導讀

 

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)。物聯網來了，自動化延伸到服務業(yè)，把機械手、機器人帶入新零售。現在AIoT賦能自動化，提升智能和萬物互聯，新自動化成為廣義的、滲透到各行各業(yè)的技術。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、數據采集和運動控制。但是在設備組網互聯和數據安全，傳統(tǒng)的自動化沒有理論支撐，現代的信息科學也沒有統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范，只有大企業(yè)的標桿做法，屬于八國聯軍亂打局面。本文是“自動化出現二個新要點，IoT帶來的變化”的第二篇，重點討論設備組網，以案例討論行業(yè)下一步如何發(fā)展。

 

01

設備組網物聯

 

通過狀態(tài)監(jiān)測、預見維護、整體設備效率 (OEE) 分析和跟蹤、診斷和故障排除等系統(tǒng)來實現工業(yè) 4.0 和工業(yè)物聯網 (IIoT)宏大計劃。需要框架性的設備組網互聯接口和精益生產的數據處理交互。但是，傳統(tǒng)設備之間沒有統(tǒng)一的物理連接器和通信協(xié)議，電纜不能連接，設備使用各自的通信協(xié)議，設備間無法通信。在物理鏈接轉化和軟件轉化上，小企業(yè)學大企業(yè)，沒有行業(yè)標準，學費高昂，碰上企業(yè)并購，小公司無處喊冤。

 

為了把現有工廠不同制造商的設備互聯，特別是國產設備與進口設備互聯互通，必須有一套硬件連接器轉化端子、型號處理集線器和軟件協(xié)議轉化系統(tǒng)，把設備孤島連成上位機下位機互通的體系。這就是本文討論的疊加網絡技術，它應該具備：

 

設計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)議的設備的信號，并將這些信號合并成統(tǒng)一的可用數據流，然后將這些數據輸出到邊緣計算資源或云端。這種系統(tǒng)需要能夠連接傳感器、指示器和其他設備的適配器。需要使用轉換器來連接包括傳統(tǒng)設備在內的之前不兼容的設備類型。

 

此外，為了確保運行可靠，需要使用濾波器來保護數據通信免受電噪聲和瞬變的影響。所有這些組件都應符合 IP65、IP67 和 IP68 級環(huán)境標準，以便在工業(yè)環(huán)境中運行，而且解決方案要易于實施、經濟實惠。

 

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

 

疊加網絡工具線上軟件

 

Snap Signal IIoT 是一個疊加網絡工具線上軟件轉化和線下提高連接器轉換器實現物理連接。它能捕捉各種不兼容的數據通信協(xié)議，將其轉換為易于分配的標準，并能夠發(fā)送至邊緣或云計算資源處進行分析和操作，讓數據在相互明白的數據格式與噪音水平中傳輸，從而把設備孤島連接起來。

 

 

BEC圖片1：Snap Signal 疊加網絡提供了一種模塊化架構，可將傳統(tǒng)設備與邊緣或云計算資源連接

 

02

IIoT 疊加網絡需要硬件和軟件關鍵組件

 

硬件組件

 

適配器——用于重新布線并將傳感器、指示器和其他設備的各種設備布線方案連接到疊加網絡使用的標準物理接口。

 

濾波器——用于保護數據，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據源的數據并進行本地數據處理，以及提供將傳統(tǒng)設備和自動化的整合到 IIoT 中的連接。

 

軟件組件

 

數據轉換器——用于將諸如傳統(tǒng)設備上的離散、模擬和各種數字格式等不兼容的格式轉換成標準諸如 IO-Link 或 Modbus 等標準協(xié)議，以實現集中化性能監(jiān)控。

 

有線或無線連接——用于將收集到的數據分發(fā)到邊緣計算資源和/或云端數據服務 (CDS) 等，該服務提供數據可視化、判斷機器性能并發(fā)送電子郵件或文字警報，以支持機器的實時操作、維護和修理。

 

 

BEC圖片2：可視化軟件工具

 

03

可編程集線器

 

可編程集線器是設計疊加網絡的關鍵部件，具有數據格式轉化和集線器功能，其輸出的數據轉換器是TCP/IP、以太網 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)以太網協(xié)議進行轉發(fā)的統(tǒng)一數據流。它包括四個 Modbus 主機，可支持與多達四個串行網絡進行并行通信。

 

 

BEC圖 3：可編程集線器DXMR90

 

04

轉換連接器

 

將傳統(tǒng)設備通過轉換器連接，解決連接器不匹配的問題，是Snap Signal的互通手段。為實現這一功能，設計人員可以使用小型插入式 S15C 系列直插轉換器，將各種格式的狀態(tài)監(jiān)測和過程傳感器數據轉換成數字 IO-Link 數據。它是一款 Modbus 主機到 IO-Link 設備的轉換器，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 系列直插式數據轉換器

 

S15C 轉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，采用與所連接設備相同的電源。使用 S15C 轉換器可消除 IO-Link 的 20 m 通信限制，因為這類轉換器可安裝在 Modbus 鏈路末端，靠近 IO-Link 主機。

 

05

濾波器解決信號傳輸問題

 

成功的起點

 

除了控制器和數據轉換器外，設計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絡。如 S15A直插式接線適配器可以直接連接傳感器、指示器或其他設備，并根據需要改變接線和隔離信號，以滿足特定的應用需求。這些接線適配器分為標準和定制配置版本。

 

 

BEC圖 5：S15A系列濾波器

 

06

Snap Signal 可視化網絡部署

Snap Signal 疊加網絡的設計和部署從識別需要監(jiān)測的數據源開始。然后，需要確定是否添加新傳感器或指示器，以補充現有設備。Snap Signal 網絡的設計步驟包括：

 

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連接用于本地數據消耗，或使用邊緣網關設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絡，不需要替換任何現有硬件。安裝新的傳感器或其他設備，并在每個需要監(jiān)測的設備上增加分路電纜，以保持與機器控制機構之間的現有連接，同時也為疊加網絡提供第二條路徑。

 

1. 安裝相應的的直插式信號轉換器。

 

2.根據需要添加 T 型連接器、濾波器和其他網絡接線，以完成網絡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，對可編程集線器進行編程，以創(chuàng)建自定義檢測和控制序列。

 

4.使用以太網連接將可編程集線器與邊緣計算資源連接，或者連接支持蜂窩網絡的可編程集線器控制器，以實現云連接。

 

07

我愛方案網自動化相關方案推薦

 

 

ISG-503邊緣計算智能網關

 

ISG-210協(xié)議轉換智能網關

 

 

采用 i.MX6 系列高性能低功耗ISG-300邊緣計算網關

 

 

采用高性能嵌入式計算機平臺ISG-200通用標準智能網關

 

 

采用高性能嵌入式 32 位處理器ISG-100協(xié)議轉換智能網關

 

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結語

 

疊加 IIoT 網絡能夠滿足設計人員將傳統(tǒng)設備和自動化孤島連接到工業(yè)網絡的需求，從而收集可操作數據，以支持現有工廠提高生產力。此類疊加網絡的設計和實施過程復雜，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、數據轉換器、布線適配器、濾波器和其他實現 IIoT 疊加網絡并將其分配到邊緣計算資源或云端所需的元器件。Snap Signal 網絡架構的模塊化、可編程且靈活的設計支持增加新設備，并能保障未來安裝。

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