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未来设备,光有“智能”是不够的!

来源:控制工程网2023.03.16阅读 4024


图片来源:FDT Group

  对于更智能、更复杂的设备,包括从输入/输出(I/O)到流量计的所有设备,简单易用是帮助用户充分利用设备的关键。
  在疫情期间,消费类包装商品(CPG)品牌经历了强劲的增长。麦肯锡公司表示,随着消费者对更多和不同产品需求的不断增加,高可变性可能会持续一段时间。这一时期的收获和经验教训,可以帮助像宝洁(P&G)这样的公司继续把握未来,包括维持和提高产量以满足需求增长的能力。
  宝洁公司的智能过程单元(SPC)展示了一种未来的可能性,该单元使用了先进物理层以太网(APL),以简化网络、自动化和过程控制。更精简的以太网层,可以更好地支持连续和批量操作的混合装置实现现代化。通过将其连接到IT网络,专注于和需要这些数据的更高级别的系统共享从智能设备获得的诊断数据,它还可以提供更好的业务决策。

▲图 1: P&G 在公司位于美国俄亥俄州西切斯特的企业工程技术实验室 (CETL) 的APL以太网演示项目。项目包括四个 375 至 500 公斤的储罐、六个带流量计的泵以及三个执行连续和间歇操作的装置。它以水作为工艺流体控制工程网版权所有,完全独立且可远程操作。

  根据宝洁公司过程自动化技术总监Paul Maurath博士的说法,即将出现的新一代“更智能”的设备,如科里奥利流量计、pH变送器、雷达液位计、压力变送器控制工程网版权所有,甚至是离散设备开/关阀,都有更多的数据需要共享,而更多的上层系统,如维护和数据分析,都需要这些信息。现在,终端用户面临着集成、管理和监控这些设备的重大挑战,这些因素可能会影响它们的采用。
  01 降低设备生命周期管理的复杂性
  传统的模拟和离散输入/输出(I/O)主导着使用以太网主干网高度分布式的架构。使用Ethernet/IP和IO-Link等技术的智能设备正在加入这些网络,在增加了功能的同时也增加了复杂性。
  除了改进网络策略以充分利用实时诊断数据外,宝洁公司还希望改进设备管理和维护策略以管理所有设备的生命周期。从网络上设备的配置到更换,智能设备管理成为有效管理正常运行时间和生产的关键因素。
  02 用户需要简化的操作
  Maurath向合作伙伴提出的要求很简单,但并不容易实现:“利用更智能、更复杂的设备,包括从I/O到流量计的所有设备,来帮助我们管理复杂性。”
  在ODVA和FDT集团的大会中,Maurath将微软Windows平台罗技鼠标选项的多样性,与工厂设备和功能的巨大差异进行类比。“当你更换像鼠标这样的设备时,后台会发生哪些你可能想象不到的事情?你失去了与旧设备的连接,找到一个新设备。如果它是一个简单的有线双按钮鼠标,那很容易。但它如果是带有15个可配置按钮的复杂游戏鼠标,而你没有明确的替代品,怎么办?Windows能否找到并安装合适的驱动?所有这些可配置的功能会发生什么?”
  更换控制系统中的任何设备,如压力变送器控制工程网版权所有,也可以采用相同的方法。如果是传统的4~20mA设备,甚至包括HART配置,都很简单。但如果是使用Ethernet/IP或IO-Link的智能设备呢?
  一旦应用失去初始连接,则必须进行重新配置,那问题就来了。新设备如何通信?它的新配置文件可用吗?控制器是否必须重新启动或重新加载才能使用新设备?新设备的数据结构是否相同,或者是否必须更改应用程序代码?完成这些任务需要多长时间?
  尽管这些大问题迫在眉睫,但这条生产线已经停机,最大未知问题仍然存在:这条生产线需要多久才能恢复运行?Maurath说:“最初的通信配置是一个令人头疼的问题,如果设备升级为智能设备,参数和配置变量会更多,情况可能会变得更糟。为了解决这一问题,我们需要供应商和标准组织围绕集成和兼容性提供帮助。”解决方案必须包括对智能系统进行故障排除和维修所需的内容,以及更换设备的简便方法,以避免几小时甚至数天的延迟。
  03 减少配置混乱
  任何负责过安装、配置、更换或排除智能过程变送器等设备故障的工程师,都会告诉你该过程是多么困难。每个设备接口(可能有多个视图)是否显示相同的信息?如果答案是否定的,那么用户很容易在不知不觉中下载并覆盖配置。
  因此,控制器无法轻松上传现场设备的配置。如果技术人员向设备添加一个过滤器,稍后出现的主控制器可能会并覆盖这些更改。那么谁的配置才是正确的?这些选择足以让最有经验的专业人员感到沮丧,这就是FDT专注于精简工作的原因。
  04 分布式架构的 FDT 设备生命周期管理解决方案
  作为一家专注于智能设备集成和生命周期管理20年的标准组织,FDT可以提供开放标准化解决方案,帮助宝洁公司解决在智能设备生命周期管理方面遇到的问题。这些解决方案适用于任何网络拓扑,包括更新、精简的以太网架构。

▲图 2: 现在的智能过程单元已经包括 APL,并将 IO-Link 添加到其 EtherNet/IP 架构中。

  FDT标准服务于基于软件的托管环境和设备类型管理(DTM)解决方案,这些解决方案开放并统一了独立于混合网络拓扑、设备/类型或供应商的架构。
  嵌入式FDT主机环境充当设备管理器,在后台通过DTM运行与连接设备的通信,就像PC的设备管理器之于鼠标或打印机等外围设备一样。最终结果是:一个开放的架构为用户提供了为其应用选择设备、类型、驱动程序和供应商的自由和灵活性,同时为设备管理提供了统一的环境。这简化了网络上任何连接设备的智能设备管理,包括设计、集成、配置、监控和更换。
  通过国际过程工业自动化技术用户协会(NAMUR)开放架构(NOA)(特别是NOA-175)推荐的第二个通道,FDT服务器可以为宝洁公司升级后的棕地应用提供分布式控制环境,以处理设备/过程生命周期管理。

▲图 3: FDT 服务器架构基于 NOA-175 推荐的第二信道,为与棕地或绿地架构提供了一个开放和安全的连接。

  05 两种更简单的设备管理解决方案
  有两种可行的解决方案能够帮助应对智能设备管理的复杂性,并通过现代的管理和监控设备与数据的方式,保护安装基础的完整性。两者都是基于根据NOA第二信道解决方案来应用FDT服务器。
  在现场部署FDT服务器,可让用户通过浏览器或移动设备控制工程网版权所有,直接访问现场设备,以获得实时OT数据访问CONTROL ENGINEERING China版权所有,优化监控和维护实践。此外,该解决方案允许根据OPC UA信息建模进行数据映射,因此OT数据可以渗透到IT领域(内部或云端),从而允许更高级别的系统/客户端、HMI服务器、历史数据库、批处理服务器、工程和维护服务器进行认证访问。可选的FDThub (DTM存储库),可部署在云端或现场,允许自动设备检测和配置,这是一项重要的服务,专注于维护设备软件驱动程序、更新和app应用。
  FDThub可以协助FDT服务器更换设备。在添加更新、更智能或不同设备的情况下,连接到FDT服务器的FDThub,将自动检测网络上的新设备,并通知用户配置该设备(如果需要的话则离线)。服务器将记住设备的旧参数,假设某些参数可能会转移到新设备,并将自定义的新配置参数应用到新设备上。

▲图 4: 智能过程单元展示了一种可能的架构,该架构使用FDT 服务器和 FDThub 的本地副本来利用 NOA 第二信道。该解决方案允许通过 OT 和 IT 客户端对所有现场设备进行监控和优化,并在本地托管所有服务。

▲图 5: 另一种可能的架构,可以利用 NOA 第二通道,使用本地 FDT 服务器和对 FDThub 的在线云访问。该解决方案允许通过 OT 和 IT 客户端监控和优化所有现场设备,所有服务都托管在云端。

  随着更智能、更强大设备的出现,未来的网络和架构只会变得更复杂,因此这很重要。基于标准的新技术,提供了基于功能性和简单性的优化解决方案,而不是强加技术负担。最终用户在创建和管理标准时,这些解决方案使其能够对这些系统进行故障排除。
  “智能设备正在使我们的世界变得更复杂,因此,我们必须制定标准,使它们能够相互协作,并能与现有自动化系统协同工作。”Maurath说,“市场将决定哪些标准会成功控制工程网版权所有,但我们仍然需要简单、功能性强的技术,随着时间的推移,这些技术会变得更易于实施、维护和迁移。”(作者:FDT Group)
  关键概念: 
  ■ 对于更智能、更复杂的设备,简单易用是帮助用户充分利用设备的关键。
  ■ 在现场部署 FDT 服务器,可让用户通过浏览器或移动设备控制工程网版权所有,直接访问现场设备。
  思考一下: 
  您的工厂采用哪些方式改善智能设备的生命周期管理?

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