自动化

综合自动化套件解决了24/7连接问题

Edge解决方案提供数据洞察,增加正常运行时间

约翰·德特勒姆和雷米·米勒著 2021年4月12日
礼貌:西门子

数字化的进步正在为制造商提供数据洞察力和稳定的远程连接。虽然数字化和连通性用于制造商的竞争优势,但它们现在必须实现盈利能力和长寿,以及迅速不断发展的市场趋势的响应。

对于机器制造商来说,幸运的是,连接组件非常丰富,而且给机器配备智能传感器、分析仪、变频驱动器和其他智能设备比以往任何时候都容易。然而,要保持稳定的24/7远程连接还有许多挑战。

由于主要关注数据和连接性,很容易忽略系统和流程诊断等基础知识。但是这些基本的构建块为整个自动化解决方案提供了基础。通过从自动化系统的概念到实现的仔细规划,正确的硬件和软件工具可以让制造商信心满满地连接到他们的数据,提供一致的正常运行时间。

系统可靠性、连接性

为了提供对工厂数据的连续和可靠的访问,制造商必须首先确保一个稳定的自动化系统基础,而对于许多连接的机器和设备,集成往往不能以一致的方式执行。在这种情况下,可能会产生误解、操作延迟和计划外停机。

这种缺乏均匀性往往是工程和自动化标准缺陷的结果。虽然一台机器可以利用互锁检查的特定方案和标记基本故障的装置,但是另一台可以完全不同地设计。通过仔细的规划和编程,可以始终如一地在多台机器上实施警报,但这可能是挑战,特别是在稍后在其生命周期中引入变化和重新编程机时。

一旦一个可靠的自动化系统被精心构建,下一个挑战就是定义访问工厂数据的渠道,包括实时和历史数据。尽管工业物联网(IIoT)的发展使远程连接无数智能设备成为可能,但在大多数制造环境中,从设备到云的直接连接并不是最佳实践。

在一个可能有数百个智能设备的工厂环境中,直接连接会带来带宽限制和安全问题。此外,许多机器部件仍然需要中间设备对原始设备数据进行预处理,并将其转换为云友好的数据包,通信必须进行加密,以确保安全运行和保护敏感信息。

由于这些原因,大多数现代工厂维护基于pc的解决方案来收集、存储和解释历史性能数据,以优化生产。然而,这些解决方案可能很难配置,也难以支持,而且在全国或全球企业中跨多个设施管理数据还需要另一层软件监督。

诊断解决方案

为了可靠地保持跨机器的均匀性,集成自动化套件基于硬件配置自动生成系统诊断和警报方案,从而减少错误易于自定义系统诊断声明。这提供了一致的警报和读出PLC,HMI,EDGE设备,工厂工作站,WebServers和远程会话之间的警报(图1)。

图1:Siemens TIA Portal集成自动化套件跨多台机器自动生成一致的系统诊断方案,以便在出现问题时快速恢复。礼貌:西门子

图1:Siemens TIA Portal集成自动化套件跨多台机器自动生成一致的系统诊断方案,以便在出现问题时快速恢复。礼貌:西门子

由于这些诊断被自动生成而不是手动编程,因此在连接企业中自动更新系统诊断基础架构,因此在远程管理系统时增加制造商的信心。集成自动化套件还通过利用方法来简化警报管理,即用过程数据值定义警报文本定义。这使警报消息读出跨面板HMI和其他连接的可视化设备 - 例如笔记本电脑,智能手机和平板电脑。这些功能适用于所有本地和远程实时工厂可视化解决方案。

即使有强大的状态监测程序,偶尔的停机是不可避免的,但可靠和容易理解的系统和过程诊断信息可以更快地恢复。集成自动化套件提供的诊断将系统故障转换为运行时环境中的直观错误消息,快速指导操作和维护人员找出根本原因。

洞察边缘

建立在稳定自动化系统之上的是安装在工厂地板上的边缘设备,以有效利用带宽进行工厂外的安全通信,以及可靠的远程连接。工程、操作和维护人员都必须能够可视化、分析机器,并与机器交互,以保持工厂以一种有效的方式运行,并且在网络边缘统一的人机界面有助于实现这些功能。

Unified HMI提供了比标准边缘控制器的不同能力,内置应用程序用于管理边缘设备和数据,并以经济有效的方式为机器级提升到机器级别。实施后,它们用作厂房跨越数据的中央存储库,通过单个接口直接可视化和分析机器健康和性能(图2)。

图2:西门子WinCC统一舒适面板HMI充当远程连接的服务器,可配置各种应用程序和用于机器可视化和分析的仪表板。礼貌:西门子

图2:西门子WinCC统一舒适面板HMI充当远程连接的服务器,可配置各种应用程序和用于机器可视化和分析的仪表板。礼貌:西门子

除了运行内置和可扩展的边缘应用程序,制造商可以利用统一的HMI的docker引擎开发自己的应用程序。这种docker和容器基础设施从本质上整合了安全性,使开发人员能够专注于应用程序的逻辑和功能,而不是花时间构建和维护应用程序基础设施。因此,统一的HMI应用是高度可配置的,而不是可编程的,因为底层的基础设施已经经过了审查。

对于时间紧迫的机器制造商来说,很可能已经有了“一个应用程序”。可以购买本地和第三方应用程序来运行在统一的人机界面上,完成以下任务:

  • 执行先进的生产算法和计算
  • 通过多个协议从多个源连接到数据
  • 可视化数据
  • 自动化工作流程
  • 库存管理
  • 用数字双胞胎模拟生产
  • 分析机器和驱动健康状况,并进行预测性维护
  • 分析性能并创造见解
  • 创建通知管道和发送警报。

此外,统一的人机界面是数据收集、分析、存储和转发的存储库。有了正确的应用程序,用户可以连接到自动化控制器、驱动器、启用OPC ua的设备和其他边缘设备(图3)。使用MQTT协议,这些设备可以高效地将数据发布到云上,同时消耗最少的网络资源,从而实现高效的远程访问和分析。

图3:正确的工业应用程序——如siemens提供的这些——简化了云和工厂设备之间的连接。礼貌:西门子

图3:正确的工业应用程序——如siemens提供的这些——简化了云和工厂设备之间的连接。礼貌:西门子

由于其多语言特性,统一的人机界面在建立关键性能指标和测量多台机器的实际生产输出方面表现良好。在许多应用中,统一的HMI还消除了对pc的需求,因为它们可以在其工业加固的HMI外壳中执行pc执行的许多IT功能,而且成本更低,占地面积更小。

增加了另一个IT特性,统一的HMIs包含了企业管理。机器制造商和制造商可以通过独立于HMI自动化项目文件的基于web的界面集中管理设备和应用程序。这可以在任何能够承载网页浏览器的设备上实现,比如笔记本电脑、智能手机或平板电脑。

结果

一家领先的横切锯原始设备制造商(OEM)通过对西门子TIA Portal集成自动化套件进行标准化,显著改善了其生产自动化系统,并增强了其全球客户服务。通过使用TIA Portal的自动系统诊断和警报生成,驻留在硬件配置工具中,OEM能够将其编程时间减少30%。该锯制造商现在为其终端用户客户提供深入的故障排除,可从HMI访问。

使用集成系统诊断视图,OEM的客户能够自助服务许多问题,当问题升级到OEM时,HMI的系统报警条件的清晰显示会更快地解决问题。结果对最终用户的停机时间较少,对OEM的支持较少。
对于一个工业加热器制造商来说,努力跟上利益相关者不断增长的需求,实现西门子WinCC统一HMI软件和面板使其能够为用户提供更大的功能和性能。该平台还授权制造商开发自己的应用程序,用于机器和性能分析,以及维护支持。HMI的docker确保了应用的安全性,并节省了开发时间,因为预构建的容器基础设施允许将精力放在应用的功能上。

使用统一的HMIS“远程管理功能,当时每当释放新版本(图4)时,机器构建器就可以远程将更新推送到世界各地的机器(图4),与PC上的智能手机或修补程序上的应用更新相媲美。

图4:使用西门子WinCC Unified HMI软件和面板,一个机器制造商现在远程推送更新到世界各地的机器,每当他们发布一个新版本。礼貌:西门子

图4:使用西门子WinCC Unified HMI软件和面板,一个机器制造商现在远程推送更新到世界各地的机器,每当他们发布一个新版本。礼貌:西门子

Unified hmi对MQTT协议的本机支持使云连接成为可能,而OPC UA协议支持使用户能够将他们的新机器与设施中的其他机器以及智能设备连接起来。

专注于优化

随着行业变得更加敏捷和地理上更加分散,机器制造商需要随时访问数据。与此同时,客户和企业的期望越来越高,要求制造商通过实施远程连接解决方案来保持一致的正常运行时间。

现代集成自动化套件减轻了制造商管理诊断和警报的负担,使他们能够专注于工厂和数据连接解决方案。配合一个强大的基于边缘的软件和硬件系统,制造商可以把更多的注意力放在通过数据洞察来完善机器的功能,而不用担心机器停机和生产损失。

安装在自动化边缘的统一人机界面有效地将用户与他们的数据连接起来,同时将OT工厂数据与工作流和IT工具连接起来,在大多数应用中逐步消除了对工厂地面pc的需求。这些统一的人机界面使机器制造商能够:

  • 从任何地方连接他们的数据
  • 将机器性能数据直接与业务流程工作流集成在一起
  • 部署开箱即用或定制的应用程序与数据进行交互。

随着24/7连接的成熟,制造商正依赖边缘设备进一步扩展业务,支持越来越广泛的云和工厂通信协议。通过工业物联网,这些进步将改善机器性能,减少停机时间,为机器制造商和燃料连接企业带来更大的利润。


约翰·德特勒姆和雷米·米勒
作者简介:John Detellem是美国西门子行业的TIA Portal产品营销经理。他在30年前担任自己的职业生涯,是汽车行业的自动化项目工程师/项目经理,主要是克莱斯勒和宝马的领先项目,主要基于Allen-Bradley PLC5 / CLX PLC。约翰一直曾与西门子有14年。他拥有爱荷华大学的BSEE。Ramey Miller是美国西门子行业的HMI / Edge产品营销经理。他拥有普渡大学计算机与电气工程学士学位。Ramey拥有超过15年的工业自动化体验,并已与西门子有四年。