跟上自動化發展步伐：開放式機器控制平臺
http://www.199rrr.com 2023-08-30 10:38
本文圖片來源：艾默生
采用開放、靈活的自動化平臺，有助于OEM廠商和最終用戶應對傳統生產所面臨的挑戰，同時還可以解決供應鏈、勞動力短缺和網絡安全等新問題。
原始設備制造商（OEM）、機器制造商及其所服務的最終用戶所面臨的傳統挑戰，通常涉及最大限度地提高生產率、質量和正常運行時間。雖然這些基本關注點仍然重要，但還有其他重要的外部問題日益影響著OEM廠商和他們的客戶。供應鏈的稀缺性、熟練勞動力的短缺和對網絡安全的擔憂，日益影響著OEM廠商如何供應他們的設備，以及最終用戶的需求。
在過去幾年里，解決所有這些問題所需的技術和功能，可能只在一些旗艦控制器中提供，但現在自動化的選項已經大大的擴展。現代自動化選項，包括適用于所有機器類型的高性能緊湊型控制器，可以幫助OEM廠商和最終用戶有效解決問題。
現代靈活的自動化平臺，使其能夠繼續滿足典型的機器控制需求，同時應用最新的創新技術，如不斷發展的工業物聯網（IIoT）功能，為應對當前商業環境中所面臨的最新挑戰提供了新的選擇。采用這些先進技術，有助于OEM廠商和最終用戶在改善合作關系的同時應對諸多挑戰。
01 適應和克服供應鏈的限制
供應鏈問題給設計和機器運營帶來了挑戰。在設計時，開發人員可能會發現很難找到各種組件和智能設備的供應商。一旦投入生產，由于材料來源的變化和制造需求的變更，可能需要迅速更換部件，否則生產就會中斷。
當設計師選擇基于開放硬件、軟件和通信標準的自動化平臺時，最好將靈活性集成到機器控制中（圖2）。
▲當機器自動化架構構建在支持集成交換的千兆以太網的平臺上，并且具有開放標準和協議的本地支持以及現代編程功能時，可以實現緊密的協調。
這將創建更開放的系統，并允許在供應鏈出問題時替換組件，例如包括：
- 配置千兆以太網和集成以太網交換機的設備。
- 提供IEC 61131和更現代編程語言的開發環境。
- 支持基于開放標準的工業協議，如安全的OPC UA、Profinet、Modbus TCP、IO Link和DNP3。
一個開放平臺如果具有配置了通用工具集的可擴展運行環境，可以為設計人員提供選擇最適合的設備以滿足需求的靈活性。機器啟動并運行后，這些功能可以幫助設計者實時更改，以優化運營，降低風險，并提高競爭力。
02 匹配勞動力技能與編程方法
雖然傳統的IEC 61131工業編程語言仍然重要，但隨著下一代工人進入工程和維護人員隊伍，這一些都正在發生轉變。新員工可能更熟悉現代編程語言，如C/C++和Python。高級應用程序，如利用機器學習（ML）或人工智能（AI）的數據聚合和分析，最好用這些語言實現。
其它最新的編程方法，包括利用可移植代碼庫，促進了可重用、可擴展和可維護的編碼實踐。基于標記的編程、用戶自定義的數據類型（UDT）和功能塊（UDFB），利用常見的自動化工具集和廣泛的內置函數庫來實現，可以輕松實現代碼標準化、快速部署并降低風險。
03 構建能夠抵御網絡攻擊的自動化系統
隨著自動化平臺變得更智能，與更高級別的系統和互聯網的連接越來越多，網絡安全問題變得至關重要。為了降低網絡攻擊的風險并提供適當的保護，每一層都必須內置安全性，包括：
■ 產品供應鏈（使用工具來驗證產品是否被篡改、產品組件的可追溯性）；
■ 硬件引導系統；
■ 核心操作系統服務；
■ 軟件應用；
■ 通信和網絡。
現代自動化平臺的一個關鍵特征是開放式連接。然而，只有在設計時考慮完整的安全性作為補充時，開放連接才是最有效的。
04 跟上自動化發展的步伐
傳統的可編程邏輯控制器（PLC）和可編程自動化控制器（PAC）技術已經很成熟，但它們仍然是必不可少的，雖然新技術不斷出現，也不會改變解決自動化問題的基本方法。然而，并不是所有的新技術都能經受住時間的考驗。OEM和最終用戶可能會糾結于如何最好地利用現有資源，而不必總是擔心過時。
想要跟上這一發展步伐，最可靠的方法是與供應商合作，他們可以提供完整的自動化產品組合，包括PLC和PAC，并擴展到邊緣網關、邊緣控制器和邊緣工業PC（圖3）。使用基于開放通信的協調控制和計算軟件，能夠支持OEM廠商和最終用戶所需的數據標準化、分析、協議轉換和連接計劃。
▲艾默生的CPL410邊緣控制器是廣泛的硬件和軟件組合的一部分，使OEM廠商和最終用戶能夠創建可擴展到任何規模的自動化解決方案。
使用這些組件，設計師可以部署新機器，并在傳統的自動化孤島之間架起橋梁。適應性連接有兩個重要方面。首先，支持OPC UA和其它以太網工業協議，使機器之間以及與監控系統之間的通信變得更容易。其次，對于具有更大的、全廠分布式控制系統（DCS）的過程工廠，支持NAMUR開放標準模塊成套設備（MTP），這意味著機器——無論是通過PLC、PAC還是邊緣控制器實現自動化——都可與DCS集成。這是混合以及過程行業對設備的常見要求。
05 促進OEM與最終用戶的合作
開放和安全的自動化，可以幫助OEM和最終用戶并使其更好地相互合作。它將OEM廠商從單純的機器銷售，提升到提供一系列有價值的服務。它還加快了最終用戶優化和協調所有運營的努力，同時擴展了支持選項。
采用現代機器控制平臺的OEM廠商，可以向其客戶提供先進的IIoT解決方案，使雙方能夠使用實時數據監控和支持設備，并應用基于分析的優化。OEM廠商還能夠提供無需工具的快速應用部署、標準化設備調整以及安全的遠程固件更新。本地通信的身份驗證和加密，可確保這些活動保持安全。集成的知識產權鎖，有助于OEM廠商部署其最先進的產品。
最終用戶可以輕松的訪問其寶貴的運營數據，并通過安全的IIoT連接了解到其OEM廠商可以確保機器以最佳效率運行。許多用戶發現，如果將機器配置為獨立的“孤島”，它們就無法提供完整的功能或價值，而且通常很難集成諸多不同品牌和型號。現代機器控制平臺使用基于開放標準的通信和MTP等功能，使最終用戶能夠集成不同的機器和子系統以獲得更全面的運營視圖和見解。
06 實現更強大的機器控制
對于機器控制來說，僅僅關注每臺機器的生產、質量和正常運行時間等傳統因素，已經不夠了。OEM廠商及其最終用戶客戶面臨著與供應鏈中斷、招聘和留住合格人員以及防御網絡攻擊有關的其它外部壓力。
采用現代自動化平臺和技術，包括高性能緊湊型控制器，結合廣泛的本地開放連接支持、現代編程能力和內置安全性。這有助于OEM和最終用戶克服諸多挑戰。他們還能夠通過創建新的工作模式來實現全廠范圍的高效集成、ML 和 AI 技術的實施以及改進的遠程支持，從而為未來的挑戰做好準備。
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