导读

 

工业自动化是一个行业，传统地讲，它主力支撑制造业和能源电力行业。物联网来了，自动化延伸到服务业，把机械手、机器人带入新零售。现在AIoT赋能自动化，提升智能和万物互联，新自动化成为广义的、渗透到各行各业的技术。自动化三个传统的理论分支能完全适用新自动化体系、系统控制、数据采集和运动控制。但是在设备组网互联和数据安全，传统的自动化没有理论支撑，现代的信息科学也没有统一的行业规范，只有大企业的标杆做法，属于八国联军乱打局面。本文是“自动化出现二个新要点，IoT带来的变化”的第二篇，重点讨论设备组网，以案例讨论行业下一步如何发展。

 

01

设备组网物联

 

通过状态监测、预见维护、整体设备效率 (OEE) 分析和跟踪、诊断和故障排除等系统来实现工业 4.0 和工业物联网 (IIoT)宏大计划。需要框架性的设备组网互联接口和精益生产的数据处理交互。但是，传统设备之间没有统一的物理连接器和通信协议，电缆不能连接，设备使用各自的通信协议，设备间无法通信。在物理链接转化和软件转化上，小企业学大企业，没有行业标准，学费高昂，碰上企业并购，小公司无处喊冤。

 

为了把现有工厂不同制造商的设备互联，特别是国产设备与进口设备互联互通，必须有一套硬件连接器转化端子、型号处理集线器和软件协议转化系统，把设备孤岛连成上位机下位机互通的体系。这就是本文讨论的叠加网络技术，它应该具备：

 

设计时需要这样一种控制器，既能够接收来自传感器的和其他使用各种通信协议的设备的信号，并将这些信号合并成统一的可用数据流，然后将这些数据输出到边缘计算资源或云端。这种系统需要能够连接传感器、指示器和其他设备的适配器。需要使用转换器来连接包括传统设备在内的之前不兼容的设备类型。

 

此外，为了确保运行可靠，需要使用滤波器来保护数据通信免受电噪声和瞬变的影响。所有这些组件都应符合 IP65、IP67 和 IP68 级环境标准，以便在工业环境中运行，而且解决方案要易于实施、经济实惠。

 

授权元器件代理商Digi-Key Corp为工程师推荐的IIoT叠加网络技术公司 Banner Engineering Corp （BEC），我们跟踪了Snap Signal的技术，让大家了解现有的设备组网的支撑工具。它有一套系列硬件和软件工具的架构（Snap Signal），包括控制器、相关的转换器、适配器和滤波器，以及实施有线和无线边缘计算或云连接时的可视化软件，能配置连接器和滤波器。它还可以为不同设备适配连接器，不同设备的信号噪声水平也不一样，所以设备互联也要预设和解决信号滤波问题，使接受端能识别接受的信号。

 

叠加网络工具线上软件

 

Snap Signal IIoT 是一个叠加网络工具线上软件转化和线下提高连接器转换器实现物理连接。它能捕捉各种不兼容的数据通信协议，将其转换为易于分配的标准，并能够发送至边缘或云计算资源处进行分析和操作，让数据在相互明白的数据格式与噪音水平中传输，从而把设备孤岛连接起来。

 

 

BEC图片1：Snap Signal 叠加网络提供了一种模块化架构，可将传统设备与边缘或云计算资源连接

 

02

IIoT 叠加网络需要硬件和软件关键组件

 

硬件组件

 

适配器——用于重新布线并将传感器、指示器和其他设备的各种设备布线方案连接到叠加网络使用的标准物理接口。

 

滤波器——用于保护数据，避免在电气噪声的工业环境中受损，从而提高信号完整性和可靠性，减少故障排除要求。

可编程控制器——用于整合来自多个数据源的数据并进行本地数据处理，以及提供将传统设备和自动化的整合到 IIoT 中的连接。

 

软件组件

 

数据转换器——用于将诸如传统设备上的离散、模拟和各种数字格式等不兼容的格式转换成标准诸如 IO-Link 或 Modbus 等标准协议，以实现集中化性能监控。

 

有线或无线连接——用于将收集到的数据分发到边缘计算资源和/或云端数据服务 (CDS) 等，该服务提供数据可视化、判断机器性能并发送电子邮件或文字警报，以支持机器的实时操作、维护和修理。

 

 

BEC图片2：可视化软件工具

 

03

可编程集线器

 

可编程集线器是设计叠加网络的关键部件，具有数据格式转化和集线器功能，其输出的数据转换器是TCP/IP、以太网 I/P 或 Profinet文件包。可编程集线器用作通信中枢，将来自多个 Modbus 端口的信号组合成使用工业以太网协议进行转发的统一数据流。它包括四个 Modbus 主机，可支持与多达四个串行网络进行并行通信。

 

 

BEC图 3：可编程集线器DXMR90

 

04

转换连接器

 

将传统设备通过转换器连接，解决连接器不匹配的问题，是Snap Signal的互通手段。为实现这一功能，设计人员可以使用小型插入式 S15C 系列直插转换器，将各种格式的状态监测和过程传感器数据转换成数字 IO-Link 数据。它是一款 Modbus 主机到 IO-Link 设备的转换器，用户可将其配置为最多读取 60 个寄存器，最多写入 15 个寄存器，且预定义 Modbus 寄存器自动通过 IO-Link 发送。

 

 

BEC图 4：S15C 系列直插式数据转换器

 

S15C 转换器系列有八个子型号，其的直径为 15 mm，具有 IP68 级包塑外壳和 M12 连接，采用与所连接设备相同的电源。使用 S15C 转换器可消除 IO-Link 的 20 m 通信限制，因为这类转换器可安装在 Modbus 链路末端，靠近 IO-Link 主机。

 

05

滤波器解决信号传输问题

 

成功的起点

 

除了控制器和数据转换器外，设计人员还需要噪声滤波器，保持信号完整性，以便快速部署灵活的叠加网络。如 S15A直插式接线适配器可以直接连接传感器、指示器或其他设备，并根据需要改变接线和隔离信号，以满足特定的应用需求。这些接线适配器分为标准和定制配置版本。

 

 

BEC图 5：S15A系列滤波器

 

06

Snap Signal 可视化网络部署

Snap Signal 叠加网络的设计和部署从识别需要监测的数据源开始。然后，需要确定是否添加新传感器或指示器，以补充现有设备。Snap Signal 网络的设计步骤包括：

 

1. 使用上图方法来识别、选择特定装置所需的 Snap Signal 硬件。

 

2. 规划最佳的布线路径，包括在待监测设备和可编程集线器之间放置 T 型连接器和滤波器。

 

3.确定该装置是否需要使用有线以太网连接用于本地数据消耗，或使用边缘网关设备以无线方式连接云平台。

 

Snap Signal 是一种模块化的即插的叠加网络，不需要替换任何现有硬件。安装新的传感器或其他设备，并在每个需要监测的设备上增加分路电缆，以保持与机器控制机构之间的现有连接，同时也为叠加网络提供第二条路径。

 

1. 安装相应的的直插式信号转换器。

 

2.根据需要添加 T 型连接器、滤波器和其他网络接线，以完成网络和可编程集线器连接。

3.使用 ScriptBasic 或 MicroPython 编程和/或嵌入式动作规则，对可编程集线器进行编程，以创建自定义检测和控制序列。

 

4.使用以太网连接将可编程集线器与边缘计算资源连接，或者连接支持蜂窝网络的可编程集线器控制器，以实现云连接。

 

07

我爱方案网自动化相关方案推荐

 

 

ISG-503边缘计算智能网关

 

ISG-210协议转换智能网关

 

 

采用 i.MX6 系列高性能低功耗ISG-300边缘计算网关

 

 

采用高性能嵌入式计算机平台ISG-200通用标准智能网关

 

 

采用高性能嵌入式 32 位处理器ISG-100协议转换智能网关

 

08

结语

 

叠加 IIoT 网络能够满足设计人员将传统设备和自动化孤岛连接到工业网络的需求，从而收集可操作数据，以支持现有工厂提高生产力。此类叠加网络的设计和实施过程复杂，但是使用Snap Signal 线路可以大大简化这个过程。该线路包括可编程集线器、数据转换器、布线适配器、滤波器和其他实现 IIoT 叠加网络并将其分配到边缘计算资源或云端所需的元器件。Snap Signal 网络架构的模块化、可编程且灵活的设计支持增加新设备，并能保障未来安装。

来源：我爱方案网  链接：https://www.52solution.com/