我們近幾年聽到了許多關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的訊息，它們往往是以大企業(yè)和大數(shù)據(jù)為中心，在消費領(lǐng)域探討的更多。時至今日，物聯(lián)網(wǎng)究竟對制造業(yè)產(chǎn)生了哪些影響?實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)需要具備哪些條件?在工業(yè)自動化中，滿足物聯(lián)網(wǎng)的特定要求所需的標(biāo)準(zhǔn)、連接性、集成和流程又是什么?
在制造業(yè)中，無論稱為工業(yè)4.0或物聯(lián)網(wǎng)，其本質(zhì)均是機器的連接，包括將機器與機器互聯(lián)，與專家系統(tǒng)互聯(lián)以及與管理執(zhí)行系統(tǒng)互聯(lián)等。從而通過系統(tǒng)架構(gòu)級別較低的智能設(shè)備(按鈕、伺服驅(qū)動器自動補償、能量監(jiān)測器、全景攝像機、加速計和急停按鈕等)獲得比以往更可行的信息。
物聯(lián)網(wǎng)不僅是將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)擴展到設(shè)備級架構(gòu)，還包括將安全、運動、機器對機器智能、自動維護資源和企業(yè)連接性融入到目前難以企及的制造智能。從資源管理到智能機器設(shè)備再到預(yù)見性維護，物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，為制造自動化也帶來了很多積極的影響。
安全的遠程連接
物聯(lián)網(wǎng)希望實現(xiàn)萬物互聯(lián)，以便進行診斷、配方管理、協(xié)作工程和各種數(shù)據(jù)采集(從OEE到序列化)。物聯(lián)網(wǎng)能夠獲取更多當(dāng)前尚未獲取的數(shù)據(jù)。原因可能是我們之前沒有部署用于獲取數(shù)據(jù)的傳感器而且IT也不允許這樣做。
現(xiàn)實是這種智能傳感器已經(jīng)存在，只不過企業(yè)還沒有意識到把錢花在這個地方的好處。常見的疑問比如說，“為何額外花100美元購買一個有可能不小心就被叉車撞壞的智能傳感器呢?”
在2014年，安全方面的重大突破是安全虛擬私有網(wǎng)絡(luò)(VPN)服務(wù)器和云服務(wù)。2015年的趨勢是實現(xiàn)安全服務(wù)器與控制軟件套件的無縫集成。
網(wǎng)絡(luò)安全
工業(yè)自動化用戶思維的最大轉(zhuǎn)變可能是從硬連接的安全PLC和繼電器轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)安全性。這意味著從普通工人用螺絲刀緊銅線到咨詢軟件顯示的過渡。而現(xiàn)實中，我們的生活早已改變。我們會毫不猶豫的乘坐電子導(dǎo)航系統(tǒng)的航班。我們乘坐無人駕駛的區(qū)間列車抵達航站樓。即使開往航站樓的汽車都與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備息息相關(guān)(例如：防抱死制動、安全氣囊彈出和恒速操縱器等)，我們沒有擔(dān)心它們的安全性，是因為我們看不到。
網(wǎng)絡(luò)安全對于提高生產(chǎn)力大有幫助，能夠有效防止工人試圖繞過安全系統(tǒng)操作。在安裝費用、測試和診斷能力方面，網(wǎng)絡(luò)安全也有許多優(yōu)勢。既要保持控制和線路功率又要確保工作速度、轉(zhuǎn)矩、方向和位置不會引起危害。在實施過程中還要符合傳統(tǒng)安全實施方案(即：將主控系統(tǒng)狀態(tài)與獨立控制器上的校驗做比較)。
與E- stop急停按鈕將所有電源切斷不同，網(wǎng)絡(luò)安全允許系統(tǒng)在安全模式下連續(xù)運行。安全模式運行旨在防止操作員誤操作，試圖通過打開門聯(lián)鎖裝置來清除堵塞，或在無機器防護裝置的情況下操作。相反，它要確保軋輥不能以非安全方向旋轉(zhuǎn)，或者機器人手臂無法快速用力，以保護維修工人的安全。
物聯(lián)網(wǎng)對于工業(yè)安全有何促進呢?安全系統(tǒng)通過確定性工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。同時，安全模式下的每個狀態(tài)變化、每個操作實例均被記錄下來并通過互聯(lián)網(wǎng)傳送給管理人員。聯(lián)鎖裝置或光幕可傳達破損程度、時間和間隔，以幫助管理人員分析根本原因。
安全的運動控制
在網(wǎng)絡(luò)安全功能中，安全運動控制功能最為強大。通過嵌入到伺服機構(gòu)/變頻驅(qū)動(配有安全編碼器等硬件)中的智能軟件，網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)可保持生產(chǎn)線、印刷機、機器人及其他設(shè)備的正常運行(在安全模式下)。這種智能不僅能夠提供現(xiàn)在熟悉的安全扭矩關(guān)閉信息，還能夠提供安全的受限轉(zhuǎn)矩、受限速度、位置和受限加速度等更多信息。
現(xiàn)在，生產(chǎn)線上的機器可在安全模式下繼續(xù)運行。而在過去，急停按鈕或受控關(guān)閉將會開啟，以清除堵塞信息，進行修復(fù)或補充材料?，F(xiàn)在的緊急停機按鈕也不再需要硬接線，它可以通過以太網(wǎng)連接并且成為控制面板的一部分。
預(yù)見性維護
預(yù)見性維護的關(guān)鍵是根據(jù)機器實際狀態(tài)而非根據(jù)固定的周期進行監(jiān)控。此外，監(jiān)控機器狀態(tài)的關(guān)鍵是機械擾動。利用加速度計等網(wǎng)絡(luò)化傳感器可檢測軸承、主軸、聯(lián)軸器和其他機械設(shè)備的頻率，預(yù)測發(fā)生故障的趨勢，以安排預(yù)先性維護。
通過聯(lián)網(wǎng)的傳感器進行狀態(tài)監(jiān)控，來預(yù)測可能出現(xiàn)的機器故障。
過程越關(guān)鍵，維護的成本越大。簡單設(shè)備的故障可能會使某一過程出現(xiàn)災(zāi)難性結(jié)果。頻率分析還可促使在設(shè)備受損前找出根本原因。如可記錄潤滑、剝落或腐蝕等狀況，則可采取預(yù)防性維護措施。
資源管理
能源監(jiān)測，不僅是電力監(jiān)測，還包括水、蒸汽、壓縮空氣和真空、天然氣、溫度等，可以幫助您認(rèn)識到提高可持續(xù)性的巨大潛力。
將這些監(jiān)測數(shù)據(jù)帶入到單獨的機器和過程單元(不僅是分支電路或輸入電表)，將使數(shù)據(jù)變得更可行。為何一個收縮爐或輪班比另一收縮爐或輪班耗能多?權(quán)衡能源成本和生產(chǎn)量之后的最佳生產(chǎn)線速度是什么?
自動補償
將更多智能推向設(shè)備級而不僅是在物聯(lián)網(wǎng)通信。這樣有助于提高性能并省去人為干預(yù)。先進的伺服驅(qū)動器就是一個好例子。
驅(qū)動器內(nèi)的自動補償能夠響應(yīng)異常情況，預(yù)先消除干擾，無需技術(shù)人員對驅(qū)動器進行微調(diào)。無需引入示波器功能，也不用再插入筆記本電腦。
自動配置
將較舊組件替換為具有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，通常需將軟件加載到PC?，F(xiàn)可自動完成，無需用戶干預(yù)。
板載智能及控制器和設(shè)備之間的以太網(wǎng)通信意味著控制器可查詢新組件并將其固件自動降級為正在使用的版本。
這意味著不需要任何技術(shù)員，無需維護軟件，無需升級軟件許可證，無故障顯示，也不用預(yù)先將備用組件放置在架子上等著落滿灰塵。
智能I/O切片
將智能推向設(shè)備級的另一實例是使用帶有板載FPGA的I/O切片，允許設(shè)備和I/O切片之間直接響應(yīng)，從而繞過背板、PLC的CPU和系統(tǒng)掃描。結(jié)果是響應(yīng)時間短至1微秒。
這種前所未聞的超快速度是否有實際用途?考慮如下的應(yīng)用，是否會吸引你：讓噴膠槍向裝箱機更準(zhǔn)確地打膠，更快速的商標(biāo)打印，以及大幅縮短枕式包裝機上傳感器和回收站之間的距離。
與項目中機器的其他部分相同，I/O切片也用IEC61131-3語言編程，不過它們僅在切片級執(zhí)行。
分布式運動控制
具有以太網(wǎng)通信和板載I/O功能的機載集成式電機/驅(qū)動器早已屢見不鮮。如今，這一概念已擴展到機載分布式密封驅(qū)動器，以幫助傳統(tǒng)的電機達到更高的轉(zhuǎn)矩和速度要求。此外，小型驅(qū)動器(例如：格式轉(zhuǎn)換所用的步進電機)可以采用IP67分布式I/O模塊。
自主維護
這種板載智能結(jié)合廉價固態(tài)存儲器可以大幅節(jié)約成本，促使機器更高效。根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書，操作員和技術(shù)人員利用動畫和視頻走查的益處是有據(jù)可依的。
為何不將這些動畫與控制系統(tǒng)中的故障代碼相關(guān)聯(lián)，并使操作員按第一梯隊的故障排除進行走查?通過虛擬網(wǎng)絡(luò)計算(VNC)和Wi-Fi，動畫可在操作員的智能手機或平板電腦上運行，并在需要的情況下走查整條生產(chǎn)線，并連接到交互式故障排除輔助工具。
這一過程稱為“自主維護”。其意味著維護技術(shù)員無需取回生產(chǎn)線上的機器，因為即使是缺乏經(jīng)驗的操作員也可自行處理問題，并可克服語言和讀寫障礙。
當(dāng)然，如果問題無法解決，則控制器將向值班的維護技術(shù)員發(fā)送信息，針對他或她所執(zhí)行的操作提供建議，識別存在故障的部件并提交訂購單，采購一個新部件。與此同時，故障也會被好好記錄下來，并上報管理部門、機器制造商和組件供應(yīng)商。
工業(yè)4.0與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：殊途同歸
我記得一位資歷頗深的德國同事在幾年前告訴我：工業(yè)4.0將是一件了不起的事。坦言講，當(dāng)時我嘲笑這明顯是促銷信息。我對物聯(lián)網(wǎng)的最初反應(yīng)亦是如此。
畢竟，早在十幾年前，我們就具有能夠?qū)⒅悄芄怆妭鞲衅鞣旁谳斔蛶系哪芰?，但是沒有人愿為此額外支付100美元。因此，當(dāng)輸送帶堵塞時，就只能耗費時間走查生產(chǎn)線，用眼球確定輸送帶停止的根本原因。
而現(xiàn)在，智能傳感器能讓您從生產(chǎn)線控制器以及生產(chǎn)線上任何HMI的狀態(tài)模型中發(fā)現(xiàn)問題。技術(shù)人員為其提供替換件并在幾分鐘內(nèi)重新調(diào)節(jié)或更換傳感器。
工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)其實質(zhì)是相同的，不同之處在于思維。
德國在工程、應(yīng)用技術(shù)和高級機械設(shè)備方面一直具有良好信譽，它們是德國出口經(jīng)濟的基礎(chǔ)和經(jīng)濟引擎(試圖使歐盟其他國家擺脫持久經(jīng)濟衰退)且令民族頗為自豪。因此，德國抓住物聯(lián)網(wǎng)的潛力并集中于工業(yè)應(yīng)用便成為不言而喻的事。
轉(zhuǎn)型的最終目的 -提質(zhì)降本增效
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