工业物联网技术改善了机器控制

工业物联网(IIoT)技术有潜力通过诊断、预测和预测性维护来提高用户的利益。

通过史蒂文·菲尔斯 2019年4月2日

考虑这样的场景:啤酒装瓶生产线上的操作员经历了设备突然关闭。操作人员不需要访问可编程逻辑控制器(PLC)程序或中断网络。相反，操作员拿出智能手机，连接到机器的气动阀门系统，然后打开一个网页，显示设备气动系统性能的诊断数据。很明显，一个控制机器执行器的方向控制阀的电磁线圈烧坏了。在几分钟内，维修技术人员插入一个新的控制阀，装瓶管道重新运行，几乎没有生产力损失，也没有对控制系统进行重大干预。

这个假设的例子说明了新的工业物联网(IIoT)技术进入机器控制市场时可以带来的众多优势之一。这些技术有望通过更好的诊断、预测和预测性维护来提高用户的利益。因此，用户将体验到前所未有的生产力提高、停机时间减少和维护成本降低。

工业物联网技术仍处于起步阶段，目前在机器控制环境中临时或机会性地实施。在这些实验性和试点应用中，制造商正在识别小的、集中的生产问题，然后在基础层面采用工业物联网解决方案来解决这些问题。网关从机器的控制系统导出数据，用于现场或云端分析和存储。远程运行分析以更好地理解问题并指出解决方案。

例如，生产主管可能关心一台机器的最高能耗。设备的能源使用数据与安装在机器上的智能传感器提取的其他运行数据相关联。通过这种分析，管理器可以确定发生功耗峰值的时间和操作因素。

连接设备，机器骨干

随着新的支持工业物联网的机器和网络进入市场，今天的试点项目将导致明天的全厂项目。新架构将智能设备(如传感器、输入/输出(I/O)模块、伺服驱动器、机器人、电机启动器等)与智能气动阀门系统相结合，结合工业网络接口、集成I/O和本地分析能力。这些更智能的连接设备将构成机器控制的骨干，并具有工业物联网连接。

虽然工业网络已经在高级设备中应用了几十年，但集成到小型现场级传感器中成本太高。添加使用现有布线基础设施(如IO-Link通信)的点对点通信技术，可以从智能传感器和设备中提取数据。

无线连接、移动设备、无线诊断和预测的结合，为智能气动歧管提供了工业物联网应用所需的分析能力。该技术将数据从现场设备(智能传感器)通过气动歧管传输到机器控制系统。

这种诊断和预测数据还可以通过不属于控制网络的单独网关和通道路由。这使得外部设备能够有效地收集、分析和处理相关过程数据，而无需向控制网络加载诊断数据。它还允许用户分析这些数据，而不影响机器的工艺或生产计划。这种由工业物联网驱动的数据分析也可以在现有机器上进行改造。

IO-Link的作用

IO-Link (IEC 61131-9，传感器和执行器通信标准)允许即使是最小的现场设备和智能传感器通信其诊断数据，以分析了解功能和系统状态。IO-Link技术的构想是使用相同的现有连接介质来设置和改变智能传感器的功能参数。今天，它已经发展成为一种通信技术，允许控制非传感器设备，如比例压力调节器和阀门系统。

IO-Link通常与通信网关一起使用，以连接到更高级别的工业网络，如以太网/ IP，Profinet，EtherCAT等，使网络通信能够到达控制系统的最底层。通过这些IO-Link主网关，智能设备可以将诊断和预后数据以数字方式发送到高级处理器进行分析，这些分析可以在本地、现场或云环境中进行。

新的模块化现场总线阀汇将具有托管多个IO-Link主控制器的额外好处，并作为一个以太网通信节点的网关。这样就不需要为每个IO-Link主节点设置一个通信节点，从而降低了成本和复杂性。

由于目前现场总线歧管的模块化特性，IO-Link主模块设计为集成到模块化现场总线阀门歧管，也可以分布在距离现场总线通信节点30米的地方，可以方便地在机器上放置传感器和设备。IO-Link主模块可以为每个单独的IO-Link通道集成辅助电源连接器，为机器设计人员提供更高的灵活性、效率和额外的安全选项。

本地Wi-Fi通信将集成在气动阀门系统上，以简化机器维护和调试。用户可以通过任何支持wi - fi的移动设备轻松访问数据，而无需下载任何应用程序。操作员或维护技术人员将移动设备连接到Wi-Fi网络，并以适当的格式将包含机器分析数据的HTML网页提供给设备。

全厂工业物联网实施

经过本地试验，工业物联网技术将更容易在工厂范围内实施，并在机器正常运行时间、操作员安全、调试和产品质量方面产生巨大效益。

工业物联网技术允许预测性维护，从而减少机器停机时间，使操作人员能够有计划、有序地识别和解决问题，而不会中断生产过程。预测系统允许实时分析，能够持续监控机器的性能，而不会增加控制系统的开销。方向控制阀可以监测时间，距离和其生命周期的范围。当有偏离正常操作参数时，用户会收到警告。预测系统是预防性维护之外的重要一步，有助于在部件对机器性能产生影响之前对其进行调整、维修或更换。

IO-Link通信技术允许低级设备以简单而经济的方式与高级网络通信。这也为最小的设备带来了工业通信，实现了工业物联网的承诺。

无线连接还允许维护人员在机器内部难以到达的位置监控气动阀门系统及其连接的设备。它们可以诊断电线断裂、不可操作的通信模块或故障的阀门线圈，而无需关闭系统或爬到设备周围。

IO-Link传感器的状态也可以通过移动设备进行检查。如果机器坏了，新的智能传感器就会提醒用户故障的原因，这让维修变得更加容易。传感器调试和更换简化了，因为参数已经通过.iodd文件设置。

由支持iiot的机器生成的数据还可以帮助诊断影响产品质量的问题。例如，机器传感器的数据可能表明其中一个气缸没有完全伸展。随着时间的推移，运动中的侵蚀可能会导致产品质量的恶化。在组件影响产品质量之前了解超出规格的组件的能力将是一个重要的优势。

为工程师提供更好的信息

随着这些技术在未来几年开始出现在机器控制系统中，它们将带来比以前更好的诊断、简化调试、更好的安全性和更一致的资产可用性。这些好处将对机器制造商和汽车、制药、食品和饮料行业的最终用户客户产生重要影响。

用户很快就会应用这些技术来解决制造系统中的重大问题。这些解决方案将首次基于来自测量机器性能的低层传感器的数据，收集的数据将自动或系统地改善整体运营。分析这些新数据将创建相关信息，使机器能够更高效地运行，减少停机时间。

史蒂文·菲尔斯艾默生自动化解决方案公司现场总线电子和阀门系统产品营销经理。由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．