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自动化的脱胎换骨术

来源:自动化 时间:2022/5/11
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数字化,正在成为工业转型的关键要素。而在工厂现场,它则是通过硬件和软件的嵌合,不动声色地带来了全新的形态。这其中,原来就和平相处的电气、自动化和软件,经由物联网和数据分析的催化,形成了一种全新的力量,从而推动了绿色智能制造的大发展。

而用户的价值观,则一手推动了自动化的进化。

自动化与电气的融合

早期的自动化,电气占了很大的比重,尤其是检测、调节控制等部分。在当时机器人和PLC用量还很少,很多场景就是电气回路,靠电芯能力来控制。

而随着PLC的诞生,也就是莫迪康Modicon的PLC诞生而开始,自动化迎来了大发展。由于电气具有简单、抗干扰强的一些独到优点,仍然保持了强劲的生命力。可以说,中低压配电与自动化系统,一开始就有着先天性的结合点,二者有着强劲的连接通道。

随着自动化进程加速,信息化也接踵而至。DCS/PLC等自动化产品,让现场人工操作大幅度减少。在完成了现场的自动化改造之后,阀门由手动开启变成了自动开启,通过人工现场测量的手工抄表改成了智能上传,信息化也同步开启了它的旅程。众多信息管理系统,小到维修工单,大到资产管理,各种流程的信息,都进行了集中性的管理。既实现了从现场数据的自动采集,而工作流程也被有效地打通,自动化与信息化的结合,大大减少了人工操作,提高了运维效率。

从传统自动化与信息化的阶段,人们的决策受限于很多的数据孤岛。电气系统、自动化往往是分开的,信息化系统也自有一套架构。这些子系统之间,很少建立联系。而在当下,工业领域正在坚定地向数字化转型发展。从某种意义而言,可以看成是一个高级的自动化。原先的自动化,更多的是把人从体力劳动中解放出来;而现在,数字化把一些脑力劳动也解放出来,让机器来实现,从而大大增加了工业智能化。

由于计算、通讯的能力都得到加强,数据开始加速流动,不同来源的异构数据,终于找到了融合点。电气、自动化、各种软件系统,都需要综合到一个高级自动化的战略平台。而其核心价值的实现,正是靠工业软件的应用。然而这种融合,并不能单纯靠外部购买,来进行组合。苹果手机优良的性能,并不在于它的硬件本身,而是因为硬件和软件,都进行了一对一的优化。这就是“数字原生态”的力量,只有从底层就开始的融合,才能产生最大效果的优化。

与此同时,过程自动化与配电管理,也正在进行深度打通。它将电气设备、自动化和软件,也就是软件、硬件都囊括在里头。

电气与自控,既可以在做好安全的控制的时候,实现能耗的优化;也可以更好地与流程模拟软件如PRO/II的融合,实现工艺最大的优化。这二者都是流程行业最为看重的效率提升的主战场。这两个现场级的融合,使得子系统需要有更强劲的连接能力和自洽关系。

电气、自动化和软件三者在一起,就像是水、面和酵母。当酵母开始发力的时候,电气与自动化的融合,形成了更大的蓬勃之势,而软件正在重塑硬件的特性。这三者比例是一个动态调整过程,但三者并非替代关系,而是兼容向上发展的深层嵌入。可以说,软件的一个重要属性,就是提升硬件的价值。每一个自动化厂商,都无法忽视这一点。如施耐德电气在完成生产整合之后,目前已经拥有大概数百种软件。这些无处不在的软件,将传统部门割裂之间的缝隙,逐一填满。数据的自由流动,改变了自动化的形状,改变了硬件特征,也改变了用户的业务效率。

硬件更加智能,为物联而生

数字化的基础是数据。数字化拼的是对数据价值的挖掘,如果数据收集上来没有分析产生洞察,来影响生产决策,那数据就是死的。而数据来源最多的地方,还是来自于设备。电气设备现在也开始走向强大的通讯功能,一个开关设备,既可以连接网线,也有USB接口,现在还可能看到无线WIFI等。底层的硬件激活,后续的自动化和信息化,将有着更大的空间。

控制系统正在发生变化。硬件纷纷武装,实现鸟枪换炮。传统的工控机或者PLC这些硬件产品的数据,都要跟物联网结合。许多数据或者以边缘计算的方式,或者上云。这使得,工控机、PLC、变频器等,都需要提供上云的接口。很多自动化系统,包括电气设备,都在追求“一键组态”。组态方式只需要调用,而无需通过通讯软件来定义接口。这使得现场调试时间,大幅度缩减。

这背后,其实是专业知识的复用。许多新兴的知识专家系统,包含了诸多决策支撑软件,直接与硬件结合在一起,离不开现场部署的工控机和边缘网关。这种以知识复用为特点的“边缘自动顾问”的形态,是传统自动化硬件最需要跟上来的一种思维。

智能制造最大的一个落脚点,就是IT与OT融合。从数据流向来看,是从OT上升到IT,再返回下沉到OT。这种流动,过去自动化也一直在发生。从表面看上去,这只是服务器和云的差别。但在本质则大为不同,一个是时效性,一个是计算性。工控机不仅仅把数据采集过来,而且要学会分析,有的用于计算分析,有的用于简单呈现。因此工控机、PLC等控制器,不仅仅是承上启下要具备智慧的功能,把正确的信息,在正确的时间、正确的地点,用正确的方式传送到正确的工位(人),同时实现感知和反馈,形成有效的闭环。

施耐德电气的ModiconMPLC体现了这种发展的方向和趋势。边缘控制这一层,它的边界或者它对上和对下的拓展的速度和宽度,很好地适用了IOT时代。MPLC对上可以通讯,直接上云;对互联互通的同级产品层,它又起到一个很好的逻辑控制与运动控制控制器的效果。

这些技术发展使得传统的对于PLC、工控机、包括一些安全模块等硬件的定位边界,随着数字化时代的到来,逐渐统一化,或者边界变得更加模糊。

而这些变化,也带动了产品设计的变化。考虑到硬件跟云的结合,以及物联网的连接通讯要求,自动化供应商在设计控制系统的时候,也开始直接与微软等云基础设施提供商进行对话,在标准层面为硬件做特殊的一些应用开发。而在之前,都是通过第三方进行交涉。这意味着,OT与IT的融合,在底层上正在追求着最彻底的融合。

而各种自动化系统、电气设备,哪怕是开关,都需要留有数据接口和必要数据处理的功能。底层,已经敞开怀抱,迎接软件的融合。

从控制系统,转向数据流

在完成了信息的采集、存储,然后信息流的打通之后,必然有一个非常强烈的需求和数据的分析。例如,对设备运维而言,或者是基于严格机理模型的运营优化策略,或者是针对工艺生产的参数结合起来,通过先进过程分析等软件使得生产效率达到一个全装置的最优。还有一种,则是目前正在走热的基于大数据分析。这三种不同的方法,都能够使得设备在出现了明显故障之前,提前介入。这比过去的生产运营方式有了一个极大的提升。这其中,数据驱动,都起到了明显的杠杆作用。

在传统的自动化和信息化架构中,存在着很多中间层的夹板。例如运营、绩效和质量管理,可以看成是制造执行系统MES的三大最基本的功能。然而,如果最底层数据,无法到达这一层,那么运营本身的计量,就会大打折扣。

数据正在成为比控制系统本身更引人注目的焦点。以前谈论软件系统或者自动化,往往都是基于一个项目。而现在数字化转型,往往都是从一个工厂甚至一个集团的视角。过去PLC或者控制系统,往往是整个项目的核心,而现在走向了以数据流驱动的业务为核心。

换言之,从大的数字化项目来说,PLC已经不再是核心,更重要的是

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