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 (IPCs)从边缘向上实施实用的分析举措,而不是从企业向下。

由Silvia Gonzalez. 2021年6月3日
礼貌:艾默生

无论制造商在单个地点运行几台自动化机器,还是在多个地点运行一批设备,都需要更好的可见性、数据和分析。没有源数据,也没有分析数据的方法,这些公司大多是基于经验运作的。

由于许多原因,制造商可能会对开始起基本的分析努力令人满意。他们的核心系统已经运营,可能没有明确了解潜在的回报。在获得任何类型的有意义的分析所需的硬件,软件和集成中,也可以很好地关注。

然而,这些公司可能会惊讶地发现,他们可以从小处着手构建分析,而不是在企业中投入大量精力。工业物联网(IIoT)通过在边缘收集许多来源的小数据,并在必要时将其处理成大数据,从而创造出有价值和可操作的信息。边缘计算的硬件和软件正在使这成为可能。

分析:自下而上而不是自上而下

许多制造商可能理解分析计划是企业范围内的努力,在大规模制造执行系统(MES)领域。这些公司可能会关心这种类型的大型信息技术(IT)类型项目所需的资源、时间和成本,特别是当他们的技能集和重点可能更多地面向工厂级操作技术(OT)时。

还有另一种选择,由现代边缘控制器、工业pc (ipc)和以ot为重点的软件套件支持。终端用户、系统集成商和所有类型的原始设备制造商都可以从机器的边缘自下而上地构建实用的分析系统,而不是从企业自上而下地构建。Edge分析可以提供即时的回报,例如交付整体设备效率(OEE)指标,而且它们还可以提供更深层次的分析,并具有向企业扩展的能力。

知道这台机器

将计算能力从企业转移到边缘有很多意义,原因有很多。大多数最相关的数据都可以在机器本身上获得,尽管该地区的智能传感器和其他外部系统也可以被纳入。虽然可以将数百或数千个高保真数据点传输和存储到企业级,以便最终进行分析,但这可能代价昂贵,而且往往不切实际。

这是因为当传统自动化系统用于此角色时,每个新的传感点信号都必须手动配置上下文和工程单元,并通过多个通信链路和系统映射到企业级。重要的信号在传输过程中会失去时效性,而不重要的信号会消耗带宽和存储。

对于最敏感的结果,重要的指标如下,在边缘最佳地处理,其中数据源自(图1):

  • OEE(可用性,性能和质量)
  • 运行时间
  • 吞吐量和废
  • 能源消耗
  • 机器状态。

用户可以直接访问原始数据和结果计算,并将整合结果传输到云以实现最终的更高级别分析。以这种方式,边缘处理是理解每台机器的理想选择,这是一个高价值的初始步骤,然后将分析扩展到设备的生产线或舰队。

图1:emerson的Pro.Lean分析软件可以在边缘计算平台上运行,在那里它具有最敏感的高保真数据访问,可以在运营商可以访问和行动的情况下产生洞察力。礼貌:艾默生

图1:emerson的Pro.Lean分析软件可以在边缘计算平台上运行,在那里它具有最敏感的高保真数据访问,可以在运营商可以访问和行动的情况下产生洞察力。礼貌:艾默生

由于终端用户经常操作许多机器,通常分布在多个站点,任何机器级工业物联网解决方案必须可扩展到工厂,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(hmi)当然可以执行一些边缘计算和更高层次的通信,但它们更专注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是两个可接近的平台,帮助用户将工业物联网和边缘分析构建到新机器或将它们添加到现有操作中。边缘控制器包括PLC功能,但它们还提供了第二个独立但集成的车载操作系统,能够执行高级可视化、分析和通信任务。

ipc是完全独立的计算机,也可以执行这些任务。这两种边缘计算平台都是专门设计用来承受高温和振动环境的,它们将被安装在机器和工厂的边缘控制柜中。

边缘控制器和ipc与标准plc和人机界面的区别在于它们运行软件应用程序和套件的能力,以扮演以下一个或多个角色(图2):

  • IIT数据连接到控制器,智能传感器和状态监测设备
  • 到其他对等系统或更高级别系统的通信网关
  • 可视化和仪表板的机器状态和分析
  • OEE和能源可持续性的分析计算。

无论最终用户是制造机器的原始设备制造商(OEM),还是在运营工厂添加工业物联网的技术人员,正确的可视化和分析软件将加快他们的工作。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,以减少时间和实现成本。该软件应该适合以本地每台机器为基础的小型启动,但它还必须提供更高级的分析,并且可以从这个粒度级别扩展到工厂级别,然后是企业级别。

图2:标准PLC和HMIS具有工业自动化的角色,但艾默生的软件平台和边缘控制器和IPC等更全面的平台可以提供完整的可视化,通信,IIOR和分析解决方案。礼貌:艾默生

图2:标准PLC和HMIS具有工业自动化的角色,但艾默生的软件平台和边缘控制器和IPC等更全面的平台可以提供完整的可视化,通信,IIOR和分析解决方案。礼貌:艾默生

IIoT-enabled机器

大多数HMI软件包连接到一个或多个类型的plc,但更先进的版本可以连接到其他边缘定位传感器使用协议,如以太网/IP, Modbus TCP和OPC UA。具备iiot能力的HMI软件也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补充软件包,以提供工厂级分析和能源效率评估。这就是为什么集成平台提供工业物联网、本地HMI、分布式HMI、监控和数据采集(SCADA)以及分析是实现可伸缩性的最佳方法的原因(图3)。

图3:最终用户通常发现,最有效的方法是依赖于运行在来自单一供应商的各种控制器和ipc上的软件解决方案的集成组合。礼貌:艾默生

图3:最终用户通常发现,最有效的方法是依赖于运行在来自单一供应商的各种控制器和ipc上的软件解决方案的集成组合。礼貌:艾默生

连接,通信,可视化和分析软件可单独使用,也可以在套件中提供,有时可预装Edge控制器和IPC。通过正确的硬件,HMI软件和分析软件到位,任何机器都可以启用IIT启用。

应用边缘计算

涉及工业包装和容器的公司以及各种特种产品组合的制造商,有利于在其设施中实施OEE。边缘计算解决方案允许它们通过实时监测生产流量并计算OEE,而不会停止生产,以优化其整体生产率。

这些用户依赖于配置向导,使他们能够在几分钟内创建项目来计算关键性能指标(kpi)、OEE和停机时间。向导是提供一步一步过程的工具,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。操作人员使用仪表盘来可视化生产、配方、机器信息、生产的单元数、总运行时间和停机时间,以及估算与实际周期时间的对比。这些信息保存在数据库中,可以创建详细的报告。这些结果给生产线操作员和管理者带来了巨大的优势,他们专注于实现既定的绩效目标。

一些公司决定将分析保持在本地,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提供信息,以便与其他数据集合并或在车队层面进行分析。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。

从边缘到企业的机器

工业分析可能看起来很深奥,许多公司可能认为,它们无法立即实现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。

新一代的边缘计算硬件、网络、协议和软件改变了这种思维过程。具有深厚OT经验的供应商已经引入了足够坚韧的边缘控制器和ipc,以承受工厂地板和机器环境。有线和无线以太网结合OPC UA和MQTT等通信协议,允许用户访问任何边缘位置的数据源,并将信息发送到更高级别的系统。

这些必要性让用户在机器,生产线,制造和设施级别收集许多数据集。通过可用的右源数据,用户可以使用专门用于从单机扩展到企业的OT-聚焦的HMI和分析软件。这种方法是最终用户以启用IIOR的计算机启动的现实方式,因为它们构建到企业范围的信息智能系统。


西尔维亚冈萨雷斯
作者简介:Silvia Gonzalez是艾默生机械自动化解决方案业务的解决方案开发领导者。她负责创建、开发和推动面向解决方案的方法,将最终用户的挑战转化为改进的运营性能。Silvia拥有墨西哥拉萨尔大学的电气/电子工程学士学位,并获得麻省理工学院的数字商业战略证书,总部位于德克萨斯州休斯顿。