【導讀】隨著設備制造商希望通過實時監(jiān)控設備來提高資產(chǎn)利用率、延長設備的使用壽命,以及通過采用預測性維護技術來降低維護成本和設備停機時間,從而提高設備的吞吐量,狀態(tài)監(jiān)控應用變得越來越重要。狀態(tài)監(jiān)控也被用于提升制造質量和制造工廠的安全性。
鑒于計劃外停機的成本可能占總制造成本的近四分之一,所以采用預測性維護有望大幅節(jié)省成本并提高生產(chǎn)力。關注狀態(tài)監(jiān)控的工業(yè)市場報告顯示,這個市場的復合年均增長率預計在25%至40%之間,主要受兩大增長領域推動。第一,是增加智能傳感器的部署數(shù)量,用于監(jiān)測資產(chǎn)的運行狀況;第二,是加大人工智能和高級分析的使用,將資產(chǎn)運行狀況數(shù)據(jù)轉化為可執(zhí)行的見解,以部署預測性維護功能,創(chuàng)造以服務為基礎的新型預測性維護業(yè)務模式機遇。新型狀態(tài)監(jiān)控的部署增長涉及各種行業(yè),包括水和廢水處理、制造、食品和飲料、制藥、金屬和采礦、能源、石油和天然氣裝置等。在這些行業(yè)中,狀態(tài)監(jiān)控應用不再局限于傳統(tǒng)的旋轉設備應用(泵、壓縮機和風機),而是擴展到適合CNC機床、機床、編碼器、傳送帶、機器人和儀器儀表等新應用。要使狀態(tài)監(jiān)控應用不斷得到發(fā)展,需要解決的一個關鍵挑戰(zhàn)是,實現(xiàn)智能傳感器與更高級別的管理系統(tǒng)之間的連接,后者根據(jù)從被監(jiān)控的資產(chǎn)獲取的信息實施操作。
圖1:狀態(tài)監(jiān)控應用
截止目前,狀態(tài)監(jiān)控應用一直使用有線或無線連接解決方案,具體由終端應用要求決定。無線連接解決方案在部署方面存在優(yōu)勢,但帶寬和/或電池壽命通常受到限制。有線連接解決方案有時受到數(shù)據(jù)帶寬限制,在惡劣的工業(yè)環(huán)境下無法支持長距離傳輸,且通常需要采用單獨的電源線?;?00BASE-TX/10BASE-T的現(xiàn)有的工業(yè)以太網(wǎng)解決方案通過帶PoE的CAT-5或CAT-6/e電纜提供高達100-Mb速率的高數(shù)據(jù)帶寬,但覆蓋距離在100米之內(nèi),且不能在危險區(qū)域內(nèi)使用,因為它們是高功率解決方案。狀態(tài)監(jiān)控應用需要能夠支持潛在的遠程傳感器,這些傳感器需要在一個空間和功率受限的IP66/67外殼中進行遠程通信,因為該外殼被部署在惡劣的工業(yè)環(huán)境中。這些受限的傳感器節(jié)點應用需要采用一種低功耗、高數(shù)據(jù)帶寬的通信解決方案,通過一根低成本、易于安裝的電纜(采用小型電纜接頭)將電能和數(shù)據(jù)傳輸?shù)絺鞲衅鞴?jié)點。
由IEEE制定的新單對以太網(wǎng)(SPE)物理層標準為傳輸資產(chǎn)運行狀況信息,實施狀態(tài)監(jiān)控應用提供了新的連接解決方案。10BASE-T1L是在2019年11月7日經(jīng)過IEEE認證的新以太網(wǎng)物理層標準(IEEE 802.3cg-2019)。這將通過與現(xiàn)場級器件的無縫以太網(wǎng)連接顯著提高工廠運營效率,變革自動化行業(yè)。10BASE-T1L解決了至今為止一直限制現(xiàn)場使用以太網(wǎng)的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括功率、帶寬、布線、距離、數(shù)據(jù)島以及本質安全0區(qū)(危險區(qū)域)應用。通過解決后裝升級以及前裝安裝的挑戰(zhàn),10BASE-T1L將有助于獲得以前無法獲取的新資產(chǎn)運行狀況信息,并將它們無縫傳送給控制層、云/私人服務器。這些新的見解將通過從現(xiàn)場資產(chǎn)到云或私人服務器的融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(請參見圖2),讓數(shù)據(jù)分析、運營見解和生產(chǎn)力提高成為可能。
而10BASE-T1L無需采用傳統(tǒng)通信用于連接至控制和管理網(wǎng)絡的耗電復雜網(wǎng)關,可跨信息技術(IT)和操作技術(OT)網(wǎng)絡使能融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡。通過此融合網(wǎng)絡,可簡化安裝和器件更換,加快網(wǎng)絡調(diào)試和配置。最終將加快軟件更新,簡化根本原因分析和現(xiàn)場級資產(chǎn)維護。10BASE-T1L物理層與消息傳輸協(xié)議(MQTT)融合,為現(xiàn)場資產(chǎn)提供消息傳輸協(xié)議,其中,低功耗智能傳感器僅占用少量內(nèi)存空間。MQTT將資產(chǎn)運行狀況信息直接與云或私人服務器連接,以實施高級數(shù)據(jù)分析,進而采用預測性維護技術。
要與支持10BASE-T1L的現(xiàn)場資產(chǎn)通信,需要具有集成介質訪問控制(MAC)的主機處理器、無源介質轉換器或具有10BASE-T1L端口的交換機。無需其他軟件、自定義TCP/IP堆棧和特殊驅動程序(請參見圖3)。這就使10BASE-T1L器件具有明顯優(yōu)勢:
圖2:融合IT/OT網(wǎng)絡上的資產(chǎn)運行狀況信息
圖3:采用10BASE-T1L PHY的現(xiàn)場資產(chǎn)、智能傳感器連接
•10BASE-T1L是一種功耗極低的物理層技術,可以采用高數(shù)據(jù)帶寬連接解決方案實現(xiàn)極低功耗的智能傳感器部署。
•通過10BASE-T1L連接的智能傳感器可通過網(wǎng)絡訪問,并可隨時隨地遠程更新。傳感器變得越來越復雜,軟件也更有可能更新。現(xiàn)在,通過快速以太網(wǎng)連接,可在現(xiàn)實時間段內(nèi)做到這一點。
•訪問高級以太網(wǎng)網(wǎng)絡診斷工具簡化根本原因分析。
•通過單條長達或超過1千米的雙絞線(在單條雙絞線上同時傳輸功率和數(shù)據(jù)),提高智能傳感器安裝的靈活性。
•現(xiàn)在,通過在現(xiàn)場資產(chǎn)上運行的網(wǎng)絡服務器,我們可以遠程獲取并隨時隨地訪問資產(chǎn)運行狀況信息,使得維護人員無需再“四處走動”來監(jiān)控資產(chǎn)運行狀況,幫助大幅節(jié)省了成本。
ADIN1100(ADI的10BASE-T1L PHY)可以在超過1200米長的單條雙絞線上實現(xiàn)更低功耗的以太網(wǎng)連接,其功耗僅為39 mW。采用10BASE-T1L之后,可在單條雙絞線上同時提供功率和數(shù)據(jù)。10-Mb數(shù)據(jù)帶寬通信鏈路可在同一條電纜上傳輸大量功率,為現(xiàn)場資產(chǎn)提供智能傳感器、功率和連接帶寬,以實現(xiàn)新型狀態(tài)監(jiān)控應用。采用10BASE-T1L連接之后,獲取資產(chǎn)運行狀況信息變得更加容易,因為這些信息現(xiàn)在可通過融合IT/OT以太網(wǎng)網(wǎng)絡獲取。10BASE-T1L可在危險區(qū)域內(nèi)使用(本質安全區(qū)域0),用于實施過程自動化部署,有時候被稱為以太網(wǎng)APL。10BASE-T1L/以太網(wǎng)APL將提供新的低功耗連接解決方案,將資產(chǎn)運行狀況監(jiān)測智能傳感器連接到用于實施AI和高級分析的高級數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),從而將資產(chǎn)運行狀況數(shù)據(jù)轉換為可操作的信息,以部署新的預測維護服務。
圖4:ADI公司,狀態(tài)監(jiān)控功能
ADI公司為狀態(tài)監(jiān)控應用提供完整的系統(tǒng)級解決方案,實現(xiàn)對現(xiàn)場資產(chǎn)的實時監(jiān)控。ADI致力于利用在檢測、信號處理、連接、機械封裝技術和AI等領域數(shù)十年的經(jīng)驗,實現(xiàn)下一代狀態(tài)監(jiān)控應用。ADI OtoSense™是一款AI驅動的平臺,能夠實時傳感和解譯聲音、振動、壓力、電流或溫度等信息,用于連續(xù)狀態(tài)監(jiān)控和按需診斷,以在各級客戶系統(tǒng)中實現(xiàn)AI集成。它可以實時在終端上的現(xiàn)場資產(chǎn)上運行(在線和離線),以對現(xiàn)場資產(chǎn)實施持續(xù)狀態(tài)監(jiān)控。ADI OtoSense™可以自行檢測異常,通過與狀態(tài)監(jiān)控領域專家交互不斷學習,可創(chuàng)建數(shù)字指紋以幫助識別故障,并可以提早預測故障,從而避免發(fā)生代價高昂的停機、損壞或重大故障。
將ADI在檢測、信號鏈和系統(tǒng)設計考量等方面的深厚領域知識與我們的AI檢測和解譯平臺融合,幫助客戶更快部署新狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng);通過訪問更高質量的數(shù)據(jù)和信息,從他們的狀態(tài)監(jiān)控解決方案中獲取更多價值;改善客戶的制造工藝,延長設備的現(xiàn)場使用壽命,減少意外停機時間,同時保持最高水平的質量和安全。ADI的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)級解決方案提供技術和信息,為部署的設備創(chuàng)建新的、高價值的預測性維護服務產(chǎn)品。
如需了解ADI公司適用于狀態(tài)監(jiān)控應用的完整系統(tǒng)級解決方案和AI產(chǎn)品的更多信息,以及ADI如何幫助我們的客戶和合作伙伴快速開發(fā)和部署端到端監(jiān)控和基于服務的解決方案,請訪問www.analog.com/CbM。
作者簡介
Maurice O’ Brien是ADI公司工業(yè)自動化部的戰(zhàn)略營銷經(jīng)理。他負責交付以工業(yè)自動化為重點的系統(tǒng)級解決方案。在此之前,Maurice在ADI公司的工業(yè)以太網(wǎng)領域工作了3年,在電源管理應用和營銷領域工作了15年。他擁有愛爾蘭利默里克大學的電子工程學士學位。聯(lián)系方式:maurice.obrien@analog.com。
推薦閱讀: