通往工業(yè)4.0的經(jīng)濟(jì)可行之路

不久之前，工業(yè)4.0還僅只是個(gè)流行概念，但今天它正在全球成為現(xiàn)實(shí)。使用智能機(jī)械、系統(tǒng)和設(shè)備可帶來許多優(yōu)勢(shì)，這包括MRO（維護(hù)、維修和運(yùn)營(yíng)）服務(wù)的轉(zhuǎn)型，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)及其節(jié)約相關(guān)成本。但是，對(duì)于不能完全更換機(jī)械以實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0兼容性的企業(yè)，又有哪些選擇呢？許多制造商將受到此種策略成本的限制，需要將現(xiàn)有機(jī)器進(jìn)行升級(jí)以使其能夠支持工業(yè)4.0。本文探討了升級(jí)舊設(shè)備以實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)營(yíng)背后的可選之項(xiàng)。

瀏覽新機(jī)械供應(yīng)商的手冊(cè)或網(wǎng)站，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)今大多數(shù)產(chǎn)品都帶有諸如“智能就緒”、“支持物聯(lián)網(wǎng)”或“兼容工業(yè)4.0”之類的標(biāo)簽。此外，這些產(chǎn)品價(jià)格還極高，超出了大多數(shù)想升級(jí)整套機(jī)械設(shè)施企業(yè)的期望。

然而，通往工業(yè)4.0的道路并不一定需要花費(fèi)很多的錢。便捷的改造翻新選項(xiàng)，可讓道路變得暢通無阻、經(jīng)濟(jì)可行。

但是，為什么要采用工業(yè)4.0解決方案呢？實(shí)際上這有很多的優(yōu)勢(shì)。在過去的幾年中，智能工廠的概念一直在穩(wěn)步發(fā)展，它朝著在車間設(shè)備與企業(yè)范圍的管理系統(tǒng)之間提供和諧通信的目標(biāo)邁進(jìn)。最終，采用互聯(lián)環(huán)境可確保，從報(bào)價(jià)和訂單到制造與調(diào)度，最大程度地提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

當(dāng)然，為了支持必要的自動(dòng)化水平，需要最新的組件創(chuàng)新。

要求垂直和水平兩個(gè)級(jí)別的通信，因?yàn)檫@促進(jìn)了運(yùn)營(yíng)制造鏈中所有系統(tǒng)之間的持續(xù)連接和數(shù)據(jù)交換。為了實(shí)現(xiàn)這些級(jí)別的通信，可以基于網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)、云處理和物聯(lián)網(wǎng)，使價(jià)值鏈運(yùn)作原則生效。

對(duì)于那些希望通過諸如升級(jí)生產(chǎn)線等向工業(yè)4.0邁出第一步者，有多種經(jīng)濟(jì)可行的方法將此想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?？梢蕴峁椭哪承┙M件，可能包括與各種總線類型兼容的通信卡、工業(yè)轉(zhuǎn)換器模塊、以太網(wǎng)供電（PoE）交換機(jī)和智能傳感器等，這僅舉幾例。

垂直信息傳輸是雙向的（雙工），因此它支持同時(shí)傳輸、接收和后續(xù)使用數(shù)據(jù)。在這里，具有與多種不同總線對(duì)應(yīng)的通信卡，是一種經(jīng)濟(jì)高效的升級(jí)策略。

例如，采用目前在整個(gè)行業(yè)中流行的總線之一 - PCI Express總線。如果此高速串行總線為首選，那么 Brainboxes 的 IX-100 是支持通信卡的不錯(cuò)選擇（圖1）。

圖1：Brainboxes IX-100通信卡支持PCI Express

IX-100在單個(gè)PCI Express插槽中，提供了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的九針RS232串行COM端口。由于PCI Express完全即插即用，因此BIOS和操作系統(tǒng)（Linux或Windows）將自動(dòng)配置該卡，從而確保無故障的安裝。用戶可以在標(biāo)準(zhǔn)高度和矮型選項(xiàng)之間進(jìn)行選擇。

那么水平數(shù)據(jù)流又如何呢？這也是與公司的操作系統(tǒng)共享信息的地方。在典型的示例中，數(shù)據(jù)被上傳至云中，以確保擁有能夠訪問企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的用戶，可在世界各地訪問數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)共享是工業(yè)4.0的關(guān)鍵組成部分。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要工廠級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)（IoT），并將所有相關(guān)設(shè)備連接至網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)特定要求，可將這些設(shè)備的訪問權(quán)限，限制在一組預(yù)定義的人員中。

這種性質(zhì)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，可以收集運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，并將其上傳至云中。除了允許用戶和同事交流之外，它還可以優(yōu)化生產(chǎn)過程。為了快速，輕松地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以將轉(zhuǎn)換器和輸入/輸出模塊，改裝為合適的設(shè)備。

一個(gè)典型的例子是 ADAM-4520-EE轉(zhuǎn)換器 （圖2），它具有耐用的ABS外殼。

ADAM-4520-EE是原裝RS-232系統(tǒng)的隔離轉(zhuǎn)換器。該設(shè)備將RS-232信號(hào)透明地轉(zhuǎn)換為隔離的RS-422或RS485信號(hào)。由于用戶不需要更改工業(yè)PC的硬件或軟件，因此可確保升級(jí)的簡(jiǎn)便性。ADAM-4520-EE可使用戶使用標(biāo)準(zhǔn)PC硬件輕松構(gòu)建工業(yè)級(jí)的長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)。

這完全支持免提數(shù)據(jù)流控制，因?yàn)锳DAM-4520-EE可以自動(dòng)檢測(cè)RS-485數(shù)據(jù)的流向，并相應(yīng)地更改通信傳輸方向。無需其他握手信號(hào)。

圖2：ADAM-4520-EE轉(zhuǎn)換器完全支持自動(dòng)數(shù)據(jù)流控制

為了堅(jiān)持工業(yè)4.0的原有精神，所有機(jī)器、系統(tǒng)和設(shè)備都應(yīng)連接至同一網(wǎng)絡(luò)。可進(jìn)一步推論此想法，所有這些設(shè)備都應(yīng)由單一電源供電，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的配置和應(yīng)用。

許多安裝選擇的優(yōu)化技術(shù)是以太網(wǎng)供電（PoE）。實(shí)際上，同一條網(wǎng)絡(luò)電纜可用于網(wǎng)絡(luò)中跨設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。這個(gè)概念可以幫助減少電氣安裝的成本。在此類應(yīng)用中，帶有金屬外殼和五個(gè)訪問端口的 Antaira LNP-0500G-24 PoE交換機(jī)是不錯(cuò)的選擇。

此易于安裝的產(chǎn)品系列，為任何惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境（如自動(dòng)化生產(chǎn)線、油氣生產(chǎn)和電廠以及水/廢水處理設(shè)施）提供具有PoE功能的可靠、堅(jiān)固的以太網(wǎng)連接。

傳感器當(dāng)然是工業(yè)4.0的核心，并且越來越多的傳感器開始提供“智能”功能。但是，常規(guī)的傳感器，如何變得智能？一種方法是，將其與智能插件耦合。

使用智能插件省去了使用昂貴計(jì)時(shí)元件或輔助控制元件的必要，因?yàn)橹悄懿寮鞲衅鞲悄芰恕Ｍㄟ^連接智能插件（例如 SensoPart MF series ）（圖3），傳感器可以接管其他控制功能，作為計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器或逆變器，用于監(jiān)視頻率或接通或斷開延遲。

重要的是，為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0兼容性，通?？墒褂肞DA或筆記本電腦通過紅外接口對(duì)智能插件進(jìn)行編程。最重要的提示包括尋找可以級(jí)聯(lián)的智能插件類型，這樣就可以將計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器組合在一起。

圖3：智能插件可讓傳感器具有其他控制功能

此外，對(duì)于工廠范圍內(nèi)的通用性，應(yīng)選擇兼容所有制造商傳感器的智能插件。大多數(shù)將提供標(biāo)準(zhǔn)化的 M12 插件，并帶有用于連接 M8 插件的專用適配器電纜。為了增加插件的智能性，一些智能插件也可用作開關(guān)放大器。

面對(duì)越來越多的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手投資于工業(yè)4.0工廠架構(gòu)，很多工業(yè)工廠經(jīng)理（或許那些苦于基礎(chǔ)設(shè)施老化和/或預(yù)算日益緊張的人們）正在尋找更具成本效益的升級(jí)方法。升級(jí)改造選項(xiàng)，可以為更好的通信和優(yōu)化的制造做出重大的貢獻(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)成本和能源效益。