http://m.007sbw.cn 2023-11-02 16:20
本文圖片來源:艾默生
為了幫助企業(yè)快速可靠地構(gòu)建邊緣解決方案,工業(yè)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)人員可以利用經(jīng)過驗(yàn)證的軟、硬件平臺來改進(jìn)操作。
長期以來,與為消費(fèi)品領(lǐng)域開發(fā)的技術(shù)相比,制造業(yè)領(lǐng)域一直被認(rèn)為是落后的,這已經(jīng)不是什么秘密了。在很大程度上,這種模式是有意為之,因?yàn)楣I(yè)應(yīng)用所需要的、經(jīng)過驗(yàn)證的關(guān)鍵任務(wù)自動(dòng)化和控制性能,要比典型消費(fèi)者所優(yōu)先考慮的便利性和功能更重要。邊緣計(jì)算和其它在邊緣應(yīng)用的先進(jìn)自動(dòng)化功能,正為制造企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型添磚加瓦。
近年來,用戶越來越意識到可用的自動(dòng)化軟、硬件種類越來越多。雖然不斷發(fā)展的技術(shù)和更靈活的架構(gòu)通常使設(shè)計(jì)師更容易將數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用于現(xiàn)有和新的運(yùn)營技術(shù)(OT)控制和監(jiān)控系統(tǒng),但選擇太多有時(shí)并不是好事,會導(dǎo)致一次性、不可重復(fù)的實(shí)施。
最終用戶、原始設(shè)備制造商(OEM)及其系統(tǒng)集成商支持團(tuán)隊(duì)正在探索生產(chǎn)制造現(xiàn)場和設(shè)備的邊緣應(yīng)用機(jī)會,并提出以下問題:
■ 邊緣技術(shù)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)對實(shí)際收益意味著什么?
■ 如何開始更新老舊系統(tǒng)并推出新項(xiàng)目,同時(shí)確保為未來的投資和工作做好準(zhǔn)備?
■ 考慮到信息技術(shù)(IT)必要的連接量,解決網(wǎng)絡(luò)安全問題的最佳方式是什么?
了解邊緣自動(dòng)化可以實(shí)現(xiàn)什么功能,并開發(fā)出合理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法,是回答這些問題的第一步。
01 工業(yè)邊緣計(jì)算的優(yōu)勢
工業(yè)邊緣應(yīng)用變得越來越普遍,不是因?yàn)樗鼈儠r(shí)髦,而是因?yàn)樗鼈兪窃L問數(shù)據(jù)所必需的。用戶認(rèn)識到自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)量和價(jià)值,這些數(shù)據(jù)之前可能因物理隔離、缺乏集成和非數(shù)字化而成為數(shù)據(jù)孤島。
邊緣技術(shù)提供了解放這些數(shù)據(jù)的途徑:訪問數(shù)據(jù),在本地提供見解,或在站點(diǎn)內(nèi)或云中傳輸這些數(shù)據(jù),以進(jìn)行更廣泛的分析,從而獲得更多可操作的見解。僅僅獲取數(shù)據(jù)是不夠的,分析對于深入了解如何提高效率、安全性和正常運(yùn)行時(shí)間至關(guān)重要(圖1)。
▲圖1:艾默生為用戶提供了靈活的方式來連接所有類型的邊緣數(shù)據(jù)源,在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)IIoT和分析,并提供本地或遠(yuǎn)程可視化,同時(shí)還為未來預(yù)留邊緣和云之間的連接。
02 日益豐富的工業(yè)邊緣設(shè)備類型
諸多不同的產(chǎn)品構(gòu)成了工業(yè)邊緣設(shè)備(如圖2所示),包括:
■ 智能傳感器和更智能的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)設(shè)備;
■ 網(wǎng)關(guān)和其它小型計(jì)算設(shè)備,可以安裝在傳統(tǒng)和現(xiàn)有系統(tǒng)之上;
■ 可編程邏輯控制器(PLC),用于具有現(xiàn)代連接的確定性控制;
■ 邊緣控制器,結(jié)合邊緣分析實(shí)現(xiàn)確定性控制;
■ 工業(yè)PC,可以在邊緣附近執(zhí)行更廣泛的通信和分析計(jì)算;
■ 現(xiàn)場和遠(yuǎn)程/移動(dòng)人機(jī)界面(HMI);
■ 軟件平臺,用于連接制造廠內(nèi)的邊緣設(shè)備和云以及兩者之間的一切設(shè)備。
▲圖2:豐富的自動(dòng)化和邊緣產(chǎn)品組合可以幫助開發(fā)人員專注于應(yīng)用而不是集成,因此他們可以快速可靠地創(chuàng)建所有類型的解決方案。
對于自動(dòng)化設(shè)計(jì)師來說,有時(shí)選擇太多反而導(dǎo)致選擇滿足當(dāng)前和未來需求的技術(shù)成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
03 為未來做好準(zhǔn)備的工業(yè)自動(dòng)化
工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)人員的首要目標(biāo)是提供安全有效的設(shè)備。然而,訪問設(shè)備中包含的豐富信息并根據(jù)這些信息采取行動(dòng)變得同樣重要,這意味著設(shè)計(jì)人員必須考慮超越傳統(tǒng)的自動(dòng)化元素。
有些用戶可能還沒有準(zhǔn)備好完全投入到邊緣設(shè)備的實(shí)施。然而,從一開始就添加或內(nèi)置可擴(kuò)展的邊緣技術(shù)是重要而實(shí)用的,這樣系統(tǒng)可以在用戶準(zhǔn)備好后立即從IIoT受益優(yōu)勢。當(dāng)開發(fā)人員考察各種選擇時(shí),會發(fā)現(xiàn)在諸多供應(yīng)商中,有些供應(yīng)商只提供商業(yè)級、而不是工業(yè)級邊緣技術(shù)。
不幸的是,將來自多個(gè)廠商的軟、硬件組裝成一個(gè)有凝聚力的系統(tǒng)往往需要大量的研究和測試工作,這會帶來額外的風(fēng)險(xiǎn)。創(chuàng)建自定義的邊緣方案,面臨的一些首要問題包括性能局限、缺乏可擴(kuò)展性和未來支持的問題以及缺乏網(wǎng)絡(luò)安全。
另一方面,考慮到自動(dòng)化和邊緣實(shí)施的可能用例數(shù)不勝數(shù),如今沒有人會不切實(shí)際地期望購買一個(gè)完全為特定需求量身定制的一體化軟件包,只需點(diǎn)擊幾下就可以實(shí)現(xiàn)開箱即用。
04 邊緣自動(dòng)化平臺的九個(gè)要素
相反,用戶希望通過尋找具有以下九個(gè)要素的全面自動(dòng)化和邊緣平臺來加快他們的工作:
■ 與軟件緊密集成和協(xié)調(diào)的硬件;
■ 不同層級控制和計(jì)算功能的可擴(kuò)展性和靈活性;
■ 為常見用例提供集成的硬件/軟件解決方案;
■ 可用于精益制造和能源監(jiān)控等基本任務(wù)的方便易用的軟件模塊;
■ 一致的開發(fā)環(huán)境,在擴(kuò)展解決方案時(shí)無需返工;
■ 支持多種協(xié)議和編程語言,具有強(qiáng)大的庫功能;
■ 從單臺機(jī)器到整個(gè)制造工廠的可擴(kuò)展性;
■ 內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)安全;
■ 在軟件和硬件層面均達(dá)到工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn),而不僅僅是對商業(yè)技術(shù)的改造。
隨著應(yīng)用和需求的廣泛變化,證明能夠提供這些功能的產(chǎn)品組合對工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)和開發(fā)人員來說是一個(gè)巨大的優(yōu)勢。讓我們通過下面這個(gè)實(shí)際項(xiàng)目,來看看它是如何開展工作的。
05 全自動(dòng)的CIP/SIP撬裝監(jiān)控
現(xiàn)場清潔(CIP)和現(xiàn)場消毒(SIP)工藝用于食品和飲料、生命科學(xué)以及其它制造和生產(chǎn)應(yīng)用。CIP/SIP使用水(通常在高溫下)和化學(xué)物質(zhì),包括苛性堿和酸,沖洗管道、閥門、容器和設(shè)備的固定裝置,以確能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行清潔、消毒和滅菌。正確的CIP/SIP運(yùn)行可以消除批次間的交叉污染,并保持衛(wèi)生合規(guī),以維護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量并降低對消費(fèi)者的風(fēng)險(xiǎn)。
即使是功能正常的CIP/SIP系統(tǒng)也會消耗大量的工廠資源。在某些情況下,所用的水、蒸汽、電力和化學(xué)品等,可能會占總消耗資源的30%。處理不當(dāng)?shù)腃IP/SIP運(yùn)行,可能會導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)間過長并浪費(fèi)資源。低效的設(shè)計(jì)也會增加勞動(dòng)力需求,并在轉(zhuǎn)換過程中造成生產(chǎn)停工。
在其它情況下,流程中有大量的手動(dòng)步驟,可能會導(dǎo)致系統(tǒng)和人為錯(cuò)誤。出于這些原因和更多其它原因,許多公司正在從手動(dòng)CIP/SIP系統(tǒng)轉(zhuǎn)向全自動(dòng)運(yùn)行,利用工業(yè)級傳感器、分析儀、閥門、電機(jī)控制、PLC和HMI,來幫助確保運(yùn)營的平穩(wěn)。
使用邊緣技術(shù)構(gòu)建CIP/SIP自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全面的優(yōu)化,從而可以獲得更多收益。其中包括自動(dòng)運(yùn)行報(bào)告、符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證、偏差標(biāo)記以及通過分析并根據(jù)見解采取行動(dòng)來追求最佳工況下的“黃金周期”,以最大限度地減少運(yùn)行時(shí)間和公用設(shè)施的使用。
雖然一些CIP/SIP集成商已經(jīng)從頭開始創(chuàng)建自己的邊緣解決方案,但現(xiàn)在可以從供應(yīng)商那里選擇完整的解決方案,從而可以節(jié)省大量時(shí)間和成本。這類解決方案建立在協(xié)調(diào)的邊緣產(chǎn)品組合之上,可以滿足行業(yè)需求。
06 采用邊緣軟件和控制器降低成本
CIP分析解決方案可以改裝到現(xiàn)有的CIP/SIP撬裝上,也可以構(gòu)建到新的設(shè)計(jì)中。該解決方案適用于傳統(tǒng)或智能儀表,如壓力/流量/溫度變送器和電導(dǎo)率分析儀。它還集成了智能閥和電磁閥歧管,以監(jiān)控運(yùn)行和性能。
該解決方案使用邊緣軟件平臺。它可以在邊緣控制器或工業(yè)PC上運(yùn)行,并利用IT和OT通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。使用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)證且可互操作的平臺,用戶可以從快速部署和豐富功能中獲益(圖3)。
▲圖3:艾默生的CIP分析是一個(gè)基于PACSystems邊緣控制器和工業(yè)PC的解決方案,使用艾默生PACEdge軟件。
先進(jìn)的CIP分析解決方案使運(yùn)營人員和工程師能夠可視化和監(jiān)控性能,執(zhí)行基準(zhǔn)測試并報(bào)告公用事業(yè)消耗。根據(jù)建模數(shù)據(jù),該解決方案平均可以減少30%以上的用水量,同時(shí)將以前用于管理手動(dòng)和半自動(dòng)系統(tǒng)、優(yōu)化運(yùn)行性能和效率的時(shí)間減少20%。
07 改善自動(dòng)化和數(shù)據(jù)分析的機(jī)會
最終用戶、OEM廠商和系統(tǒng)集成商正在利用靈活的數(shù)據(jù)訪問和分析來改進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)。邊緣技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)這些功能至關(guān)重要,但有太多的選擇需要考慮,很難從眾多選項(xiàng)中確定最終選擇。
選擇一個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證和協(xié)調(diào)的硬件和軟件平臺,使開發(fā)工作能夠?qū)W⒂趹?yīng)用而不是集成,無疑是一個(gè)更高效的解決方案。這種方法提供了一種快速且可靠的方式來創(chuàng)造整體價(jià)值。
用戶應(yīng)尋找一個(gè)包含確定性控制、邊緣計(jì)算、可視化、分析以及站點(diǎn)和云連接的投資組合。這使設(shè)計(jì)人員可以最大限度地減少設(shè)計(jì)工作量,最大限度地提高工作的可重用性,同時(shí)使工業(yè)應(yīng)用具有靈活性并能經(jīng)得起未來的考驗(yàn)。