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    邊緣自動化平臺的九個要素

    發布日期:2023/11/2     來源:不詳

    本文圖片來源:艾默生

    為了幫助企業快速可靠地構建邊緣解決方案,工業自動化的設計人員可以利用經過驗證的軟、硬件平臺來改進操作。

    長期以來,與為消費品領域開發的技術相比,制造業領域一直被認為是落后的,這已經不是什么秘密了。在很大程度上,這種模式是有意為之,因為工業應用所需要的、經過驗證的關鍵任務自動化和控制性能,要比典型消費者所優先考慮的便利性和功能更重要。邊緣計算和其它在邊緣應用的先進自動化功能,正為制造企業的數字化轉型添磚加瓦。

    近年來,用戶越來越意識到可用的自動化軟、硬件種類越來越多。雖然不斷發展的技術和更靈活的架構通常使設計師更容易將數字化轉型應用于現有和新的運營技術(OT)控制和監控系統,但選擇太多有時并不是好事,會導致一次性、不可重復的實施。

    最終用戶、原始設備制造商(OEM)及其系統集成商支持團隊正在探索生產制造現場和設備的邊緣應用機會,并提出以下問題:

    ■ 邊緣技術和工業物聯網(IIoT)對實際收益意味著什么?

    ■ 如何開始更新老舊系統并推出新項目,同時確保為未來的投資和工作做好準備?

    ■ 考慮到信息技術(IT)必要的連接量,解決網絡安全問題的最佳方式是什么?

    了解邊緣自動化可以實現什么功能,并開發出合理的數字化轉型方法,是回答這些問題的第一步。

    01 工業邊緣計算的優勢

    工業邊緣應用變得越來越普遍,不是因為它們時髦,而是因為它們是訪問數據所必需的。用戶認識到自動化系統數據的數量和價值,這些數據之前可能因物理隔離、缺乏集成和非數字化而成為數據孤島。

    邊緣技術提供了解放這些數據的途徑:訪問數據,在本地提供見解,或在站點內或云中傳輸這些數據,以進行更廣泛的分析,從而獲得更多可操作的見解。僅僅獲取數據是不夠的,分析對于深入了解如何提高效率、安全性和正常運行時間至關重要(圖1)。

    ▲圖1:艾默生為用戶提供了靈活的方式來連接所有類型的邊緣數據源,在內部實現IIoT和分析,并提供本地或遠程可視化,同時還為未來預留邊緣和云之間的連接。

    02 日益豐富的工業邊緣設備類型

    諸多不同的產品構成了工業邊緣設備(如圖2所示),包括:

    ■ 智能傳感器和更智能的現場網絡設備;

    ■ 網關和其它小型計算設備,可以安裝在傳統和現有系統之上;

    ■ 可編程邏輯控制器(PLC),用于具有現代連接的確定性控制;

    ■ 邊緣控制器,結合邊緣分析實現確定性控制;

    ■ 工業PC,可以在邊緣附近執行更廣泛的通信和分析計算;

    ■ 現場和遠程/移動人機界面(HMI);

    ■ 軟件平臺,用于連接制造廠內的邊緣設備和云以及兩者之間的一切設備。

    ▲圖2:豐富的自動化和邊緣產品組合可以幫助開發人員專注于應用而不是集成,因此他們可以快速可靠地創建所有類型的解決方案。

    對于自動化設計師來說,有時選擇太多反而導致選擇滿足當前和未來需求的技術成為一項挑戰。

    03 為未來做好準備的工業自動化

    工業自動化設計人員的首要目標是提供安全有效的設備。然而,訪問設備中包含的豐富信息并根據這些信息采取行動變得同樣重要,這意味著設計人員必須考慮超越傳統的自動化元素。

    有些用戶可能還沒有準備好完全投入到邊緣設備的實施。然而,從一開始就添加或內置可擴展的邊緣技術是重要而實用的,這樣系統可以在用戶準備好后立即從IIoT受益優勢。當開發人員考察各種選擇時,會發現在諸多供應商中,有些供應商只提供商業級、而不是工業級邊緣技術。

    不幸的是,將來自多個廠商的軟、硬件組裝成一個有凝聚力的系統往往需要大量的研究和測試工作,這會帶來額外的風險。創建自定義的邊緣方案,面臨的一些首要問題包括性能局限、缺乏可擴展性和未來支持的問題以及缺乏網絡安全。

    另一方面,考慮到自動化和邊緣實施的可能用例數不勝數,如今沒有人會不切實際地期望購買一個完全為特定需求量身定制的一體化軟件包,只需點擊幾下就可以實現開箱即用。

    04 邊緣自動化平臺的九個要素

    相反,用戶希望通過尋找具有以下九個要素的全面自動化和邊緣平臺來加快他們的工作:

    ■ 與軟件緊密集成和協調的硬件;

    ■ 不同層級控制和計算功能的可擴展性和靈活性;

    ■ 為常見用例提供集成的硬件/軟件解決方案;

    ■ 可用于精益制造和能源監控等基本任務的方便易用的軟件模塊;

    ■ 一致的開發環境,在擴展解決方案時無需返工;

    ■ 支持多種協議和編程語言,具有強大的庫功能;

    ■ 從單臺機器到整個制造工廠的可擴展性;

    ■ 內置網絡安全;

    ■ 在軟件和硬件層面均達到工業級標準,而不僅僅是對商業技術的改造。

    隨著應用和需求的廣泛變化,證明能夠提供這些功能的產品組合對工業自動化設計和開發人員來說是一個巨大的優勢。讓我們通過下面這個實際項目,來看看它是如何開展工作的。

    05 全自動的CIP/SIP撬裝監控

    現場清潔(CIP)和現場消毒(SIP)工藝用于食品和飲料、生命科學以及其它制造和生產應用。CIP/SIP使用水(通常在高溫下)和化學物質,包括苛性堿和酸,沖洗管道、閥門、容器和設備的固定裝置,以確能夠對系統進行清潔、消毒和滅菌。正確的CIP/SIP運行可以消除批次間的交叉污染,并保持衛生合規,以維護產品質量并降低對消費者的風險。

    即使是功能正常的CIP/SIP系統也會消耗大量的工廠資源。在某些情況下,所用的水、蒸汽、電力和化學品等,可能會占總消耗資源的30%。處理不當的CIP/SIP運行,可能會導致運行時間過長并浪費資源。低效的設計也會增加勞動力需求,并在轉換過程中造成生產停工。

    在其它情況下,流程中有大量的手動步驟,可能會導致系統和人為錯誤。出于這些原因和更多其它原因,許多公司正在從手動CIP/SIP系統轉向全自動運行,利用工業級傳感器、分析儀、閥門、電機控制、PLC和HMI,來幫助確保運營的平穩。

    使用邊緣技術構建CIP/SIP自動化系統可以實現全面的優化,從而可以獲得更多收益。其中包括自動運行報告、符合衛生標準的驗證、偏差標記以及通過分析并根據見解采取行動來追求最佳工況下的“黃金周期”,以最大限度地減少運行時間和公用設施的使用。

    雖然一些CIP/SIP集成商已經從頭開始創建自己的邊緣解決方案,但現在可以從供應商那里選擇完整的解決方案,從而可以節省大量時間和成本。這類解決方案建立在協調的邊緣產品組合之上,可以滿足行業需求。

    06 采用邊緣軟件和控制器降低成本

    CIP分析解決方案可以改裝到現有的CIP/SIP撬裝上,也可以構建到新的設計中。該解決方案適用于傳統或智能儀表,如壓力/流量/溫度變送器和電導率分析儀。它還集成了智能閥和電磁閥歧管,以監控運行和性能。

    該解決方案使用邊緣軟件平臺。它可以在邊緣控制器或工業PC上運行,并利用IT和OT通信標準和協議。使用一個經驗證且可互操作的平臺,用戶可以從快速部署和豐富功能中獲益(圖3)。

    ▲圖3:艾默生的CIP分析是一個基于PACSystems邊緣控制器和工業PC的解決方案,使用艾默生PACEdge軟件。

    先進的CIP分析解決方案使運營人員和工程師能夠可視化和監控性能,執行基準測試并報告公用事業消耗。根據建模數據,該解決方案平均可以減少30%以上的用水量,同時將以前用于管理手動和半自動系統、優化運行性能和效率的時間減少20%。

    07 改善自動化和數據分析的機會

    最終用戶、OEM廠商和系統集成商正在利用靈活的數據訪問和分析來改進自動化系統。邊緣技術對于實現這些功能至關重要,但有太多的選擇需要考慮,很難從眾多選項中確定最終選擇。

    選擇一個經過驗證和協調的硬件和軟件平臺,使開發工作能夠專注于應用而不是集成,無疑是一個更高效的解決方案。這種方法提供了一種快速且可靠的方式來創造整體價值。

    用戶應尋找一個包含確定性控制、邊緣計算、可視化、分析以及站點和云連接的投資組合。這使設計人員可以最大限度地減少設計工作量,最大限度地提高工作的可重用性,同時使工業應用具有靈活性并能經得起未來的考驗。

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