“工业 4.0”正在通过计算机和自动化技术来改造工厂

工业物联网(IIoT)是工业4.0的基础,通过将传感器数据发送到云端并输送给机器学习算法,制造商能够立即检测过程问题,而不必等到后续阶段才发现问题,以此避免返工和现场发生故障带来重大金钱损失。

“工业 4.0”正在通过计算机和自动化技术来改造工厂。科技巨头IBM表示,数字技术正在促进生产流程改进的自身优化,并且推动工业领域到达前所未有的高效率和高响应水平。

因此,工厂管理者迫切地实施工业4.0准则也不足为奇。但许多人面临的问题是,他们的生产设施配备了有线传感器网络,虽然可靠、经济且安全,但是难以轻松连接到IIoT。

从有线连接到无线连接
现有一款合适的解决方案。位于美国宾夕法尼亚州州立大学的 TZero 公司提供了IIoT网关产品MachineMailbox,它是基于Nordic的nRF9160低功耗系统级封装(SiP)产品的蜂窝物联网解决方案,可为有线传感器网络带来云连接功能。这个网关通过有线全双工RS485数据端口连接到外部传感器。RS485在工业系统方面的安装使用很广泛,该端口平衡性好、据有先天的抗噪性能,并且在长电缆距离上具有很好的稳健性。

MachineMailbox为核心系统带来了无线连接功能,这些系统的大型旧式已安装基础设备是重大的资本投资。此外,MachineMailbox还为网络接入有困难的地点(例如制造设备、机器人或化工厂监控)带来了连接性。这款专用网关解决方案通过 LTE-M 或 NB-IoT 蜂窝网络将IIoT系统连接到云端。

TZero选择使用蜂窝物联网而不是Wi-Fi等其他无线协议,原因在于工业服务必须提供高度可靠的无线连接。该公司表示,使用蜂窝网络连接能够提供开箱即用、安全性高且易于部署的连接解决方案。

MachineMailbox使用的nRF9160 SiP除了提供LTE-M/NB-IoT连接外, 其64MHz Arm Cortex-M33 处理器具有 1MB 闪存和 256kB RAM,可以分析和处理原始传感器数据,确定哪些数据需要转发到云端。这有助于保持低功耗、增强安全性并降低数据成本。

精确了解情况
通过结合蜂窝连接和云计算,TZero的IIoT 网关解决方案的用户可以快速准确地了解工业过程中发生的情况。例如,在啤酒厂环境中时间和控制是至关重要的,而传统上测量是手动进行的。现在啤酒厂可以部署MachineMailbox来进行自动化的发酵监测。通过TZero网关聚合和处理来自有线传感器网络的数据,并发送到云端。酿酒商使用来自云服务器的反馈信息,能够帮助改进流程以获得完美的最终酒品。

MachineMailbox可以用作从传感器接收数据的“接收器(sink)”而添加到工业网络中,还可以查询任何连接的外围设备。例如,一旦连接完成,网关就可以配置为 Modbus设备,从而提供外部控制器可以读取或写入的大量保持寄存器。而后可以将寄存器的内容同步传输到云服务器。进入云端之后,用户的应用程序就可以访问寄存器以允许远程可见性。通过这样的系统,几乎任何可编程逻辑控制器(PLC)或工业控制器都可以使用常见的协议或数据模型来实现云连接。

TZero 表示,MachineMailbox可将任何产品“零配置”地转换为一种连接好的基于IIoT传感器/机器模型的解决方案,这项功能不仅可以帮助工业客户进行生产过程优化,还可以帮助实施设备诊断和预测性维护。

拥有旧式有线工厂系统的制造企业无需等待昂贵的工厂升级,即可享用工业4.0的优势。在MachineMailbox等产品的帮助下,他们可以将工厂车间连接到云端并充分利用机器学习的功能,以相对低廉的成本快速改造装配生产操作。