分析

从边缘的工业分析

工业制造商正在使用边缘控制器和工业PC(IPC)来实现从边缘的实际分析举措,而不是从企业中下来。

的西尔维亚·冈萨雷斯 6月3日,2021年
礼貌:爱默生

无论制造商是在单个地点运行几台自动化机器,还是在多个地点运行一组设备,都需要更好的可视性、数据和分析。由于无法获得原始数据,也没有分析数据的方法,这些公司大多是基于经验运营的。

出于许多原因,制造商可能对开始哪怕是最基本的分析工作都持谨慎态度。它们的核心系统已经在运行,但对潜在的回报可能还没有一个清晰的认识。为了获得有意义的分析,我们还需要关注硬件、软件和集成。

然而,这些公司可能会惊讶地发现,他们可以通过从小处着手构建分析,而不是在企业中投入大量精力。通过收集工业物联网(IIoT)边缘的许多来源的小数据,并在必要时将其处理成大数据,用户可以创造出有价值和可操作的信息。边缘计算硬件和软件使这成为可能。

分析:自下而上而不是自上而下

许多制造商可以在大规模制造执行系统(MES)的领域中,了解分析举措是企业范围的努力。这些公司可能会担心这种类型的大信息技术(IT)类型项目所需的资源,时间和成本,特别是当他们的技能组和焦点可能更为导致植物级操作技术(OT)时。

另一种选择存在,由现代边缘控制器、工业pc (ipc)和专注于ot的软件套件支持。所有类型的终端用户、系统集成商和原始设备制造商都可以从机器的边缘自下而上构建实用的分析系统,而不是从企业的自上而下构建。Edge分析可以提供即时的回报,比如提供整体设备效率(OEE)指标,它们还可以提供更深层次的分析,并能够扩展到企业。

知道机器

由于许多原因,将企业从企业转移到边缘的计算能力发生了很大意义。大多数相关数据都可以在机器本身上市,虽然也可以合并智能传感器和该区域的其他外部系统。在发射和存储数百或数千个高保真数据点以进行最终分析的情况下,可能是昂贵的并且通常是不切实际的。

这是因为当传统的自动化系统在此角色中使用时,必须使用上下文和工程单元手动配置每个新的传感点信号,并通过多个通信链路和系统映射以实现企业级别。重要信号可以沿途丢失及时性,而不重要的信号消耗带宽和存储。

对于响应性最好的结果,以下重要指标在数据来源的边缘得到最佳处理(图1):

  • 可用性、性能和质量
  • 运行时间
  • 吞吐量和废料
  • 能源消耗
  • 机器状态。

用户可以直接访问原始数据和计算结果,并将合并后的结果传输到云,以便最终进行更高级别的分析。以这种方式进行边缘处理是理解每台机器的理想方法,这是一个高价值的初始步骤,然后将分析扩展到生产线或设备车队。

图1:Emerson的Pro。精益分析软件可以在边缘计算平台上运行,在这些平台上,它可以最快速地获取高保真数据,并可以在运营商能够访问并对其采取行动的地方产生洞见。礼貌:爱默生

图1:Emerson的Pro。精益分析软件可以在边缘计算平台上运行,在这些平台上,它可以最快速地获取高保真数据,并可以在运营商能够访问并对其采取行动的地方产生洞见。礼貌:爱默生

由于最终用户经常运行许多机器,通常在许多网站上分布,因此任何机器级IIOT解决方案都必须可扩展到工厂,然后是企业。

机器到工厂到企业

传统的可编程逻辑控制器(plc)和人机界面(HMIs)当然可以执行一些边缘计算和高级通信,但它们更侧重于提供实时控制功能。因此,终端用户通常需要具有更好处理能力的边缘计算选项,支持更多OT和IT通信协议,以及为分析任务量身定制的软件。

边缘控制器和IPC是两个可平台的平台,可以帮助用户将IIT和Edge Analytics构建到新机器中,或将它们添加到现有操作中。边缘控制器包括PLC功能,但它们还提供第二个独立但集成的车载操作系统,能够执行高级可视化,分析和通信职责。

ipc是完全独立的计算机,也可以执行这些任务。这两种类型的边缘计算平台都是专门设计的,可以承受高温和振动环境,它们将安装在机器和工厂控制柜的边缘。

边缘控制器和ipc与标准plc和hmi不同的是,它们能够运行软件应用程序和套件,以扮演以下一个或多个角色(图2):

  • 工业物联网数据连接到控制器、智能传感器和状态监控设备
  • 通信网关到其他对等或更高级别的系统
  • 机器状态和分析的可视化和仪表板
  • OEE和能源可持续性的分析计算。

无论最终用户是建造机器的原始设备制造商(OEM),还是运营工厂的技术人员添加工业物联网,正确的可视化和分析软件将加快他们的努力。这些用户应该寻找为最常见任务(如创建OEE指标)提供向导方法的软件套件,以减少执行时间和成本。该软件应该适合在本地每台机器的基础上进行小规模的启动,但它还必须提供更高级的分析,并从这个粒度级别扩展到工厂—然后是企业级。

图2:标准plc和人机界面在工业自动化中发挥着各自的作用,但艾默生的软件平台、边缘控制器和ipc等更全面的平台可以提供完整的可视化、通信、工业物联网和分析解决方案。礼貌:爱默生

图2:标准plc和人机界面在工业自动化中发挥着各自的作用,但艾默生的软件平台、边缘控制器和ipc等更全面的平台可以提供完整的可视化、通信、工业物联网和分析解决方案。礼貌:爱默生

IIoT-enabled机器

大多数HMI软件包连接到一种或多种类型的plc,但更高级的版本可以使用以太网/IP、Modbus TCP和OPC UA等协议连接到其他边缘定位传感器。支持工业物联网的HMI软件还应该支持用于云连接的消息队列遥测传输(MQTT)协议。这些软件平台通常提供额外的功能,如远程和移动连接。

虽然HMI软件可能包括一些基本的分析功能,但通常需要使用具有扩展功能的互补软件包,以提供植物级分析和能效评估。这就是为什么综合平台提供IIOT,本地HMI,分布式HMI和监督控制和数据采集(SCADA)以及分析的最佳方法是实现可扩展性的最佳方法(图3)。

图3:最终用户经常发现最有效的是依赖于在单个供应商的各种控制器和IPC上运行的软件解决方案的集成产品解决方案。礼貌:爱默生

图3:最终用户经常发现最有效的是依赖于在单个供应商的各种控制器和IPC上运行的软件解决方案的集成产品解决方案。礼貌:爱默生

连接、通信、可视化和分析软件可以单独使用,也可以在一套产品中使用,有时还可以预先安装在边缘控制器和ipc上,以方便使用。只要有了正确的硬件、人机界面软件和分析软件,任何机器都可以实现物联网。

应用边缘计算

涉及工业包装和容器的公司,以及各种特殊产品组合的制造商,都受益于在其设施中实施OEE。边缘计算解决方案使他们能够在不停产的情况下,通过实时监控生产流程和计算OEE来优化整体生产率。

这些用户依赖于配置向导,使它们能够在分钟项目中创建以计算关键性能指标(KPI),OEE和停机时间。Wizards是提供一个逐步的过程的工具,指导用户导入创建整个OEE应用程序所需的特定信息和参数。操作员使用仪表板可视化生产,配方,机器信息,产生的单位数,总运行时间和停机时间,以及估计与实际循环时间。此信息保存在数据库中,可以创建详细报告。结果为生产线运营商和管理人员带来了很大的优势,专注于实现集合性能目标。

一些公司决定将他们的分析保持在本地,这样他们就可以在工厂层面做出决策,而另一些公司则要求通过云来获取信息,以便与其他数据集合并,或在车队层面进行分析。一个开放、模块化、可扩展和灵活的平台是实现工业物联网和交付各种部署场景的理想平台。

机器工业物联网从边缘到企业

工业分析可能看起来很深奥,许多公司可能认为他们无法立即实施任何有意义的工业物联网计划。启动一个以it为中心的自顶向下项目的成本和复杂性可能令人生畏。

新一代优势计算硬件,网络,协议和软件改变了此思想​​过程。具有深入的OT经验的供应商引入了边缘控制器和IPC,足以承受工厂和机械环境。有线和无线以太网,结合OPC UA和MQTT等通信协议,允许用户挖掘任何边缘定位的数据源,并将信息发送到更高级别的系统。

这些基本要素可以让用户在机器、生产线、制造和设施层面收集许多数据集。有了正确的源数据,用户可以使用专注于ot的HMI和专门设计用于从单个机器扩展到企业的分析软件。对于最终用户来说,这种方法是一种现实的方法,可以从支持工业物联网的机器开始,逐步构建企业级信息智能系统。


西尔维亚冈萨雷斯
作者生物:Silvia Gonzalez是艾默生机器自动化解决方案业务的解决方案开发领导者。她负责创建,开发和驾驶以解决方案为导向的方法,以便将最终用户挑战转化为改进的操作性能。Silvia拥有墨西哥大学萨尔(La Salle)的电气/电子工程学士学位,已收到麻省理工学院的数字经营策略证书,并位于德克萨斯州休斯顿。