工廠自動化的微觀歷史
工廠自動化起始于繼電器梯形邏輯,在那時,電工必須單獨(dú)重新連接繼電器以改變其操作特性。隨著可編程邏輯控制器(PLC)的成功研發(fā)和重大突破,PLC取代了硬連線繼電器和定時器。
隨后,開始出現(xiàn)了專用的I / O網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)以太網(wǎng)。每一個進(jìn)步都創(chuàng)造了一種更好的方式來獲取數(shù)據(jù),但是并沒有直接的解決方法將獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的信息并改進(jìn)操作。
為什么IIoT更好?
IIoT可以幫助用戶更好地訪問和使用工廠數(shù)據(jù)。簡而言之,IIoT可將工廠車間的設(shè)備“與使信息可操作的“應(yīng)用程序”進(jìn)行解耦。在過去,用戶的傳感器,設(shè)備和警報系統(tǒng)必須直接綁定到每個獨(dú)特的應(yīng)用程序,現(xiàn)在則可直接連接到由任何授權(quán)系統(tǒng)訪問的公共基礎(chǔ)設(shè)施。
使用IIoT,可獲取工廠數(shù)據(jù)并連接到公共和共享基礎(chǔ)架構(gòu),這樣用戶的應(yīng)用程序,分析引擎和設(shè)備則可訪問此基礎(chǔ)架構(gòu),然后使用和處理此信息。舊的點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)模型已經(jīng)被發(fā)布/訂閱模型替代。
這種方法有即時的好處,其中最重要的是如何降低在工廠應(yīng)用程序添加新功能的風(fēng)險。
新、老應(yīng)用程序不會沖突
那么,真正的樣子是什么?假設(shè)某個用戶今天有一個防錯應(yīng)用程序綁定到一個選擇燈和按鈕。每當(dāng)操作員工作時,他按下按鈕,并且告知防錯應(yīng)用程序已經(jīng)添加了正確的部分。假如用戶明天想要那個按鈕執(zhí)行其他操作,比如當(dāng)操作員按下按鈕至少2秒的時候,執(zhí)行補(bǔ)充庫存的命令。如果沒有IIoT,這個用戶必須重新改寫應(yīng)用程序代碼才能添加這個新功能。
這種重寫程序的過程可能是一場噩夢, 因?yàn)檎l不知道它將會花費(fèi)多長時間以及完成后是否可以立即投入使用? 隨著時間的推移,程序員不斷添加功能,最終得到一個內(nèi)存巨大,體驗(yàn)笨拙的應(yīng)用程序,并且一個公司中只有幾個人知道如何編碼,這并不是用戶想要實(shí)現(xiàn)的,也不是明智的一個選擇。
IIoT解放數(shù)據(jù)的好處
通過IIoT將設(shè)備的所有信息都連接到信息基礎(chǔ)設(shè)施,而不是一個特定的應(yīng)用程序,這樣防錯應(yīng)用程序就可以實(shí)現(xiàn)不間斷運(yùn)行,同時還可以設(shè)置補(bǔ)充庫存的應(yīng)用程序。
當(dāng)用戶想要添加另一個應(yīng)用程序,并且要求防錯和補(bǔ)充庫存應(yīng)用程序繼續(xù)不間斷運(yùn)行,以及所有的輸入,如短按,長按,雙按,亮起,閃光,光色等可以使用的輸入也可以同時被使用。對于一個靈活的應(yīng)用程序,這個很容易實(shí)現(xiàn)。
廠商為何青睞工業(yè)以太網(wǎng)?
工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)則是以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)中,由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣,設(shè)備連接往往需要更堅(jiān)固的連接器、電纜,還有最重要的確定性。為了達(dá)到更好的確定性,工業(yè)以太網(wǎng)使用了專門的協(xié)議。比較流行的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議有PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT和POWERLINK等。
通常工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍從10Mbit/s到1Gb/s,其中100Mbit/s是工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用中最流行的速度。工業(yè)以太網(wǎng)需要一些額外的考慮,而不是在辦公室使用的以太網(wǎng)系統(tǒng)。例如,用戶需要通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時監(jiān)控工廠中生產(chǎn)設(shè)備的不同溫度、振動、噪音以及其它的一些參數(shù)。
像PROFINET和EtherCAT這樣的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議是從傳統(tǒng)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)修改而來的,不僅確保制造業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)的正確發(fā)送和接收,還能夠在系統(tǒng)需要執(zhí)行特定操作時按時發(fā)送和接收指令。例如,自動化灌裝生產(chǎn)過程中需要通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送灌裝數(shù)據(jù)以確保瓶子灌裝按照預(yù)期進(jìn)行,實(shí)時生成自動化報告,當(dāng)瓶子裝滿時,網(wǎng)絡(luò)上會發(fā)出停止灌裝的命令。
工業(yè)環(huán)境中設(shè)備之間如果發(fā)生數(shù)據(jù)丟失或延遲可能會引發(fā)災(zāi)難,所以工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性和確定性是十分重要的。工業(yè)環(huán)境必需保證實(shí)時感知自動化生產(chǎn)過程狀態(tài),能在惡劣的環(huán)境下完成工廠工藝需求。
邊緣自動化與IIoT的機(jī)遇
隨著確定性工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議和零故障冗余協(xié)議的到來,某些行業(yè)供應(yīng)商提議要開發(fā)基于工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP連接的傳感器,但也有人表示無需采用支持以太網(wǎng)的傳感器,因?yàn)镮O-Link、HART或WirelessHART可以連接傳感器,并通過轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)入工業(yè)以太網(wǎng)。一些過程工業(yè)供應(yīng)商已經(jīng)制定了潛在的新標(biāo)準(zhǔn),可以通過現(xiàn)場總線連接將傳感器連接到工業(yè)以太網(wǎng)。
在過去,自動化行業(yè)的許多人堅(jiān)持以工業(yè)太網(wǎng)不會延伸到傳感器、儀器儀表和檢測設(shè)備,但今天工業(yè)4.0時代已經(jīng)到來,物聯(lián)網(wǎng)解決方案進(jìn)一步推進(jìn)了邊緣設(shè)備的智能化發(fā)展。工業(yè)以太網(wǎng)終端設(shè)備包括傳感器和I/O驅(qū)動器,將在未來的連接業(yè)務(wù)戰(zhàn)略中發(fā)揮關(guān)鍵作用。為了擴(kuò)展設(shè)備的分析能力,工業(yè)以太網(wǎng)必須擴(kuò)展到自動化鏈中的最后一個設(shè)備:傳感器和I/O。
設(shè)備管理人員希望在更高程度上利用工廠層面的信息進(jìn)行業(yè)務(wù)決策,因此他們將注意力轉(zhuǎn)向類似于傳感器和I/O等智能化產(chǎn)品上。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入云應(yīng)用程序的能力進(jìn)一步促進(jìn)了對具有大數(shù)據(jù)吞吐量和支持以太網(wǎng)的終端設(shè)備的需求,這些任務(wù)超出了大多數(shù)專用傳統(tǒng)自動化網(wǎng)絡(luò)的能力。
工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備可滿足IIoT和工業(yè)4.0的需求,如減少機(jī)器停機(jī)時間和生產(chǎn)靈活性,工業(yè)以太網(wǎng)和無線將成為這些目標(biāo)的主要推動力。
參考數(shù)據(jù)
根據(jù)瑞典工業(yè)網(wǎng)絡(luò)有限公司HMS對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場的年度調(diào)查最新結(jié)果顯示,2017年用于工廠自動化方面的工業(yè)以太網(wǎng)安裝節(jié)點(diǎn)首次超過傳統(tǒng)現(xiàn)場總線。
數(shù)據(jù)顯示,工業(yè)以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)量從2016年的46%的市場占比增長到2017年的52%,而現(xiàn)場總線從48%下降到42%。其中,EtherNet/IP是目前安裝最廣泛的工業(yè)以太網(wǎng),其市場份額占15%,其次是PROFINET和PROFIBUS占比12%,無線技術(shù)保持在6%的市場份額。
制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型需要高性能網(wǎng)絡(luò)來支持,工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案和工廠設(shè)備的整合在推動工業(yè)以太網(wǎng)的使用。過去很長一段時間工業(yè)以太網(wǎng)處于過渡階段,現(xiàn)在從安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)量來看,工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)取代現(xiàn)場總線。
據(jù)HMS報告,現(xiàn)場總線雖然在市場占比輸給了工業(yè)以太網(wǎng),但2017年現(xiàn)場總線的安裝數(shù)量是增長的,其增長率從2016年的4%提升到6%,可見工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場處理一下快速發(fā)展的階段。不過,網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商預(yù)計未來幾年現(xiàn)場總線安裝數(shù)量將穩(wěn)步下降。
2017年工業(yè)無線通信安裝節(jié)點(diǎn)比2016年增長了32%,近兩年來無線技術(shù)不斷擴(kuò)大,但市場份額相對較少,維持在6%的市場占比。其中,WLAN目前是最流行的無線技術(shù),其次是藍(lán)牙。無線通信技術(shù)可以減少布線,并為設(shè)備連接和控制提供便利,越來越多地被機(jī)器制造商和系統(tǒng)集成商用來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新方案,包括通過平板電腦或智能手機(jī)連接監(jiān)控等解決方案。
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