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采用支持IIoT的技术提升机器控制

来源:控制工程网2019.11.29阅读 985

  想象一下这样的场景:啤酒装瓶生产线上的运行人员突然遇到设备停机。运行人员无需访问可编程逻辑控制器程序或中断网络。相反,运行人员只需掏出智能手机www.cechina.cn,连接到机器的气动阀系统,打开网页,查看显示设备气动系统性能的诊断数据。发现原来是方向控制阀中的电磁线圈烧坏了,该方向控制阀控制着机器的一个执行器。几分钟之内,维护技术人员就能接入一个新的控制阀控制工程网版权所有,瓶装生产线再次运行,几乎没有生产损失或主要的控制系统干预。
  这个假设的例子,证明了新的工业物联网IIoT)技术在进入机器控制市场时可以带来的众多优势之一。 这些支持IioT的技术有望通过更好的诊断、分析和预测性维护提高用户利益。因此,用户可以提高生产力、减少停机时间和降低维护成本,达到前所未有的运营水平。

IO-Link提供设备和传感器级别的连接,甚至允许最小的现场设备和智能传感器传送其诊断数据进行分析,以了解功能和系统状态。 图片来源:艾默生自动化解决方案

  IIoT技术仍处于起步阶段,目前在机器控制环境中的实施,大多数是试验性质。在这些试验应用中,制造商正在识别小型、集中的生产问题,然后在基础层面采用IIoT解决方案来解决这些问题。网关从机器的控制系统导出数据,以便在现场或云中进行分析和存储。远程运行分析可以更好地了解问题并指出解决方案。
  例如,生产主管可能会担心机器的峰值能耗。将设备的能源利用数据与从机器上安装的智能传感器中提取的其它运行数据相关联。通过分析关联后的数据,生产主管可以识别功耗峰值发生的时间和影响运营的因素。
  机器控制的主干网
  随着更多基于IIoT技术的设备和网络进入市场,今天的试点项目可能就是明天的全厂项目。 新架构将智能设备(如传感器、I/O模块、伺服驱动器、机器人、电机启动器等)与智能气动阀系统相结合,包括集成工业网络接口、I/O和本地分析能力。这些更智能的互连设备将成为机器控制的主干网,并与IIoT连接。
  虽然数十年来,工业网络已经在更高级别的设备中使用,但是将其集成到小型现场级传感器中则太昂贵了。增加在现有布线基础设施中使用的点对点通信技术(如IO-Link通信),可以从智能传感器和设备中提取数据。
  无线连接、移动设备以及无线诊断与预测的结合,为智能气动歧管提供了IIoT应用所需的分析能力。这些技术通过气动歧管将现场设备(智能传感器)的数据传输到机器控制系统中。
  这些诊断和预测数据,也可以通过不属于控制网络的单独网关和通道进行路由。 这使得外部设备可以有效地收集、分析和处理相关的过程数据,而无需向控制网络加载诊断数据。 它还允许用户分析这些数据CONTROL ENGINEERING China版权所有,而不会影响机器过程或生产计划。这种由IIoT驱动的数据分析也可以通过在现有机器上改装而得以实现。

新的支持IIoT技术的机器组件和网络设备正在投放市场。新架构将智能设备与智能气阀系统相结合,并集成了工业网络接口、I/O和本地分析功能。

  IO-Link的作用
  IO-Link(IEC 61131-9,传感器和执行器通信标准)允许最小的现场设备和智能传感器传输其诊断数据用于分析,以了解系统功能和状态。IO-Link技术旨在使用相同的连接介质,在智能传感器上设置和更改功能参数。它已发展成为一种通信技术,可以控制非传感器设备,如比例压力调节器和阀门系统。
  IO-Link通常与通信网关结合使用,连接到更高级别的工业网络上CONTROL ENGINEERING China版权所有,如EtherNet/IP、Profinet和EtherCAT等,以允许网络通信到达控制系统的最低层。通过这些IO-Link主网关,智能设备可以将诊断和预测数据以数字方式发送到高级处理器中进行分析,这可以在就地、现场或云环境中进行。
  新的模块化现场总线阀组,还具有托管多个IO-Link主站的优势,可以充当以太网通信节点的网关。这样就不需要为每个IO-Link主站建立通信节点,从而可以降低成本和复杂性。
  由于目前现场总线歧管的模块化特性,设计用于集成到模块化现场总线阀门歧管的IO-Link主模块,也可以分布在距离现场总线通信节点30米以内的位置,从而可以方便地将传感器和设备布置在机器上。IO-Link主站模块可为每个独立的IO-Link通道提供辅助电源连接器,为机器设计人员提供更高的灵活性、效率和额外的安全选项。
  将本地Wi-Fi通信集成在气动阀系统上,以简化机器维护和调试。 用户可以通过任何支持Wi-Fi的移动设备轻松访问数据,而无需下载任何应用程序。 运行人员或维护技术人员将移动设备连接到Wi-Fi网络,并将具有机器分析数据功能的HTML网页以适当的格式提供给设备。
  全厂实施IIoT
  完成本地实验之后,在整个工厂范围内实施IIoT技术将更容易,并在机器正常运行时间、运行人员安全性、调试和产品质量方面产生实质性效益。
  通过预测性维护,IIoT技术可以减少机器停机时间,使运行人员能够以计划和有序的方式识别和解决问题,而不会中断生产过程。预测允许实时分析,能够持续监控机器的性能,而不会增加控制系统的开销。可以监控方向控制阀的时间、距离和使用寿命情况。当与正常运行参数有偏差时,向用户发出警告。预测是超出预防性维护的重要一步,有助于在部件对机器性能产生影响之前调整、修理或更换部件。
  IO-Link通信技术允许低级设备以简单但经济的方式与高级网络通信。 这也为最小的设备带来了工业通信,实现了IIoT的承诺。
  无线连接还允许维护人员在机器内部难以到达的位置,监控气动阀系统以及与其连接的设备。他们可以在不关闭系统或爬上设备的情况下诊断断线、无法运行的通信模块或故障阀线圈。
  维护人员也可以使用移动设备随时检查IO-Link传感器的状态。 新的智能传感器会提醒用户是否破损以及故障的原因,从而更容易修复。由于已经使用.iodd文件进行配置 ,因此传感器的调试和更换也更容易。
  支持IIoT的计算机生成的数据,也可以帮助诊断影响产品质量的问题。例如,来自机器传感器的数据可能表明其气缸之一未走完行程。运动中的腐蚀,可能会导致制造产品的质量随着时间的推移而恶化。在影响产品质量之前www.cechina.cn,了解部件功能的偏离情况,将是一个重要的优势。
  提供更有效的信息
  在未来几年内,这些技术逐步开始出现在机器控制系统中,它们将产生比以前更好的诊断、更简化的调试、更好的安全性和更一致的资产可用性这些优势将对汽车、制药和食品饮料行业的机器制造商和最终用户产生重要的影响。
  用户很快就会应用这些技术来解决制造系统中的大问题。 这些解决方案将利用测量机器性能的低级传感器收集的数据进行分析和预测,从而自动或系统地改进整体运营。分析这些新数据将创建相关信息,使机器能够以更少的停机时间更有效地运行。(作者:Steven Fales)


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