花(huā)在這個(gè)地方的好處。常見的疑問比如說，“為(wèi)何額外花(huā)100美元購買一個(gè)有(yǒu)可(kě)能不小(xiǎo)心就被叉車(chē)撞壞的智能傳感器(qì)呢?”
在2014年，安全方面的重大(dà)突破是安全虛拟私有(yǒu)網絡(VPN)服務器(qì)和(hé)雲服務。2015年的趨勢是實現安全服務器(qì)與控制(zhì)軟件套件的無縫集成。
網絡安全
工業自動化用戶思維的最大(dà)轉變可(kě)能是從硬連接的安全PLC和(hé)繼電(diàn)器(qì)轉移到網絡安全性。這意味着從普通(tōng)工人(rén)用螺絲刀緊銅線到咨詢軟件顯示的過渡。而現實中，我們的生(shēng)活早已改變。我們會(huì)毫不猶豫的乘坐(zuò)電(diàn)子導航系統的航班。我們乘坐(zuò)無人(rén)駕駛的區(qū)間(jiān)列車(chē)抵達航站(zhàn)樓。即使開(kāi)往航站(zhàn)樓的汽車(chē)都與網絡設備息息相關(例如：防抱死制(zhì)動、安全氣囊彈出和(hé)恒速操縱器(qì)等)，我們沒有(yǒu)擔心它們的安全性，是因為(wèi)我們看不到。
網絡安全對于提高(gāo)生(shēng)産力大(dà)有(yǒu)幫助，能夠有(yǒu)效防止工人(rén)試圖繞過安全系統操作(zuò)。在安裝費用、測試和(hé)診斷能力方面，網絡安全也有(yǒu)許多(duō)優勢。既要保持控制(zhì)和(hé)線路功率又要确保工作(zuò)速度、轉矩、方向和(hé)位置不會(huì)引起危害。在實施過程中還(hái)要符合傳統安全實施方案(即：将主控系統狀态與獨立控制(zhì)器(qì)上(shàng)的校(xiào)驗做(zuò)比較)。
與E- stop急停按鈕将所有(yǒu)電(diàn)源切斷不同，網絡安全允許系統在安全模式下連續運行(xíng)。安全模式運行(xíng)旨在防止操作(zuò)員誤操作(zuò)，試圖通(tōng)過打開(kāi)門(mén)聯鎖裝置來(lái)清除堵塞，或在無機器(qì)防護裝置的情況下操作(zuò)。相反，它要确保軋輥不能以非安全方向旋轉，或者機器(qì)人(rén)手臂無法快速用力，以保護維修工人(rén)的安全。
物聯網對于工業安全有(yǒu)何促進呢?安全系統通(tōng)過确定性工業以太網聯網。同時(shí)，安全模式下的每個(gè)狀态變化、每個(gè)操作(zuò)實例均被記錄下來(lái)并通(tōng)過互聯網傳送給管理(lǐ)人(rén)員。聯鎖裝置或光幕可(kě)傳達破損程度、時(shí)間(jiān)和(hé)間(jiān)隔，以幫助管理(lǐ)人(rén)員分析根本原因。
安全的運動控制(zhì)
在網絡安全功能中，安全運動控制(zhì)功能最為(wèi)強大(dà)。通(tōng)過嵌入到伺服機構/變頻驅動(配有(yǒu)安全編碼器(qì)等硬件)中的智能軟件，網絡安全系統可(kě)保持生(shēng)産線、印刷機、機器(qì)人(rén)及其他設備的正常運行(xíng)(在安全模式下)。這種智能不僅能夠提供現在熟悉的安全扭矩關閉信息，還(hái)能夠提供安全的受限轉矩、受限速度、位置和(hé)受限加速度等更多(duō)信息。
現在，生(shēng)産線上(shàng)的機器(qì)可(kě)在安全模式下繼續運行(xíng)。而在過去，急停按鈕或受控關閉将會(huì)開(kāi)啓，以清除堵塞信息，進行(xíng)修複或補充材料。現在的緊急停機按鈕也不再需要硬接線，它可(kě)以通(tōng)過以太網連接并且成為(wèi)控制(zhì)面闆的一部分。
預見性維護
預見性維護的關鍵是根據機器(qì)實際狀态而非根據固定的周期進行(xíng)監控。此外，監控機器(qì)狀态的關鍵是機械擾動。利用加速度計(jì)等網絡化傳感器(qì)可(kě)檢測軸承、主軸、聯軸器(qì)和(hé)其他機械設備的頻率，預測發生(shēng)故障的趨勢，以安排預先性維護。
通(tōng)過聯網的傳感器(qì)進行(xíng)狀态監控，來(lái)預測可(kě)能出現的機器(qì)故障。
過程越關鍵，維護的成本越大(dà)。簡單設備的故障可(kě)能會(huì)使某一過程出現災難性結果。頻率分析還(hái)可(kě)促使在設備受損前找出根本原因。如可(kě)記錄潤滑、剝落或腐蝕等狀況，則可(kě)采取預防性維護措施。
資源管理(lǐ)
能源監測，不僅是電(diàn)力監測，還(hái)包括水(shuǐ)、蒸汽、壓縮空(kōng)氣和(hé)真空(kōng)、天然氣、溫度等，可(kě)以幫助您認識到提高(gāo)可(kě)持續性的巨大(dà)潛力。
将這些(xiē)監測數(shù)據帶入到單獨的機器(qì)和(hé)過程單元(不僅是分支電(diàn)路或輸入電(diàn)表)，将使數(shù)據變得(de)更可(kě)行(xíng)。為(wèi)何一個(gè)收縮爐或輪班比另一收縮爐或輪班耗能多(duō)?權衡能源成本和(hé)生(shēng)産量之後的最佳生(shēng)産線速度是什麽?
自動補償
将更多(duō)智能推向設備級而不僅是在物聯網通(tōng)信。這樣有(yǒu)助于提高(gāo)性能并省去人(rén)為(wèi)幹預。先進的伺服驅動器(qì)就是一個(gè)好例子。
驅動器(qì)內(nèi)的自動補償能夠響應異常情況，預先消除幹擾，無需技(jì)術(shù)人(rén)員對驅動器(qì)進行(xíng)微調。無需引入示波器(qì)功能，也不用再插入筆記本電(diàn)腦(nǎo)。
自動配置
将較舊(jiù)組件替換為(wèi)具有(yǒu)更新固件版本的組件亦是如此。在過去，這一過程需要手動重置新組件，通(tōng)常需将軟件加載到PC。現可(kě)自動完成，無需用戶幹預。
闆載智能及控制(zhì)器(qì)和(hé)設備之間(jiān)的以太網通(tōng)信意味着控制(zhì)器(qì)可(kě)查詢新組件并将其固件自動降級為(wèi)正在使用的版本。
這意味着不需要任何技(jì)術(shù)員，無需維護軟件，無需升級軟件許可(kě)證，無故障顯示，也不用預先将備用組件放置在架子上(shàng)等着落滿灰塵。
智能I/O切片
将智能推向設備級的另一實例是使用帶有(yǒu)闆載FPGA的I/O切片，允許設備和(hé)I/O切片之間(jiān)直接響應，從而繞過背闆、PLC的CPU和(hé)系統掃描。結果是響應時(shí)間(jiān)短(duǎn)至1微秒(miǎo)。
這種前所未聞的超快速度是否有(yǒu)實際用途?考慮如下的應用，是否會(huì)吸引你(nǐ)：讓噴膠槍向裝箱機更準确地打膠，更快速的商标打印，以及大(dà)幅縮短(duǎn)枕式包裝機上(shàng)傳感器(qì)和(hé)回收站(zhàn)之間(jiān)的距離。
與項目中機器(qì)的其他部分相同，I/O切片也用IEC61131-3語言編程，不過它們僅在切片級執行(xíng)。
分布式運動控制(zhì)
具有(yǒu)以太網通(tōng)信和(hé)闆載I/O功能的機載集成式電(diàn)機/驅動器(qì)早已屢見不鮮。如今，這一概念已擴展到機載分布式密封驅動器(qì)，以幫助傳統的電(diàn)機達到更高(gāo)的轉矩和(hé)速度要求。此外，小(xiǎo)型驅動器(qì)(例如：格式轉換所用的步進電(diàn)機)可(kě)以采用IP67分布式I/O模塊。
自主維護
這種闆載智能結合廉價固态存儲器(qì)可(kě)以大(dà)幅節約成本，促使機器(qì)更高(gāo)效。根據作(zuò)業指導書(shū)，操作(zuò)員和(hé)技(jì)術(shù)人(rén)員利用動畫(huà)和(hé)視(shì)頻走查的益處是有(yǒu)據可(kě)依的。
為(wèi)何不将這些(xiē)動畫(huà)與控制(zhì)系統中的故障代碼相關聯，并使操作(zuò)員按第一梯隊的故障排除進行(xíng)走查?通(tōng)過虛拟網絡計(jì)算(suàn)(VNC)和(hé)Wi-Fi，動畫(huà)可(kě)在操作(zuò)員的智能手機或平闆電(diàn)腦(nǎo)上(shàng)運行(xíng)，并在需要的情況下走查整條生(shēng)産線，并連接到交互式故障排除輔助工具。
這一過程稱為(wèi)“自主維護”。其意味着維護技(jì)術(shù)員無需取回生(shēng)産線上(shàng)的機器(qì)，因為(wèi)即使是缺乏經驗的操作(zuò)員也可(kě)自行(xíng)處理(lǐ)問題，并可(kě)克服語言和(hé)讀寫障礙。
當然，如果問題無法解決，則控制(zhì)器(qì)将向值班的維護技(jì)術(shù)員發送信息，針對他或她所執行(xíng)的操作(zuò)提供建議，識别存在故障的部件并提交訂購單，采購一個(gè)新部件。與此同時(shí)，故障也會(huì)被好好記錄下來(lái)，并上(shàng)報管理(lǐ)部門(mén)、機器(qì)制(zhì)造商和(hé)組件供應商。
工業4.0與工業互聯網：殊途同歸
我記得(de)一位資曆頗深的德國同事在幾年前告訴我：工業4.0将是一件了不起的事。坦言講，當時(shí)我嘲笑這明(míng)顯是促銷信息。我對物聯網的最初反應亦是如此。
畢竟，早在十幾年前，我們就具有(yǒu)能夠将智能光電(diàn)傳感器(qì)放在輸送帶上(shàng)的能力，但(dàn)是沒有(yǒu)人(rén)願為(wèi)此額外支付100美元。因此，當輸送帶堵塞時(shí)，就隻能耗費時(shí)間(jiān)走查生(shēng)産線，用眼球确定輸送帶停止的根本原因。
而現在，智能傳感器(qì)能讓您從生(shēng)産線控制(zhì)器(qì)以及生(shēng)産線上(shàng)任何HMI的狀态模型中發現問題。技(jì)術(shù)人(rén)員為(wèi)其提供替換件并在幾分鍾內(nèi)重新調節或更換傳感器(qì)。
工業4.0和(hé)工業互聯網其實質是相同的，不同之處在于思維。
德國在工程、應用技(jì)術(shù)和(hé)高(gāo)級機械設備方面一直具有(yǒu)良好信譽，它們是德國出口經濟的基礎和(hé)經濟引擎(試圖使歐盟其他國家(jiā)擺脫持久經濟衰退)且令民族頗為(wèi)自豪。因此，德國抓住物聯網的潛力并集中于工業應用便成為(wèi)不言而喻的事。
在德國和(hé)整個(gè)歐洲，技(jì)術(shù)專家(jiā)傾向于将技(jì)術(shù)銷售給其他技(jì)術(shù)專家(jiā)。這種做(zuò)法與美國相反。在美國，技(jì)術(shù)專家(jiā)需說服關注季度财報的财務經理(lǐ)增加對科技(jì)的投資，以保持競争力并産生(shēng)有(yǒu)機增長。我認為(wèi)這恰是美國物聯網支持者傾向于強調大(dà)數(shù)據而非可(kě)聯網機器(qì)的原因。他們正在将IT解決方案出售給首席财務官。
這是否意味着工業4.0比工業互聯網更有(yǒu)可(kě)能改變工廠自動化?我确信歐洲工業更相信可(kě)聯網機器(qì)的願景。因此，信奉這一願景的機器(qì)制(zhì)造商和(hé)技(jì)術(shù)供應商應該首先瞄準歐洲市場(chǎng)。
歐洲稱為(wèi)工業4.0，别的國家(jiā)和(hé)地區(qū)可(kě)能也有(yǒu)各自的叫法。無論在這些(xiē)市場(chǎng)上(shàng)的名稱是什麽，其實質都是萬變不離其宗。莫讓您的機構陷入工業4.0和(hé)工業互聯網的争論中，其實它們是一回事，即通(tōng)過以太網/互聯網連接機器(qì)，實現比以往更高(gāo)效的運行(xíng)。
需要注意的是，我們應确保它們所使用的标準相同。
工業物聯網的相關标準
從以太網到互聯網
物聯網是基于TCP/IP、HTTP、FTP和(hé)其他普遍接受的互聯網通(tōng)信标準，包括從基于以太網的工業網絡到局域網和(hé)互聯網。現如今，即使是廉價的控制(zhì)器(qì)預計(jì)也會(huì)提供網絡服務器(qì)和(hé)一個(gè)或更多(duō)以太網連接。
工控系統的網絡安全
ISA/IEC-62443(ISA99)對工控系統網絡安全措施進行(xíng)了全面概述。其為(wèi)複雜的主題，需要主題專家(jiā)的參與。總之，IT有(yǒu)安全标準，自動化也要有(yǒu)安全标準。
安全VPN服務器(qì)和(hé)托管雲服務現被廣泛使用。滿足工業自動化特定需求的安全服務正在興起。安全VPN功能正在內(nèi)置于自動化軟件套件中。具有(yǒu)大(dà)量IT資源的廣大(dà)用戶和(hé)集成商可(kě)通(tōng)過這些(xiē)接口連接自己的資源。機器(qì)制(zhì)造商和(hé)用戶可(kě)采用軟件即服務解決方案，無需投入額外的IT基礎設施。
服務由第三方、控制(zhì)供應商、機器(qì)制(zhì)造商和(hé)集成商提供。安全服務包括整體(tǐ)遠程數(shù)據采集、監控、數(shù)據存儲、報告與診斷。
VNC訪問
虛拟網絡計(jì)算(suàn)是物聯網的縮影(yǐng)。VNC是開(kāi)源共享系統，允許遠程訪問具有(yǒu)物聯網功能的控制(zhì)器(qì)，而不需使用供應商軟件包。無需任何許可(kě)證和(hé)專用通(tōng)信軟件或硬件。您隻需要知道(dào)控制(zhì)器(qì)的IP地址。
開(kāi)放式網絡安全
如果沒有(yǒu)開(kāi)放的标準，物聯網必将失敗。物聯網無法忍受封閉系統，原因是它将連接萬物。網絡安全也具有(yǒu)國際标準。openSAFETY協議棧是openSAFETY技(jì)術(shù)規範符合IEC61784-3-13的實現，且可(kě)獲得(de)免費許可(kě)。
此外，經測試和(hé)證明(míng)，openSAFETY可(kě)運行(xíng)在主要工業網絡的應用層：Profinet、EtherNet/IP、ModbusTCP、SERCOSIII、EtherCAT和(hé)POWERLINK。不過，用戶可(kě)以指定供應商的openSAFETY協議。
專用協議(限于最初設計(jì)所面向的網絡)不支持物聯網。其原因是這些(xiē)專用協議将限制(zhì)連接性，并會(huì)有(yǒu)效限制(zhì)第三方訪問，以開(kāi)發主機接口而非從機接口。為(wèi)實現開(kāi)放性，安全務必允許任何自動化供應商開(kāi)發兼容的控制(zhì)器(qì)和(hé)設備。
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