工業互聯網

工業互聯網發展駛入“快車道”,關鍵技術創新如何推動產線智能化升級?

2025China.cn   2021年03月18日

  近日,工業和信息化部官網發布的《工業互聯網創新發展行動計劃(2021-2023年)》)指出,未來三年將是我國工業互聯網的快速成長期,工信部將著力解決工業互聯網發展中的深層次難點、痛點問題,推動產業數字化,帶動數字產業化。工業互聯網融合應用不同于互聯網創新應用,工業互聯網的主戰場在實體經濟,面向工業、立足工業、服務工業。本文以ADI行業領先的產品與技術解決方案為例,闡述如何突出工業互聯網的核心優勢,促進制造業向數據驅動型創新體系和發展模式轉變,持續拓展產業發展新空間,推動工業互聯網應用創新。

軟硬件賦能,工業互聯網創新應用持續深化

  開展工業互聯網基礎軟硬件研發,推動新一代信息技術與工業互聯網的融合技術研究,強化對工業裝備、工業控制系統、工業軟件的帶動提升,將進一步壯大工業互聯網的技術產業創新生態、拓展創新發展新空間。其中,數字化產品需要更為廣泛的普及,工業5G芯片/模組/網關、智能傳感器、邊緣計算芯片等新型數字化元器件隨著技術成熟度的不斷提升,將帶動設備、產線智能改造成本持續下降,可視化、低代碼開發工具不斷優化,工業軟件開發運用難度也將逐漸降低,工業互聯網系統解決方案供應商方案輸出能力得到有力深化,覆蓋領域持續拓展,生產各環節數字化水平不斷提升。

  在工業互聯聯網的過程中,基于狀態的監控(CbM)是一種越來越重要的策略并有可能最先落地實踐,隨著使用Python和MATLAB的開源開發平臺的出現,CbM的應用也越來越廣泛。ADI最近發布了一個新的硬件開發工具包CN0549,用于以振動為中心的基于狀態的監測。該套件能夠與現有的硬件處理器接口,包括與Arduino外形尺寸兼容的FPGA和基于微控制器的單元兼容,因此具有較好的設計可移植性。

  作為一個由三部分組成的工具包,CN0549為硬件設計師、軟件工程師和算法開發人員提供了一個部署基于振動狀態監測的快速開發平臺,該工具包提供了所需的HDL和軟件,并具有開源許可,允許通過ADI的傳感器工具箱和pyadi iio將數據遷移到MATLAB和Python。

CN0549硬件平臺示例連接到DE10Nano,SMA接口連接到MEMS傳感器

  基于IEPE接口,CN0549 CBM平臺采用的振動傳感器技術采用2線制標準,由電流源驅動,確定的參考電壓通常在10 V和30 V之間。來自傳感器的信號被施加在參考電壓上,對信號進行調制,這種調制信號提供了時域和頻域的實時數據,可以利用信號處理技術來開發相干數據算法。確保數據完整性的一個關鍵因素是將MEMS傳感器連接起來以監控設備。ADI專門設計了一個安裝板來解決這個問題,允許傳感器和被監測設備之間有一個可重復的接口。

CN0549系統的簡化框圖,顯示了與24位AD7768-1精密ADC接口的IEPEADXL1002 MEMS傳感器。

  振動監測只是預防性維護狀態監測策略中應用的一種方法,物聯網傳感器技術和工業自動化的普及還將意味著人類的體力勞動更少,在系統監控和管理方面需要不斷發展的技能。制造商則需要更靈活的系統來快速輕松地適應不斷變化的要求,而不能再依賴為批量市場產品和可預測需求設計的固定的大規模系統。ADI新推出的AD74412R和AD74413R具有可重構的模塊通道,可以快速、輕松地實現遠程設計靈活的控制系統,同時無需進行大規模的重新布線。這極大地提高了制造商和工業運營商的實現速度和靈活性,并使其能夠在不大量增加成本和停機時間的情況下進行更改。

部署更為高速可靠的工業互聯網通信網絡

  此外,在工業互聯網新一輪的快速發展周期內,企業產線建設的升級優化,扁平化、柔性化、有線無線互補并進的趨勢更加明朗,工業現場總線向工業以太網方向演進,時間敏感網絡(TSN)、確定性網絡、邊緣計算等技術加速發展。工業互聯網的優勢是能夠充分利用傳感器采集的不斷增加的數據做出更好的決策,而在整個工業自動化系統中,能否及時獲取和傳輸數據取決于網絡連接。因此,為應對日益增長的數據量,網絡技術以及制造工藝流程和方法都必須不斷改進。智能、互聯的自動化環境需要數字連接控制系統、工業設備、產線機器人等,以創建和共享信息。這些機器采用的通信方式以及部署的工廠通信網絡是企業的核心,也是推動實現工業互聯網的關鍵。

  可以預見,未來的工業互聯網應用必須支持各種常見的網絡拓撲,如PROFINET、EtherNet/IP?、EtherCAT?、POWERLINK?等常用工業以太網協議,以及線狀和環狀拓撲和星形拓撲。ADI打造的fido5000系列產品是具有兩個以太網端口的實時以太網、多協議 (REM) 交換芯片,是可編程的 IEEE 802.3 10 Mbps/100 Mbps 以太網互聯網協議版本 6 (IPv6) 和互聯網協議版本 4 (IPv4) 交換機,可虛擬支持任意 2 層或 3 層協議。另外,它可以連接任何主機處理器,這讓開發人員可以使用自己的處理器和他們首選的開發環境。

  值得一提的是,fido5000還支持時間敏感型網絡 (TSN),未來基于TSN的工業以太網應用的需求將能夠滿足運動控制或安全等應用非常苛刻的實時要求。在工業環境中,即使一毫秒的通信延遲也可能會對制造商的產品質量、吞吐量和效率產生負面、成本高昂的影響。而ADI推出的新型Chronous?系列工業以太網解決方案ADIN1300,進一步致力于解決部署具有低延遲和較小封裝尺寸的工業以太網連接方面的重要挑戰,以確保實時可靠的工業通信,從而縮短工業以太網網絡周期時間。這是一款工業以太網物理層(PHY)產品,以幫助制造商應對關鍵的工業4.0和智能工廠在通信上的挑戰,包括數據集成、同步、終端連接和系統互操作性。

本文小結

  我國工業互聯網在歷經三年起步期后,已經打下了良好的發展基礎。“十四五”時期,將是工業互聯網立足我國制造業轉型升級內生動力,發揮5G、互聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術引領作用,實現并跑領跑的關鍵階段。ADI專注于工業互聯網領域產品研發與技術創新突破,能夠為工業客戶提供在感知、測量、解讀、通信、網絡安全和邊緣計算等各個環節中的產品和解決方案,與行業一起探索更快實現工業 4.0 的途徑。

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世強
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