導(dǎo)讀

 

工業(yè)自動化是一個行業(yè)，傳統(tǒng)地講，它主力支撐制造業(yè)和能源電力行業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)來了，自動化延伸到服務(wù)業(yè)，把機(jī)械手、機(jī)器人帶入新零售。現(xiàn)在AIoT賦能自動化，提升智能和萬物互聯(lián)，新自動化成為廣義的、滲透到各行各業(yè)的技術(shù)。自動化三個傳統(tǒng)的理論分支能完全適用新自動化體系、系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集和運(yùn)動控制。但是在設(shè)備組網(wǎng)互聯(lián)和數(shù)據(jù)安全，傳統(tǒng)的自動化沒有理論支撐，現(xiàn)代的信息科學(xué)也沒有統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范，只有大企業(yè)的標(biāo)桿做法，屬于八國聯(lián)軍亂打局面。本文是“自動化出現(xiàn)二個新要點(diǎn)，IoT帶來的變化”的第二篇，重點(diǎn)討論設(shè)備組網(wǎng)，以案例討論行業(yè)下一步如何發(fā)展。

 

01

設(shè)備組網(wǎng)物聯(lián)

 

通過狀態(tài)監(jiān)測、預(yù)見維護(hù)、整體設(shè)備效率 (OEE) 分析和跟蹤、診斷和故障排除等系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)宏大計(jì)劃。需要框架性的設(shè)備組網(wǎng)互聯(lián)接口和精益生產(chǎn)的數(shù)據(jù)處理交互。但是，傳統(tǒng)設(shè)備之間沒有統(tǒng)一的物理連接器和通信協(xié)議，電纜不能連接，設(shè)備使用各自的通信協(xié)議，設(shè)備間無法通信。在物理鏈接轉(zhuǎn)化和軟件轉(zhuǎn)化上，小企業(yè)學(xué)大企業(yè)，沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)費(fèi)高昂，碰上企業(yè)并購，小公司無處喊冤。

 

為了把現(xiàn)有工廠不同制造商的設(shè)備互聯(lián)，特別是國產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備互聯(lián)互通，必須有一套硬件連接器轉(zhuǎn)化端子、型號處理集線器和軟件協(xié)議轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，把設(shè)備孤島連成上位機(jī)下位機(jī)互通的體系。這就是本文討論的疊加網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它應(yīng)該具備：

 

設(shè)計(jì)時需要這樣一種控制器，既能夠接收來自傳感器的和其他使用各種通信協(xié)議的設(shè)備的信號，并將這些信號合并成統(tǒng)一的可用數(shù)據(jù)流，然后將這些數(shù)據(jù)輸出到邊緣計(jì)算資源或云端。這種系統(tǒng)需要能夠連接傳感器、指示器和其他設(shè)備的適配器。需要使用轉(zhuǎn)換器來連接包括傳統(tǒng)設(shè)備在內(nèi)的之前不兼容的設(shè)備類型。

 

此外，為了確保運(yùn)行可靠，需要使用濾波器來保護(hù)數(shù)據(jù)通信免受電噪聲和瞬變的影響。所有這些組件都應(yīng)符合 IP65、IP67 和 IP68 級環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，以便在工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行，而且解決方案要易于實(shí)施、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

 

授權(quán)元器件代理商Digi-Key Corp為工程師推薦的IIoT疊加網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司 Banner Engineering Corp （BEC），我們跟蹤了Snap Signal的技術(shù)，讓大家了解現(xiàn)有的設(shè)備組網(wǎng)的支撐工具。它有一套系列硬件和軟件工具的架構(gòu)（Snap Signal），包括控制器、相關(guān)的轉(zhuǎn)換器、適配器和濾波器，以及實(shí)施有線和無線邊緣計(jì)算或云連接時的可視化軟件，能配置連接器和濾波器。它還可以為不同設(shè)備適配連接器，不同設(shè)備的信號噪聲水平也不一樣，所以設(shè)備互聯(lián)也要預(yù)設(shè)和解決信號濾波問題，使接受端能識別接受的信號。

 

疊加網(wǎng)絡(luò)工具線上軟件

 

Snap Signal IIoT 是一個疊加網(wǎng)絡(luò)工具線上軟件轉(zhuǎn)化和線下提高連接器轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)物理連接。它能捕捉各種不兼容的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，將其轉(zhuǎn)換為易于分配的標(biāo)準(zhǔn)，并能夠發(fā)送至邊緣或云計(jì)算資源處進(jìn)行分析和操作，讓數(shù)據(jù)在相互明白的數(shù)據(jù)格式與噪音水平中傳輸，從而把設(shè)備孤島連接起來。

 

 

BEC圖片1：Snap Signal 疊加網(wǎng)絡(luò)提供了一種模塊化架構(gòu)，可將傳統(tǒng)設(shè)備與邊緣或云計(jì)算資源連接

 

02

IIoT 疊加網(wǎng)絡(luò)需要硬件和軟件關(guān)鍵組件

 

硬件組件

 

適配器——用于重新布線并將傳感器、指示器和其他設(shè)備的各種設(shè)備布線方案連接到疊加網(wǎng)絡(luò)使用的標(biāo)準(zhǔn)物理接口。

 

濾波器——用于保護(hù)數(shù)據(jù)，避免在電氣噪聲的工業(yè)環(huán)境中受損，從而提高信號完整性和可靠性，減少故障排除要求。

可編程控制器——用于整合來自多個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)并進(jìn)行本地數(shù)據(jù)處理，以及提供將傳統(tǒng)設(shè)備和自動化的整合到 IIoT 中的連接。

 

軟件組件

 

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器——用于將諸如傳統(tǒng)設(shè)備上的離散、模擬和各種數(shù)字格式等不兼容的格式轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)諸如 IO-Link 或 Modbus 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)集中化性能監(jiān)控。

 

有線或無線連接——用于將收集到的數(shù)據(jù)分發(fā)到邊緣計(jì)算資源和/或云端數(shù)據(jù)服務(wù) (CDS) 等，該服務(wù)提供數(shù)據(jù)可視化、判斷機(jī)器性能并發(fā)送電子郵件或文字警報，以支持機(jī)器的實(shí)時操作、維護(hù)和修理。

 

 

BEC圖片2：可視化軟件工具

 

03

可編程集線器

 

可編程集線器是設(shè)計(jì)疊加網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部件，具有數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化和集線器功能，其輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是TCP/IP、以太網(wǎng) I/P 或 Profinet文件包。可編程集線器用作通信中樞，將來自多個 Modbus 端口的信號組合成使用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)流。它包括四個 Modbus 主機(jī)，可支持與多達(dá)四個串行網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行并行通信。

 

 

BEC圖 3：可編程集線器DXMR90

 

04

轉(zhuǎn)換連接器

 

將傳統(tǒng)設(shè)備通過轉(zhuǎn)換器連接，解決連接器不匹配的問題，是Snap Signal的互通手段。為實(shí)現(xiàn)這一功能，設(shè)計(jì)人員可以使用小型插入式 S15C 系列直插轉(zhuǎn)換器，將各種格式的狀態(tài)監(jiān)測和過程傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字 IO-Link 數(shù)據(jù)。它是一款 Modbus 主機(jī)到 IO-Link 設(shè)備的轉(zhuǎn)換器，用戶可將其配置為最多讀取 60 個寄存器，最多寫入 15 個寄存器，且預(yù)定義 Modbus 寄存器自動通過 IO-Link 發(fā)送。

 

 

BEC圖 4：S15C 系列直插式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

 

S15C 轉(zhuǎn)換器系列有八個子型號，其的直徑為 15 mm，具有 IP68 級包塑外殼和 M12 連接，采用與所連接設(shè)備相同的電源。使用 S15C 轉(zhuǎn)換器可消除 IO-Link 的 20 m 通信限制，因?yàn)檫@類轉(zhuǎn)換器可安裝在 Modbus 鏈路末端，靠近 IO-Link 主機(jī)。

 

05

濾波器解決信號傳輸問題

 

成功的起點(diǎn)

 

除了控制器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器外，設(shè)計(jì)人員還需要噪聲濾波器，保持信號完整性，以便快速部署靈活的疊加網(wǎng)絡(luò)。如 S15A直插式接線適配器可以直接連接傳感器、指示器或其他設(shè)備，并根據(jù)需要改變接線和隔離信號，以滿足特定的應(yīng)用需求。這些接線適配器分為標(biāo)準(zhǔn)和定制配置版本。

 

 

BEC圖 5：S15A系列濾波器

 

06

Snap Signal 可視化網(wǎng)絡(luò)部署

Snap Signal 疊加網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和部署從識別需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)源開始。然后，需要確定是否添加新傳感器或指示器，以補(bǔ)充現(xiàn)有設(shè)備。Snap Signal 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)步驟包括：

 

1. 使用上圖方法來識別、選擇特定裝置所需的 Snap Signal 硬件。

 

2. 規(guī)劃最佳的布線路徑，包括在待監(jiān)測設(shè)備和可編程集線器之間放置 T 型連接器和濾波器。

 

3.確定該裝置是否需要使用有線以太網(wǎng)連接用于本地數(shù)據(jù)消耗，或使用邊緣網(wǎng)關(guān)設(shè)備以無線方式連接云平臺。

 

Snap Signal 是一種模塊化的即插的疊加網(wǎng)絡(luò)，不需要替換任何現(xiàn)有硬件。安裝新的傳感器或其他設(shè)備，并在每個需要監(jiān)測的設(shè)備上增加分路電纜，以保持與機(jī)器控制機(jī)構(gòu)之間的現(xiàn)有連接，同時也為疊加網(wǎng)絡(luò)提供第二條路徑。

 

1. 安裝相應(yīng)的的直插式信號轉(zhuǎn)換器。

 

2.根據(jù)需要添加 T 型連接器、濾波器和其他網(wǎng)絡(luò)接線，以完成網(wǎng)絡(luò)和可編程集線器連接。

3.使用 ScriptBasic 或 MicroPython 編程和/或嵌入式動作規(guī)則，對可編程集線器進(jìn)行編程，以創(chuàng)建自定義檢測和控制序列。

 

4.使用以太網(wǎng)連接將可編程集線器與邊緣計(jì)算資源連接，或者連接支持蜂窩網(wǎng)絡(luò)的可編程集線器控制器，以實(shí)現(xiàn)云連接。

 

07

我愛方案網(wǎng)自動化相關(guān)方案推薦

 

 

ISG-503邊緣計(jì)算智能網(wǎng)關(guān)

 

ISG-210協(xié)議轉(zhuǎn)換智能網(wǎng)關(guān)

 

 

采用 i.MX6 系列高性能低功耗ISG-300邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)

 

 

采用高性能嵌入式計(jì)算機(jī)平臺ISG-200通用標(biāo)準(zhǔn)智能網(wǎng)關(guān)

 

 

采用高性能嵌入式 32 位處理器ISG-100協(xié)議轉(zhuǎn)換智能網(wǎng)關(guān)

 

08

結(jié)語

 

疊加 IIoT 網(wǎng)絡(luò)能夠滿足設(shè)計(jì)人員將傳統(tǒng)設(shè)備和自動化孤島連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的需求，從而收集可操作數(shù)據(jù)，以支持現(xiàn)有工廠提高生產(chǎn)力。此類疊加網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和實(shí)施過程復(fù)雜，但是使用Snap Signal 線路可以大大簡化這個過程。該線路包括可編程集線器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、布線適配器、濾波器和其他實(shí)現(xiàn) IIoT 疊加網(wǎng)絡(luò)并將其分配到邊緣計(jì)算資源或云端所需的元器件。Snap Signal 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的模塊化、可編程且靈活的設(shè)計(jì)支持增加新設(shè)備，并能保障未來安裝。

來源：我愛方案網(wǎng)  鏈接：https://www.52solution.com/