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跟上自動化發(fā)展步伐:開放式機器控制平臺

http://www.debgrams.com 2023-08-30 10:38


本文圖片來源:艾默生

采用開放、靈活的自動化平臺,有助于OEM廠商和最終用戶應對傳統(tǒng)生產所面臨的挑戰(zhàn),同時還可以解決供應鏈、勞動力短缺和網絡安全等新問題。

原始設備制造商(OEM)、機器制造商及其所服務的最終用戶所面臨的傳統(tǒng)挑戰(zhàn),通常涉及最大限度地提高生產率、質量和正常運行時間。雖然這些基本關注點仍然重要,但還有其他重要的外部問題日益影響著OEM廠商和他們的客戶。供應鏈的稀缺性、熟練勞動力的短缺和對網絡安全的擔憂,日益影響著OEM廠商如何供應他們的設備,以及最終用戶的需求。

在過去幾年里,解決所有這些問題所需的技術和功能,可能只在一些旗艦控制器中提供,但現在自動化的選項已經大大的擴展。現代自動化選項,包括適用于所有機器類型的高性能緊湊型控制器,可以幫助OEM廠商和最終用戶有效解決問題。

現代靈活的自動化平臺,使其能夠繼續(xù)滿足典型的機器控制需求,同時應用最新的創(chuàng)新技術,如不斷發(fā)展的工業(yè)物聯(lián)網(IIoT)功能,為應對當前商業(yè)環(huán)境中所面臨的最新挑戰(zhàn)提供了新的選擇。采用這些先進技術,有助于OEM廠商和最終用戶在改善合作關系的同時應對諸多挑戰(zhàn)。

01 適應和克服供應鏈的限制

供應鏈問題給設計和機器運營帶來了挑戰(zhàn)。在設計時,開發(fā)人員可能會發(fā)現很難找到各種組件和智能設備的供應商。一旦投入生產,由于材料來源的變化和制造需求的變更,可能需要迅速更換部件,否則生產就會中斷。

當設計師選擇基于開放硬件、軟件和通信標準的自動化平臺時,最好將靈活性集成到機器控制中(圖2)。

▲當機器自動化架構構建在支持集成交換的千兆以太網的平臺上,并且具有開放標準和協(xié)議的本地支持以及現代編程功能時,可以實現緊密的協(xié)調。

這將創(chuàng)建更開放的系統(tǒng),并允許在供應鏈出問題時替換組件,例如包括:

  • 配置千兆以太網和集成以太網交換機的設備。
  • 提供IEC 61131和更現代編程語言的開發(fā)環(huán)境。
  • 支持基于開放標準的工業(yè)協(xié)議,如安全的OPC UA、Profinet、Modbus TCP、IO Link和DNP3。

一個開放平臺如果具有配置了通用工具集的可擴展運行環(huán)境,可以為設計人員提供選擇最適合的設備以滿足需求的靈活性。機器啟動并運行后,這些功能可以幫助設計者實時更改,以優(yōu)化運營,降低風險,并提高競爭力。

02 匹配勞動力技能與編程方法

雖然傳統(tǒng)的IEC 61131工業(yè)編程語言仍然重要,但隨著下一代工人進入工程和維護人員隊伍,這一些都正在發(fā)生轉變。新員工可能更熟悉現代編程語言,如C/C++和Python。高級應用程序,如利用機器學習(ML)或人工智能(AI)的數據聚合和分析,最好用這些語言實現。

其它最新的編程方法,包括利用可移植代碼庫,促進了可重用、可擴展和可維護的編碼實踐。基于標記的編程、用戶自定義的數據類型(UDT)和功能塊(UDFB),利用常見的自動化工具集和廣泛的內置函數庫來實現,可以輕松實現代碼標準化、快速部署并降低風險。

03 構建能夠抵御網絡攻擊的自動化系統(tǒng)

隨著自動化平臺變得更智能,與更高級別的系統(tǒng)和互聯(lián)網的連接越來越多,網絡安全問題變得至關重要。為了降低網絡攻擊的風險并提供適當的保護,每一層都必須內置安全性,包括:

■ 產品供應鏈(使用工具來驗證產品是否被篡改、產品組件的可追溯性);

■ 硬件引導系統(tǒng);

■ 核心操作系統(tǒng)服務;

■ 軟件應用;

■ 通信和網絡。

現代自動化平臺的一個關鍵特征是開放式連接。然而,只有在設計時考慮完整的安全性作為補充時,開放連接才是最有效的。

04 跟上自動化發(fā)展的步伐

傳統(tǒng)的可編程邏輯控制器(PLC)和可編程自動化控制器(PAC)技術已經很成熟,但它們仍然是必不可少的,雖然新技術不斷出現,也不會改變解決自動化問題的基本方法。然而,并不是所有的新技術都能經受住時間的考驗。OEM和最終用戶可能會糾結于如何最好地利用現有資源,而不必總是擔心過時。

想要跟上這一發(fā)展步伐,最可靠的方法是與供應商合作,他們可以提供完整的自動化產品組合,包括PLC和PAC,并擴展到邊緣網關、邊緣控制器和邊緣工業(yè)PC(圖3)。使用基于開放通信的協(xié)調控制和計算軟件,能夠支持OEM廠商和最終用戶所需的數據標準化、分析、協(xié)議轉換和連接計劃。

▲艾默生的CPL410邊緣控制器是廣泛的硬件和軟件組合的一部分,使OEM廠商和最終用戶能夠創(chuàng)建可擴展到任何規(guī)模的自動化解決方案。

使用這些組件,設計師可以部署新機器,并在傳統(tǒng)的自動化孤島之間架起橋梁。適應性連接有兩個重要方面。首先,支持OPC UA和其它以太網工業(yè)協(xié)議,使機器之間以及與監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信變得更容易。其次,對于具有更大的、全廠分布式控制系統(tǒng)(DCS)的過程工廠,支持NAMUR開放標準模塊成套設備(MTP),這意味著機器——無論是通過PLC、PAC還是邊緣控制器實現自動化——都可與DCS集成。這是混合以及過程行業(yè)對設備的常見要求。

05 促進OEM與最終用戶的合作

開放和安全的自動化,可以幫助OEM和最終用戶并使其更好地相互合作。它將OEM廠商從單純的機器銷售,提升到提供一系列有價值的服務。它還加快了最終用戶優(yōu)化和協(xié)調所有運營的努力,同時擴展了支持選項。

采用現代機器控制平臺的OEM廠商,可以向其客戶提供先進的IIoT解決方案,使雙方能夠使用實時數據監(jiān)控和支持設備,并應用基于分析的優(yōu)化。OEM廠商還能夠提供無需工具的快速應用部署、標準化設備調整以及安全的遠程固件更新。本地通信的身份驗證和加密,可確保這些活動保持安全。集成的知識產權鎖,有助于OEM廠商部署其最先進的產品。

最終用戶可以輕松的訪問其寶貴的運營數據,并通過安全的IIoT連接了解到其OEM廠商可以確保機器以最佳效率運行。許多用戶發(fā)現,如果將機器配置為獨立的“孤島”,它們就無法提供完整的功能或價值,而且通常很難集成諸多不同品牌和型號。現代機器控制平臺使用基于開放標準的通信和MTP等功能,使最終用戶能夠集成不同的機器和子系統(tǒng)以獲得更全面的運營視圖和見解。

06 實現更強大的機器控制

對于機器控制來說,僅僅關注每臺機器的生產、質量和正常運行時間等傳統(tǒng)因素,已經不夠了。OEM廠商及其最終用戶客戶面臨著與供應鏈中斷、招聘和留住合格人員以及防御網絡攻擊有關的其它外部壓力。

采用現代自動化平臺和技術,包括高性能緊湊型控制器,結合廣泛的本地開放連接支持、現代編程能力和內置安全性。這有助于OEM和最終用戶克服諸多挑戰(zhàn)。他們還能夠通過創(chuàng)建新的工作模式來實現全廠范圍的高效集成、ML 和 AI 技術的實施以及改進的遠程支持,從而為未來的挑戰(zhàn)做好準備。

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