智能傳感器——實(shí)施工業(yè)4.0的驅(qū)動(dòng)力

在幫助生產(chǎn)制造商實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的目標(biāo)方面，智能傳感器發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

在工業(yè)4.0時(shí)代之前，為系統(tǒng)增加新的傳感器需要將其直接連接到控制器，通常只能為工程師提供基本的模擬和二進(jìn)制信號(hào)。

“可全球使用的通信標(biāo)準(zhǔn)IO-Link解決了這些限制，”ifm集團(tuán)首席技術(shù)官Benno Kathan表示，“IO-Link技術(shù)可使傳感器以數(shù)字方式額外提供有價(jià)值的狀態(tài)數(shù)據(jù)，無(wú)干擾且成本更低?！?/p>

以用于測(cè)量過(guò)程的壓力、流量或液位傳感器為例?，F(xiàn)在，除了基本的測(cè)量，這些傳感器還可以使用傳感器的自診斷功能提供溫度、設(shè)備數(shù)據(jù)和事件。更好地了解設(shè)備和過(guò)程，在幫助提高系統(tǒng)性能和可用性方面發(fā)揮著重要作用。

經(jīng)適當(dāng)配置的IO-Link傳感器，可以提供最佳的過(guò)程信息。例如，在傳感器中記錄的事件觸發(fā)原始數(shù)據(jù)（BLOB），通過(guò)IO-Link轉(zhuǎn)發(fā)以進(jìn)行深入分析，然后利用這些數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行振動(dòng)診斷。易于改造的無(wú)線(xiàn)解決方案（也可以在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中自主工作）對(duì)于優(yōu)化現(xiàn)有系統(tǒng)也很重要。

“為了讓這些優(yōu)勢(shì)對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是可控的和實(shí)用的，將智能傳感器視為智能整體系統(tǒng)的一部分，比以往任何時(shí)候都更重要?！盞athan說(shuō)。不同的行業(yè)需求，要求在橫向和縱向集成方面具有高度的靈活性?，F(xiàn)代IO-Link傳感器和IO-Link主機(jī)的Y路徑有助于實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。像通常一樣，一條信號(hào)路徑通向控制器，設(shè)置后通常不會(huì)更改。Y的第二條路徑可靈活用于所有工業(yè)4.0組件，并可集成到現(xiàn)代軟件應(yīng)用中。通過(guò)預(yù)測(cè)性維護(hù)、能源監(jiān)測(cè)、性能指標(biāo)、云連接等，可以毫不費(fèi)力地提高效率，并與傳統(tǒng)控制無(wú)縫銜接。

現(xiàn)在的傳感解決方案提供商，需要能提供完整的硬件、軟件和服務(wù)組合，以便以簡(jiǎn)單且面向應(yīng)用的方式，將智能傳感器數(shù)據(jù)從設(shè)備傳輸?shù)侥繕?biāo)系統(tǒng)。例如，ifm提供了一個(gè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）平臺(tái)，它涵蓋了從傳感器參數(shù)設(shè)置、設(shè)備管理到數(shù)據(jù)分析和處理的所有領(lǐng)域，這樣就更易于管理現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜性。Kathan說(shuō)：“由于沒(méi)有數(shù)據(jù)流的代碼配置向?qū)Ш蛨D形建模工具，因此不需要深入的用戶(hù)知識(shí)?！?/p>

01

智能傳感器-機(jī)器數(shù)據(jù)的窗口

在解釋是什么使得傳感器成為“智能傳感器”時(shí)，SICK英國(guó)高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理Seb Strutt表示，硬件和軟件方面的技術(shù)進(jìn)步，使先進(jìn)的智能能夠嵌入傳感器。智能傳感器的應(yīng)用已經(jīng)很成熟，其內(nèi)置的處理能力正在使更復(fù)雜的生產(chǎn)任務(wù)能夠在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行，同時(shí)減輕設(shè)備控制器處理原始數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)。智能傳感器也為設(shè)備核心的數(shù)據(jù)打開(kāi)了一扇窗。

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)代，傳感器已成為智能工具，可以幫助管理工程和業(yè)務(wù)過(guò)程。Strutt說(shuō)：“每個(gè)傳感器都會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)就是原始材料，工程師的任務(wù)就是解釋這些數(shù)據(jù)并使用它來(lái)增加業(yè)務(wù)價(jià)值?？蛻?hù)不再只是簡(jiǎn)單地要求我們幫助解決經(jīng)典的自動(dòng)化問(wèn)題。他們還想知道如何充分利用所有這些數(shù)據(jù)，以及如何充分利用這些數(shù)據(jù)，使產(chǎn)品、設(shè)備或過(guò)程更可用、更具響應(yīng)性，并最終實(shí)現(xiàn)更高的利潤(rùn)?！惫I(yè)4.0的愿景是使機(jī)器上所有的設(shè)備信息隨時(shí)透明可用，以監(jiān)控所有資產(chǎn)的數(shù)字表示，并使用實(shí)時(shí)虛擬環(huán)境操作和控制所有數(shù)據(jù)。

在很多情況下，對(duì)這些數(shù)據(jù)的干預(yù)都不需要對(duì)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行任何改變，也不會(huì)干擾現(xiàn)有的設(shè)備和控制。Strutt說(shuō)：“只需安裝傳感器，IIoT網(wǎng)關(guān)就可以將數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸?shù)交谠频能浖脚_(tái)或更高級(jí)別的管理系統(tǒng)，在那里，任何設(shè)備都可以輕松實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可視化。實(shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)，并可以做出預(yù)測(cè)。當(dāng)然，傳感器生成的數(shù)據(jù)會(huì)因應(yīng)用而異。這樣做的商業(yè)價(jià)值，可能是更好地預(yù)測(cè)客戶(hù)需求或供應(yīng)鏈需求，為更高效的生產(chǎn)過(guò)程提供信息，或最終使運(yùn)營(yíng)更靈活和適應(yīng)性更強(qiáng)?！?/p>

Strutt舉例說(shuō)明了智能傳感器技術(shù)的好處，一位客戶(hù)希望了解壓縮空氣是否泄漏、在何處泄露以及泄漏的程度，壓縮空氣的泄露會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施的能源成本浪費(fèi)。如果沒(méi)有頻繁、昂貴的外部評(píng)估，如何識(shí)別和防止能源損失？

SICK在客戶(hù)工廠周?chē)年P(guān)鍵點(diǎn)部署了智能流量計(jì)，并配備了數(shù)據(jù)采集器網(wǎng)關(guān)，以收集和預(yù)處理所需數(shù)據(jù)。使用專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的監(jiān)控應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行可視化，該應(yīng)用使用易于使用和解釋的圖形，顯示一系列關(guān)鍵參數(shù)和趨勢(shì)。該系統(tǒng)提供壓縮空氣的連續(xù)實(shí)時(shí)能量監(jiān)測(cè)，并能夠設(shè)置預(yù)設(shè)提示、報(bào)警和維護(hù)建議。因此，可以實(shí)時(shí)調(diào)整多臺(tái)壓縮機(jī)的峰值負(fù)載，以最大限度地減少能源需求，并且可以提高過(guò)程和設(shè)備的啟動(dòng)和停機(jī)管理效率。

02

更多的連接和交互

根據(jù)霍尼韋爾互聯(lián)工業(yè)首席產(chǎn)品官Anand Vishnubhotla的說(shuō)法，智能設(shè)備是工業(yè)4.0背后最重要的驅(qū)動(dòng)因素之一，如果設(shè)備能夠與其它智能設(shè)備和用戶(hù)進(jìn)行連接或交互，它們通常會(huì)變得更智能。他說(shuō)：“兩個(gè)因素使它們變得智能——嵌入智能傳感器以收集和共享輸入，以及連接到其它設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的能力。”

智能傳感器通常能夠測(cè)量壓力、趨近、熱、光、容量、平衡或速度等屬性。這些傳感器可能包括用于分析壓力的變送器、用于記錄光線(xiàn)的熱讀取器、用于測(cè)量熱量的溫度計(jì)，以及用于分析趨近度、平衡度和速度的加速計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)。它們通常可以通過(guò)藍(lán)牙、NFC、Wi-Fi、LiFi或5G等無(wú)線(xiàn)協(xié)議，將信號(hào)傳輸?shù)骄哂兄悄苓B接的其它設(shè)備。還可以與云計(jì)算系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)更快速和更強(qiáng)大的處理。

對(duì)于工業(yè)部門(mén)來(lái)說(shuō)，智能傳感器和設(shè)備是IIoT的關(guān)鍵要素。通常情況下，工業(yè)場(chǎng)所涉及制造或加工設(shè)施，它們會(huì)將智能傳感器作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一部分。Vishnubhota表示：“它們不僅能夠從工業(yè)過(guò)程中收集信息，還能夠處理這些數(shù)據(jù)，并使用設(shè)備學(xué)習(xí)算法做出決策。智能傳感器可以監(jiān)控過(guò)程，甚至通過(guò)對(duì)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的自動(dòng)化，以確保最佳輸出、質(zhì)量和安全目標(biāo)。例如，它們可以監(jiān)控壓力以確保管道不會(huì)泄漏，或者調(diào)節(jié)溫度以確保設(shè)備不會(huì)過(guò)熱。”

03

充分利用智能設(shè)備

智能設(shè)備概念并不新鮮，尤其是近年來(lái)在制造業(yè)中激增的智能設(shè)備。如今，IIoT正在改變公司創(chuàng)建、制造和支持產(chǎn)品的方式。FDT集團(tuán)董事總經(jīng)理Steve Biegacki表示：“運(yùn)營(yíng)人員需要從設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程中獲得更多信息，以做出更好的實(shí)時(shí)決策，確保設(shè)備在可接受的參數(shù)范圍內(nèi)工作，預(yù)測(cè)其潛在停機(jī)時(shí)間并提高效率。”

Biegacki解釋說(shuō)，工業(yè)智能設(shè)備是智能設(shè)備的基本組件，是采集運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。工廠車(chē)間可以由來(lái)自不同供應(yīng)商的數(shù)千臺(tái)智能設(shè)備組成。FDT是一種通用集成標(biāo)準(zhǔn)，可以將所有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫集成到一個(gè)項(xiàng)目視圖中，從而允許設(shè)備進(jìn)行連接和通信。FDT是一種廣泛的嵌入式系統(tǒng)和設(shè)備軟件解決方案，提供單一用戶(hù)界面，支持現(xiàn)場(chǎng)/撬裝到云的集成、配置和監(jiān)控。

基于FDT 3.0標(biāo)準(zhǔn)的FDT統(tǒng)一平臺(tái)（UE），支持以數(shù)據(jù)為中心的分布式環(huán)境，具有通用設(shè)備集成的統(tǒng)一接口。通過(guò)FDT 3.0設(shè)備類(lèi)型管理器（DTM）提供的智能設(shè)備豐富而可靠的數(shù)據(jù)，可幫助用戶(hù)受益于數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)的好處，包括更有效和高效的預(yù)測(cè)性維護(hù)和帶有NE 107狀態(tài)符號(hào)的智能監(jiān)控，以及基于設(shè)備和過(guò)程分析的增強(qiáng)決策能力。

根據(jù)Biegacki的說(shuō)法，統(tǒng)一的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為過(guò)程離散和混合應(yīng)用中的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)開(kāi)啟了通用設(shè)備集成的大門(mén)。FDT實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）和信息技術(shù)（IT）的強(qiáng)力融合，消除了效率低下以及互操作的障礙。智能設(shè)備改善了隨時(shí)隨地管理運(yùn)行的能力。與這些智能設(shè)備一樣，F(xiàn)DT的移動(dòng)性創(chuàng)建了更安全的智能設(shè)備，改善了工廠工人的工作流程，并提高了維護(hù)效率。

審核編輯 ：李倩