Asas kilang pintar dan penyambungan automasi diskret

Kilang pintar ialah kemudahan yang mendigitalkan semua aspek pembuatan atau pengeluaran yang membolehkan pendigitalan. Operasi ini merekodkan data secara berterusan melalui peranti dan sistem yang disambungkan dan kemudian menyebarkan data ini, membolehkan mesin menjalankan program pengoptimuman kendiri. Program sedemikian membantu kilang mengurangkan masa pengeluaran untuk produk akhir tertentu, mencegah masalah mesin secara proaktif dan menyelaraskan tugas pembuatan yang saling berkaitan. Pendekatan komprehensif untuk membina kilang pintar yang memanfaatkan alatan awan, kecerdasan buatan, IoT industri dan analitik data besar untuk memantau ramalan rantaian bekalan dan mencetuskan barisan pengeluaran untuk bertindak balas menjadi semakin mudah disesuaikan.

Rangkaian yang menyokong fungsi kilang pintar

Sekarang mari kita lihat spesifikasi sambungan kilang pintar. Protokol industri yang menyokong kefungsian kilang pintar selalunya memerlukan komponen fizikal untuk disahkan. Sambungan CAT5e dan CAT6 dan Power over Ethernet (PoE) semakin biasa dalam mesin dan robot automatik. Di samping itu, kabel CAT5e dan CAT6 yang fleksibel menyokong rangkaian CC-Link Industrial Ethernet (IE), dan himpunan gabungan pembawa kabel tersedia untuk pasaran Amerika Utara dengan pensijilan UL.

Pertimbangkan pengawal industri yang menyokong rangkaian industri CC-Link IE Field dan membenarkan pertukaran data kepada 1 milisaat untuk kawalan peranti masa nyata. Sesetengah pengawal sedemikian juga memanfaatkan rangkaian untuk pemantauan jarak jauh, pengkomputeran tepi, pengkomputeran data dan integrasi perkakasan dan perisian. Pengawal ini biasanya disertakan dengan Windows 10 IoT dipasang, tetapi juga boleh menggunakan sistem pengendalian VxWorks dan platform terbuka Edgecross untuk memproses dan mengedarkan data. Sesetengah komputer perindustrian ini juga termasuk skrin sentuh yang berfungsi sebagai antara muka mesin manusia (HMI).

Kelebihan utama HIPERFACE DSL ialah ia membolehkan kuasa motor dan maklum balas kedudukan disalurkan melalui satu kabel, sekali gus mengurangkan kerumitan dan kos. Selain itu pengekod HIPERFACE DSL pintar termasuk memori dalaman yang menyimpan maklumat motor jadi pada sambungan awal pemacu servo boleh menanyakan maklumat ini untuk membantu dalam penyahpepijatan motor automatik.

Begitu juga, penyelesaian kabel tunggal berdasarkan Ethernet atau malah kabel Talian Pelanggan Digital (DSL) meningkatkan jentera yang mengandungi penggerak linear, selalunya menyediakan keserasian dengan penguat daripada pengeluar yang berbeza untuk membolehkan pengawal berkomunikasi dengan penyepaduan penggerak yang pantas dan lancar .

IO-Link kabel tunggal juga semakin digunakan untuk sambungan industri. Beberapa pembekal motor pintar telah mula menyepadukan produk peringkat kemasukan IO-Link ke dalam produk teras untuk menyokong penderia yang boleh disambungkan untuk konsep automasi terpencar. Sudah tentu, motor yang boleh berkomunikasi melalui Ethernet Industri atau bas CAN tidak perlu disambungkan ke rangkaian IO-Link sebagai peranti tambahan.

IO-Link juga boleh mendigitalkan penyambung analog tradisional pada komponen untuk membolehkan komunikasi dua arah dan masa pentauliahan yang lebih pantas. Tidak hairanlah sesetengah orang menggunakan sambungan IO-Link pada bahagian kawalan untuk menyokong berbilang protokol dan antara muka dengan antara muka bersiri.

Protokol dan sambungan awan berfungsi dengan fungsi kilang pintar

Pertimbangkan pelbagai protokol dan komunikasi yang digunakan dalam sambungan IoT Industri, seperti SCADA, MES dan seni bina perancangan sumber perusahaan (ERP). Ini adalah yang paling terlibat dalam penumpuan IT/OT (teknologi operasi) - biasanya melibatkan tugas peringkat perusahaan, get laluan dan sambungan lain untuk mendayakan konfigurasi sistem melalui pelayar web standard...serta pelarasan operasi dan operasi pengurusan lain.

Untuk menjadi jelas, pemasangan SCADA yang komprehensif cemerlang dalam penangkapan dan pemprosesan data besar, penyelenggaraan dan penggunaan data sejarah dan pelaksanaan rutin analisis. Walau bagaimanapun, penyelesaian kilang pintar membenarkan persediaan rangkaian capaian jauh, sistem pengkomputeran tepi dan kawalan pusat atau pada mesin (HMI) yang lebih pantas bagi tetapan dan data mesin yang berkaitan.

Bahasa Pertanyaan Berstruktur (SQL) yang digunakan dalam banyak pemasangan IIoT membenarkan pengaturcaraan untuk menyegerakkan data dan log peristiwa ke pelayan pangkalan data MySQL dan MS SQL. Faedahnya ialah akses kakitangan IT lebih mudah dilaksanakan daripada alternatif yang bergantung pada kawalan. Ini adalah benar sama ada sistem menggunakan kawalan asas seperti Raspberry Pi, atau antara muka pangkalan data IoT berasaskan PC yang sering memerlukan perkakasan dan perisian tambahan.

Selain itu, infrastruktur, platform dan perisian sebagai perkhidmatan (masing-masing IaaS, PaaS dan SaaS) atau perkhidmatan awan juga banyak diguna pakai untuk menyokong pendekatan reka bentuk IIoT berbilang serampang (melibatkan perisian, perkakasan dan ketersambungan) . Ini termasuk Alibaba Cloud, Tencent Cloud, Google Cloud, IBM Cloud dan Oracle Cloud. Walau bagaimanapun, di Amerika Syarikat, dua penyedia perkhidmatan awan awam terkemuka untuk automasi mesin hari ini ialah:

• Perisian dan perkhidmatan awan Amazon Web Services Inc. dan AWS
• Perisian dan perkhidmatan awan Microsoft Azure IoT Edge

Perkhidmatan awan jenis ini terutamanya menyokong penggunaan pangkalan data— —Melalui produk seperti Amazon Simple Storage Service atau baldi S3 dan perkhidmatan pangkalan data terurus Amazon DynamoDB, aplikasi dalam talian dan di premis serta kuasa pengkomputeran atas permintaan. Berkaitan dengan yang terakhir ialah perkhidmatan AWS Lambda, yang membenarkan pengaturcaraan Python, Node.js, Java dan C# dijalankan pada pelayan perkhidmatan. HMI membolehkan pengguna akhir memanfaatkan sepenuhnya keupayaan IoT Industri ini.

Sudah tentu, perkhidmatan awan juga mempunyai fungsi lain. Sebahagian daripada dorongan untuk AWS dan Azure untuk IoT perindustrian ialah semakin ramai jurutera telah terbiasa membina infrastruktur mereka sendiri pada platform ini. Lagipun, perkhidmatan data berasaskan awan membebaskan jurutera daripada kerja reka bentuk tambahan bagi perkakasan dan perisian asas—semasa pembekal melaksanakan tugas IT. AWS dan Azure juga membenarkan penggunaan perisian yang mengabstraksi aliran data dan komunikasi - memudahkan beberapa kerja reka bentuk melalui persekitaran pembangunan dengan GUI yang menarik, membebaskan jurutera daripada berurusan dengan butiran pengaturcaraan.

Perkhidmatan awan juga memudahkan kejuruteraan lanjutan melalui mesin maya yang menjalankan sistem pengendalian dan aplikasi...jurutera reka bentuk mempunyai kawalan ke atas mesin maya ini. Lebih penting lagi, perkhidmatan awan boleh menampung pelbagai perkhidmatan komunikasi pada protokol yang mengamalkan prinsip publish-subscribe, menjadi perkhidmatan induk untuk semua perkhidmatan ini. Ini menghapuskan keperluan untuk pengalamatan yang memakan masa semasa persediaan sistem.

Semua keupayaan ini memudahkan keupayaan lanjutan, termasuk pembelajaran mesin untuk mengelas dan mengekstrak data serta membuat ramalan untuk menggesa pelarasan mesin dan pengeluaran.

Arah aliran yang berkaitan ialah peningkatan penggunaan portal awan pra-pilih susun oleh vendor. Portal ini ialah perkhidmatan dalam talian yang menghubungkan pengawal pengguna dan HMI skrin sentuh, memberikan jurutera cara mudah untuk bermula dengan IIoT. Jurutera kemudian boleh menyesuaikan skrin dan papan pemuka HMI berdasarkan arah aliran dan mengkonfigurasi pemberitahuan e-mel HMI menggunakan enjin peraturan yang diuruskan oleh portal awan. Senarai fungsi diteruskan. Sesetengah pengaturan membenarkan kemas kini perisian jauh komponen, serta melihat jauh visualisasi web komponen.

HMI dan pengawal skrin sentuh yang diperakui AWS GreenGrass Core pada asasnya memanfaatkan AWS, termasuk AWS Lambda dan Things Graph, untuk membenarkan peranti tepi yang disambungkan, seperti penderia dan penggerak, memproses data yang mereka jana secara setempat dan Gunakan awan untuk data pengurusan, penyimpanan dan analisis. Dengan AWS IoT Greengrass, peranti yang disambungkan juga boleh menjalankan bekas Docker daripada perkhidmatan kontena Docker Inc.

Ingat bahawa dalam konteks pengaturcaraan industri, bekas ialah sekeping perisian boleh laku yang mengandungi kod, alatan sistem, masa jalan, pustaka dan tetapan yang diperlukan untuk menjalankan aplikasi secara bebas. Dalam kebanyakan reka bentuk mesin, bekas direka bentuk untuk berkomunikasi dan menyegerakkan data dengan sistem lain, atau melakukan pelbagai ramalan—walaupun apabila diputuskan sambungan daripada Internet. Kelebihan membina aplikasi dalam bekas termasuk:

• Mudah digunakan pada peranti
• Kemudahalihan perisian, membolehkan penggunaan pada platform yang berbeza
• Menyediakan kotak pasir untuk aplikasi jurutera untuk meningkatkan keselamatan

Sesetengah pengawal pelekap rel HMI dan DIN menerima pemasangan Docker, dan sebenarnya, sesetengah vendor kerap mengeluarkan bekas pra-bina untuk melanjutkan perkhidmatan produk ini.

Di mana sahaja HMI disambungkan ke awan, ia mungkin menyediakan maklumat untuk analisis perusahaan dan peningkatan operasi berterusan dalam beberapa kapasiti IIoT. Ini benar untuk pemasangan automatik yang melibatkan satu hingga ratusan mesin. Protokol yang menyokong fungsi IIoT, termasuk pelbagai bentuk komunikasi data dan sambungan HMI ke peranti tepi, termasuk:

• Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA)
• Representational State Transfer or (REST ) dan antara muka pengaturcaraan aplikasinya (API)
• Protokol Gilir Mesej Lanjutan (AMQP)
• Pengangkutan Telemetri Beratur Mesej atau MQTT

MQTT adalah banyak Di nadi fabrik sambungan IoT ialah protokol yang menyokong komunikasi berskala antara penderia dan peranti mudah alih. Sebarang sokongan peranti terbina dalam untuk MQTT berguna kerana ia digunakan untuk perkhidmatan Amazon AWS IoT. Selain itu, MQTT (seperti AMQP) diperkemas dan diseragamkan, dan MQTT boleh dilaksanakan pada HMI get laluan yang mengendalikan data peranti medan di tapak dan dalam sistem awan. HMI yang menyediakan paling banyak sokongan MQTT harus disambungkan kepada perkhidmatan nilai tambah untuk menyediakan data yang diproses di tepi dalam sistem pihak ketiga dan dijalankan melalui perkhidmatan awan. HMI tersebut boleh bertindak sebagai penerbit MQTT (dan menghantar mesej kepada broker) atau pelanggan (dan meminta mesej daripada broker) atau broker (dan mengurus data dan sambungan kepada penerbit atau pelanggan).

Standard kebolehoperasian OPC UA juga amat diperlukan untuk mengeksploitasi sepenuhnya janji teknologi HMI yang disambungkan. OPC UA menyertakan komunikasi terbitkan-langganan dalam definisi spesifikasinya, jadi ia boleh digunakan sebagai alternatif kepada MQTT untuk menghantar data ke awan. Bidang kawalan gerakan mementingkan protokol komunikasi piawai OPC UA, ditambah dengan Rangkaian Sensitif Masa (TSN) sebagai bas medan bebas vendor untuk automasi terpencar. OPC UA dengan TSN malah boleh menjadikan PLC tambahan tidak diperlukan – contohnya, dalam mesin yang menggunakan motor servo bersepadu. Lagipun, lebih banyak sistem kini mendapat manfaat daripada seni bina teragih yang mengandungi motor pintar dan komponen lain yang mampu memproses arahan dan melaksanakan tugas seperti gerakan dan lain-lain semasa berkomunikasi dengan peranti lain dalam masa nyata. Dalam sesetengah kes, yang terakhir boleh memasukkan HMI sebagai gerbang tepi untuk mengendalikan logik proses bagi paksi tertentu, serta sambungan kepada sistem ERP dan awan.

Contoh cara HMI menggunakan sambungan pangkalan data MySQL

SQL yang dinyatakan sebelum ini digunakan dalam banyak pemasangan IoT Industri. Sistem pengurusan pangkalan data hubungan ini adalah percuma, sumber terbuka dan disokong secara meluas. Ia juga selamat dan oleh itu boleh disepadukan dengan selamat ke dalam pengawal HMI dan PC panel. Satu faedah SQL ialah akses kakitangan IT lebih mudah dilaksanakan daripada alternatif yang bergantung kepada kawalan (yang selalunya memerlukan perkakasan dan perisian tambahan). Ini benar sama ada kawalan sistem mudah seperti Raspberry Pi atau sekompleks PAC dengan antara muka pangkalan data IoT.

Malah, SQL juga berfungsi dengan beberapa HMI pengawal untuk mengumpul dan memaparkan data mesin untuk pemantauan dan analisis yang mudah. Contohnya, menyambungkan HMI sedemikian kepada pangkalan data MySQL boleh mengumpul, menyusun dan menyimpan data dalam pangkalan data yang fleksibel dan dipercayai, menjadikannya mudah untuk mengakses dan mengoptimumkan operasi perniagaan.

Sesetengah perisian reka bentuk vendor boleh membantu jurutera menggunakan MySQL melalui HMI pintar dan meletakkan data dalam hamparan Excel (atau data jadual dalam fail dalam perisian lain yang biasa digunakan) kepada:

• Paparkan maklumat dalam antara muka HMI
• Segerakkan data dan log peristiwa ke pelayan MySQL jauh pada rangkaian tempatan
• Urus data pada pelayan

Kemudian, Jurutera boleh menggunakan MySQL dan MS Excel untuk mengumpul, menganalisis dan bertindak balas kepada data untuk membuat keputusan yang lebih bijak dan mengoptimumkan operasi.

Atas ialah kandungan terperinci Asas kilang pintar dan penyambungan automasi diskret. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!