物聯(lián)網(wǎng)惠及制造業(yè) 數(shù)十億儀表將連接起來(lái)

在工業(yè)領(lǐng)域想要大規(guī)模地部署物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，有一個(gè)明顯的障礙擺在眼前：在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議鞭長(zhǎng)莫及的地方，如何將數(shù)十億計(jì)的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及其他儀表連接起來(lái)？?jī)煞N創(chuàng)新的科技可以支持虛擬物聯(lián)網(wǎng)連接，擴(kuò)展更多的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提升生產(chǎn)能力，并改善與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的可靠性。

    連接物聯(lián)網(wǎng)后一米的方式包括用于離散應(yīng)用的IO-Link設(shè)備通訊（由Profibus以及ProfinetInternational(PI)組織推出）以及用于過(guò)程應(yīng)用通訊的HART和WirelessHART（來(lái)自于FieldComm集團(tuán)——現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)HART通訊基金會(huì)合并后的組織）。兩種通訊協(xié)議都可以通過(guò)基于EtherNet/IP（一種來(lái)自O(shè)DVA的以太網(wǎng)協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)將傳感器與控制系統(tǒng)和商業(yè)級(jí)企業(yè)系統(tǒng)連接起來(lái)。

    通過(guò)EtherNet/IP獲取到的儀表數(shù)據(jù)，工廠生產(chǎn)人員可以從中得到他們所需的實(shí)時(shí)的、可操作的信息，以用于提高運(yùn)營(yíng)效率和增加產(chǎn)量，從而讓物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)真正惠及制造業(yè)。

    適用于離散應(yīng)用的IO-Link

    在不斷進(jìn)化的物聯(lián)網(wǎng)世界里，公司希望每一個(gè)設(shè)備都可以變得更加智能。但是對(duì)于像包裝或汽車(chē)制造這種使用大量傳感器的離散應(yīng)用場(chǎng)合，簡(jiǎn)單的將現(xiàn)存的儀表替換成基于IP的設(shè)備并不是經(jīng)濟(jì)有效的。IO-Link的誕生為傳感器與控制系統(tǒng)之間的無(wú)縫數(shù)據(jù)流提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的連接。

    已經(jīng)有很多方法使傳感器在各種不同的通訊協(xié)議下工作，例如Profibus或DeviceNet，他們都需要一個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接設(shè)備。然而，許多傳感器用戶(hù)們都拒絕使用這些嘗試，因?yàn)樗鼈儠?huì)使支持機(jī)器運(yùn)行的產(chǎn)品（聯(lián)網(wǎng)的以及未聯(lián)網(wǎng)的）數(shù)量翻倍。同時(shí)也需要學(xué)習(xí)新的協(xié)議，正如常見(jiàn)的情況，即便是全部傳感器的一個(gè)子部分，所需要的遠(yuǎn)不止開(kāi)/關(guān)這些信息。

    IO-Link已經(jīng)成為處理這種困境的合適的妥協(xié)方案，能夠以經(jīng)濟(jì)有效的方式訪問(wèn)大量的信息，并可以與現(xiàn)存IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)運(yùn)行。

    這種設(shè)備層面數(shù)據(jù)訪問(wèn)意味著工業(yè)生產(chǎn)不需要為了等待所有傳感器具備IP訪問(wèn)功能而推遲他們對(duì)于智能機(jī)器的需求。IO-Link為離散應(yīng)用提供了一種徹底的提高連接性能的簡(jiǎn)單解決方案，IO-Link可以使用相同的三芯電纜進(jìn)行通訊，并利用目前被EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)所使用的相同的軟件配置，因此相對(duì)無(wú)縫的實(shí)現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)的IP化。所有安裝在機(jī)器上的傳感器都支持IO-Link，那些連接到IO-Link主機(jī)接口的傳感器會(huì)利用診斷科技的優(yōu)勢(shì)。這免去了學(xué)習(xí)新協(xié)議的煩惱，并減少了傳感器的額外費(fèi)用。

    使用工廠里現(xiàn)有技術(shù)來(lái)訪問(wèn)IO-Link的功能，生產(chǎn)制造者只需要移除獨(dú)立卡件，并安裝IO-Link卡件，即上述提及的IO-Link主機(jī)。在連接到主機(jī)之前，許多具有內(nèi)嵌IO-Link功能的傳感器的成本和作用與生產(chǎn)制造商正在使用的標(biāo)準(zhǔn)的I/O傳感器一樣。不過(guò)將這些傳感器與IO-Link主機(jī)連接起來(lái)會(huì)“喚醒”傳感器的高級(jí)功能，使傳感器獲得IO-Link能夠提供的對(duì)所有數(shù)據(jù)和配置能力的訪問(wèn)。這意味著用戶(hù)可以靈活的選擇先以標(biāo)準(zhǔn)IO的方式安裝IO-Link傳感器，以后根據(jù)需要激活I(lǐng)O-Link功能，而不需要安裝昂貴的新的接線或傳感器。這使得IO-Link可以成為傳感器供應(yīng)商和用戶(hù)的一種完美的向前及向后兼容的解決方案。

    是否具有診斷功能

    “標(biāo)準(zhǔn)的”和具有IO-Link功能的傳感器可以互換的靈活性為用戶(hù)提供了更大的選擇余地。并不是所有的機(jī)器或傳感器都需要額外的診斷功能。在有IO-Link主機(jī)的情況下，用戶(hù)可以選擇哪些傳感器啟用IO-Link功能。盡管所有的機(jī)器都可以從IO-Link中獲益，但是并不是所有機(jī)器都需要這樣。事實(shí)上，一臺(tái)機(jī)器上只有不到20%的傳感器具有典型的物理?yè)p傷的風(fēng)險(xiǎn)，在這些地方采用IO-Link提供的額外診斷功能會(huì)有效。

    使用IO-Link，用戶(hù)可以訪問(wèn)從設(shè)備經(jīng)過(guò)IP流向更高級(jí)別系統(tǒng)的新信息。這可能包括關(guān)于已經(jīng)損壞或者沒(méi)有運(yùn)行在佳狀態(tài)的傳感器的診斷信息。這樣的例子是在切割機(jī)附近安裝的光電傳感器監(jiān)控，大量的碎片可能會(huì)堆積在傳感器鏡頭上。目前，絕大多數(shù)機(jī)器制造商不管傳感器多臟，都會(huì)定期采用壓縮空氣吹掉傳感器上的碎片。IO-Link傳感器只有在必要的時(shí)候會(huì)通知控制系統(tǒng)啟動(dòng)壓縮空氣或派遣維護(hù)人員來(lái)清潔傳感器。由于其優(yōu)化了預(yù)測(cè)性維護(hù)，減少了機(jī)器停機(jī)時(shí)間、減少壓縮空氣使用以及相關(guān)的費(fèi)用。

    另一個(gè)例子是想象一下接近傳感器是如何檢測(cè)沿著導(dǎo)軌移動(dòng)的物體。如果機(jī)器沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)并削掉了標(biāo)準(zhǔn)傳感器的檢測(cè)頭，控制器不會(huì)再收到來(lái)自設(shè)備的關(guān)于產(chǎn)品被檢測(cè)到的更新數(shù)據(jù)。然而機(jī)器會(huì)繼續(xù)工作，可是操作員經(jīng)常直到生產(chǎn)中斷才會(huì)知道關(guān)鍵數(shù)據(jù)沒(méi)有采集?？墒侨绻莻€(gè)接近傳感器是具有IO-Link功能的，就會(huì)觸發(fā)一個(gè)報(bào)警告訴控制系統(tǒng)傳感器的檢測(cè)頭損壞。診斷功能不是直接的測(cè)量，而會(huì)提醒系統(tǒng)數(shù)據(jù)已經(jīng)無(wú)效了。除此以外，受損的傳感器可以更容易找到并迅速更換。

    適用于過(guò)程應(yīng)用的HART

    通過(guò)使用HART儀表，貫穿企業(yè)的過(guò)程應(yīng)用中的儀表數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)揮重要作用很多年了。然而，很多硬接線設(shè)備的安裝比較繁瑣。對(duì)于橫跨數(shù)英里的類(lèi)似油庫(kù)或采礦生產(chǎn)這樣的應(yīng)用，硬接線設(shè)備采用點(diǎn)到點(diǎn)連接方式很困難、花費(fèi)時(shí)間、費(fèi)用昂貴，尤其是需要冗余配置時(shí)更加明顯。

    地形以及環(huán)境的復(fù)雜因素要求科技可以支持更大范圍的連接。WirelessHART為測(cè)量壓力、溫度以及過(guò)程應(yīng)用中的流量提供了傳感器的無(wú)線連接。

    WirelessHART的網(wǎng)關(guān)是具有IP功能的多變量，包括EtherNet/IP。與其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似，現(xiàn)有的設(shè)備可以轉(zhuǎn)化成WirelessHART，從而創(chuàng)造了耐用的設(shè)施以支持更大范圍的連接以及產(chǎn)生巨量的新數(shù)據(jù)。

    WirelessHART為各種不同的應(yīng)用提供了更大的靈活性，包括設(shè)備監(jiān)控和診斷。例如，如果一個(gè)管道應(yīng)該運(yùn)送一種產(chǎn)品，可是它卻是空的，傳感器會(huì)提示操作員而不是顯示一個(gè)錯(cuò)誤的測(cè)量值。這會(huì)幫助操作員將工廠的異常狀況定義成運(yùn)行故障而不是維護(hù)故障。

    與IO-Link類(lèi)似，診斷功能也不是直接的測(cè)量。在HART設(shè)備內(nèi)啟用的傳感器可以提供設(shè)備內(nèi)部的景象，其提供的設(shè)備信息可以用于預(yù)測(cè)性維護(hù)。這提高了流程的可靠性、工廠的安全性、數(shù)據(jù)的保密性以及減少維護(hù)和非計(jì)劃停機(jī)的費(fèi)用。

    HART設(shè)備也會(huì)在提供完全連接的IP網(wǎng)絡(luò)中采用EtherNet/IP方式無(wú)縫工作。從前，設(shè)備數(shù)據(jù)僅限于控制系統(tǒng)使用，可是現(xiàn)在來(lái)自于過(guò)程設(shè)備的數(shù)據(jù)可以在整個(gè)工廠內(nèi)共享，使操作員可以訪問(wèn)更多的有價(jià)值的數(shù)據(jù)。大量的可用數(shù)據(jù)使生產(chǎn)的每一個(gè)方面都得到優(yōu)化，從工廠設(shè)備的故障診斷到貿(mào)易方面的庫(kù)存和產(chǎn)能決策。

    如果操作員具有更多的設(shè)備知識(shí)，可以進(jìn)行更多的審計(jì)和查證，這樣可以增加過(guò)程的安全性和數(shù)據(jù)的保密性。

    工業(yè)控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行IP連接（IO-Link或HART），完成了為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供連接的后一米。這兩種網(wǎng)絡(luò)使得工業(yè)生產(chǎn)近乎無(wú)縫的連接到IP網(wǎng)絡(luò)中，這樣今日的工廠就為將來(lái)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)做了更好的準(zhǔn)備。