物联网如何将数十亿计的仪表连接起来

2015-06-03 关键字:物联网,仪表,连接 来源:中华机械网

  在工业领域想要大规模地部署物联网(IoT),有一个明显的障碍摆在眼前:在互联网协议鞭长莫及的地方,如何将数十亿计的传感器、执行机构以及其他仪表连接起来?两种创新的科技可以支持虚拟物联网连接,扩展更多的生产数据,提升生产能力,并改善与物联网相关的可靠性。
  
  连接物联网最后一米的方式包括用于离散应用的IO-Link设备通讯(由Profibus以及ProfinetInternational(PI)组织推出)以及用于过程应用通讯的HART和WirelessHART(来自于FieldComm集团——现场总线基金会HART通讯基金会合并后的组织)。两种通讯协议都可以通过基于EtherNet/IP(一种来自ODVA的以太网协议)网络将传感器与控制系统和商业级企业系统连接起来。
  
  通过EtherNet/IP获取到的仪表数据,工厂生产人员可以从中得到他们所需的实时的、可操作的信息,以用于提高运营效率和增加产量,从而让物联网的优势真正惠及制造业。
  
  适用于离散应用的IO-Link
  
  在不断进化的物联网世界里,公司希望每一个设备都可以变得更加智能。但是对于像包装或汽车制造这种使用大量传感器的离散应用场合,简单的将现存的仪表替换成基于IP的设备并不是经济有效的。IO-Link的诞生为传感器与控制系统之间的无缝数据流提供了一种经济有效的连接。
  
  已经有很多方法使传感器在各种不同的通讯协议下工作,例如Profibus或DeviceNet,他们都需要一个不同的网络来连接设备。然而,许多传感器用户们都拒绝使用这些尝试,因为它们会使支持机器运行的产品(联网的以及未联网的)数量翻倍。同时也需要学习新的协议,正如常见的情况,即便是全部传感器的一个子部分,所需要的远不止开/关这些信息。
  
  IO-Link已经成为处理这种困境的合适的妥协方案,能够以经济有效的方式访问大量的信息,并可以与现存IP网络协调运行。
  
  这种设备层面数据访问意味着工业生产不需要为了等待所有传感器具备IP访问功能而推迟他们对于智能机器的需求。IO-Link为离散应用提供了一种彻底的提高连接性能的简单解决方案,IO-Link可以使用相同的三芯电缆进行通讯,并利用目前被EtherNet/IP网络所使用的相同的软件配置,因此相对无缝的实现了传感器数据的IP化。所有安装在机器上的传感器都支持IO-Link,那些连接到IO-Link主机接口的传感器会利用诊断科技的优势。这免去了学习新协议的烦恼,并减少了传感器的额外费用。
  
  使用工厂里现有技术来访问IO-Link的功能,生产制造者只需要移除独立卡件,并安装IO-Link卡件,即上述提及的IO-Link主机。在连接到主机之前,许多具有内嵌IO-Link功能的传感器的成本和作用与生产制造商正在使用的标准的I/O传感器一样。不过将这些传感器与IO-Link主机连接起来会“唤醒”传感器的高级功能,使传感器获得IO-Link能够提供的对所有数据和配置能力的访问。这意味着用户可以灵活的选择先以标准IO的方式安装IO-Link传感器,以后根据需要激活IO-Link功能,而不需要安装昂贵的新的接线或传感器。这使得IO-Link可以成为传感器供应商和用户的一种完美的向前及向后兼容的解决方案。
  
  是否具有诊断功能
  
  “标准的”和具有IO-Link功能的传感器可以互换的灵活性为用户提供了更大的选择余地。并不是所有的机器或传感器都需要额外的诊断功能。在有IO-Link主机的情况下,用户可以选择哪些传感器启用IO-Link功能。尽管所有的机器都可以从IO-Link中获益,但是并不是所有机器都需要这样。事实上,一台机器上只有不到20%的传感器具有典型的物理损伤的风险,在这些地方采用IO-Link提供的额外诊断功能会最有效。
  
  使用IO-Link,用户可以访问从设备经过IP流向更高级别系统的新信息。这可能包括关于已经损坏或者没有运行在最佳状态的传感器的诊断信息。这样的例子是在切割机附近安装的光电传感器监控,大量的碎片可能会堆积在传感器镜头上。目前,绝大多数机器制造商不管传感器多脏,都会定期采用压缩空气吹掉传感器上的碎片。IO-Link传感器只有在必要的时候会通知控制系统启动压缩空气或派遣维护人员来清洁传感器。由于其优化了预测性维护,减少了机器停机时间、减少压缩空气使用以及相关的费用。
  
  另一个例子是想象一下接近传感器是如何检测沿着导轨移动的物体。如果机器没有对准并削掉了标准传感器的检测头,控制器不会再收到来自设备的关于产品被检测到的更新数据。然而机器会继续工作,可是操作员经常直到生产中断才会知道关键数据没有采集。可是如果那个接近传感器是具有IO-Link功能的,就会触发一个报警告诉控制系统传感器的检测头损坏。诊断功能不是直接的测量,而会提醒系统数据已经无效了。除此以外,受损的传感器可以更容易找到并迅速更换。
  
  适用于过程应用的HART
  
  通过使用HART仪表,贯穿企业的过程应用中的仪表数据已经发挥重要作用很多年了。然而,很多硬接线设备的安装比较繁琐。对于横跨数英里的类似油库或采矿生产这样的应用,硬接线设备采用点到点连接方式很困难、花费时间、费用昂贵,尤其是需要冗余配置时更加明显。
  
  地形以及环境的复杂因素要求科技可以支持更大范围的连接。WirelessHART为测量压力、温度以及过程应用中的流量提供了传感器的无线连接。
  
  WirelessHART的网关是具有IP功能的多变量,包括EtherNet/IP。与其他无线网络类似,现有的设备可以转化成WirelessHART,从而创造了耐用的设施以支持更大范围的连接以及产生巨量的新数据。
  
  WirelessHART为各种不同的应用提供了更大的灵活性,包括设备监控和诊断。例如,如果一个管道应该运送一种产品,可是它却是空的,传感器会提示操作员而不是显示一个错误的测量值。这会帮助操作员将工厂的异常状况定义成运行故障而不是维护故障。
  
  与IO-Link类似,诊断功能也不是直接的测量。在HART设备内启用的传感器可以提供设备内部的景象,其提供的设备信息可以用于预测性维护。这提高了流程的可靠性、工厂的安全性、数据的保密性以及减少维护和非计划停机的费用。
  
  HART设备也会在提供完全连接的IP网络中采用EtherNet/IP方式无缝工作。从前,设备数据仅限于控制系统使用,可是现在来自于过程设备的数据可以在整个工厂内共享,使操作员可以访问更多的有价值的数据。大量的可用数据使生产的每一个方面都得到优化,从工厂设备的故障诊断到贸易方面的库存和产能决策。如果操作员具有更多的设备知识,可以进行更多的审计和查证,这样可以增加过程的安全性和数据的保密性。
  
  工业控制系统通过网关进行IP连接(IO-Link或HART),完成了为现场设备提供连接的最后一米。这两种网络使得工业生产近乎无缝的连接到IP网络中,这样今日的工厂就为将来的工业物联网做了更好的准备。

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