智能控制和 HMI 软件设计帮助工程师为 IIoT 构建新网络

Parker Hannifin 的 Marissa Tucker 与高级编辑 Patrick Waurzyniak 交谈

Marissa，运动控制器在工业物联网 [IIoT] 中的作用是什么，涉及哪些软件？

我会超越运动控制器，说可编程自动化控制器 [PAC] 在 IIoT 中发挥着最大的作用。这是因为，除了具有机器逻辑之外，PAC 还包括运动控制作为其例程的一部分，并且通常还具有嵌入式人机界面 [HMI]。这种方法的美妙之处在于程序不需要在设备之间共享标签，因为组件位于使用相同逻辑的同一设备上。这不仅缩短了编程时间，还促进了 IIoT 功能。

这里是一个例子：位置错误——过去是运动控制器特有的——可以被嵌入式 HMI 自动访问。如果该嵌入式 HMI 具有 Web 服务器功能（其中许多都有），则 HMI 可以立即向本地操作员发送警报，也可以通过电子邮件或 SMS [短消息服务] 向工厂经理发送警报。这比让运动控制器将错误发送到 PLC [可编程逻辑控制器] 的传统方法要好得多，然后 PLC 只需处理数据并将其发送到 HMI——它可能有也可能没有网络服务器。消除了设备之间的这种复杂数据传输，因为逻辑是写在一个下载到一个硬件设备上的编程软件上。它集成得如此紧密，您可以在任何地方轻松获取信息。

确保创建嵌入式 HMI 的开发人员可以创建不同的用户组和凭据至关重要。这允许程序员根据用户创建自定义的 HMI 实例。

机器内信息流动的便利性很重要，但机器之间信息流动的便利性也很重要。 IEC 61131-3 编程标准确保由一家制造商开发的机器使用与另一家制造商相同的语言。这极大地有利于集成商，因为他们可以更轻松地让两个不同的机器系统相互通信，这是迈向 IIoT 的必要步骤。 OMAC [机器自动化和控制组织] 等组织正在推广 PackML 标准，他们正在将 IEC 61131-3 提升到一个新的水平，不仅推荐系统应该如何编程，而且还开发了一套标准的标签来机器应该提供给网络中的其他机器。

气动阀和位置传感器等低级设备呢？不是所有东西都应该成为物联网的一部分吗？

挑战在于从低级设备中获取数据并将其转化为有用的信息。一种方法是在这些设备级别进行处理，然后通过高性能控制总线或直接将结果发送到云端。这是一种非常昂贵的方法，无助于收集或集中数据。或者，我们看到 IO-Link 的普及率大幅增长，这是一种基于串行的协议，可以从温度传感器、螺线管、气动阀歧管等收集基本数据，而无需昂贵的开销。

通过保持总线简单，可以收集这些数据并通过在每个机器系统中必须存在的 PAC 或 PLC 上进行处理来使用这些数据。通过使用还具有用于网络发布的嵌入式 HMI 的 PAC，用户可以获取该信息并将其放在网络上，无论它需要去哪里。想象一个带有传感器的气动系统，它以分贝为单位持续监测声音。唯一需要发送到 PAC IO-Link 的数据是电流 dB。 PAC 可以具有由制造商开发的自定义 IEC 61131-3 功能块，可以在多个控制器上工作。这些功能块可以检查噪音中是否存在奇怪的模式，比如“啊，可能有泄漏。”程序员可以收到警报，并在气动发生故障之前向 HMI 的维护级别用户发送消息.

信息如何从机器传到云端，涉及的软件又如何？

工厂车间和 IT 之间仍然存在很大的分歧。特别是对于在各个州或国家拥有多个设施的制造公司，将数据存储在外部服务器或云中是理想的选择。在软件方面，组件制造商需要帮助机器制造商在与 IT 合作时尽可能轻松。

大多数机器制造商都乐于使用 IEC 或类似语言对 PLC 或 PAC 进行编程，因此公司应寻找采用集成方法进行机器控制以简化信息流的制造商但是谁也可以轻松地将这些信息共享给 IT 服务器。另一个被赶出欧洲的标准是 OPC-UA [OPC 统一架构]。这种客户端-服务器协议已显着扩展，允许以通用方式传输机器对机器、机器对 SCADA 或机器对服务器的数据。由于其灵活性，OPC-UA 正迅速成为物联网标准。寻找具有内置软件工具的供应商，只需单击几下即可轻松创建 OPC-UA 连接，并允许开发人员通过在 IEC 61131-3 程序中共享一些标签来共享数据。一旦它可以在服务器上访问，剩下的就让 IT 来处理。

云中的信息有用吗？关键数据如何在工厂车间到达操作员手中？

这取决于用例。任何考虑 IIoT 的人，无论他们是机器操作员、OEM 机器制造商还是工厂所有者，都应该首先开发一个用例。例如，工厂车间经理可能需要整体设备效率 [OEE] 信息。此类信息通常不会与更广泛的公共领域共享，因此最好使用内部服务器。然而，工厂车间经理经常可以远离机器，或者不在他们的办公桌前，但仍然需要查看 OEE。用例驱动解决方案：如果机器有一个带有 Web 服务器的嵌入式 HMI，用户可以从 iOS 或 Android 平台连接到它，输入他或她的凭据，并查看机器的 OEE，无需外部云.这种工厂内网络通常被称为“雾”计算。

另一个例子是采购代理，他需要监控多个位置的多条工厂线的产量数据。外部服务器是唯一的答案。为了最大限度地降低暴露公司敏感信息的风险，该计划可能只公布总产出，而不是产量。尽管此解决方案需要使用云服务器，但它说明了在将任何数据发送到外部服务器时需要使用限制，原因有两个：通常，它不如将其保存在内部或“雾”网络上安全，并且大多数计划收费公司将数据发送和存储到外部云。

营销人员在推动工业 4.0 方面做得很好，但每个用户都需要退后一步，问：“我如何使用这些信息？”云可能不是必需的如你所想。

所有这些连接性不是都在推高成本吗？

可以，但不是必须的。价格昂贵的地方是未来三四年，当您的公司为物联网做好准备，但您指定的设备难以或不可能通过 Web 服务器或 OPC-UA 进行通信，或者您选择了传统的、碎片化的设计而不是使数据流更容易的单机 PAC。为了减轻这个错误，您可以购买非常昂贵的传感器，这些传感器从温度控制直接连接到外部云，绕过机器上的所有其他设备。从那里，您必须使用其他人的软件对整个自定义层或网站进行编程，以使数据变得有用。你不想成为这样的人。

相反，巧妙地部署 IIoT：在第一天将其作为机器设计的一部分。如果您正在构建一个新应用程序，那么您处于过渡的最佳位置，即使这不是您的组织目前正在考虑的事情。您今天做出的选择可以在以后节省数十万美元。

另外，选择支持 IO-Link 等总线的低级设备，这样您就可以经济实惠地从中获取数据。使用具有成本效益的标准协议，并允许您使用来自多个来源的数据。在单个控制器上使用单个编程软件来简化编程。确保机器控制器能够建立客户端-服务器关系，而不必需要另一个额外的网关。这样，如果您确实需要将信息路由到不同的位置，您可以在基于 IEC 的程序中直接完成。不要忘记雾计算。如果您的 PLC 具有支持 Web 服务器的嵌入式 HMI，则您可能完全无需使用云就可以满足所有 IIoT 用例。如果您确实需要，请确保您选择的控制器具有可以轻松共享到 OPC-UA 服务器的软件，以便 IT 可以做它最擅长的事情。

明智的选择让向 IIoT 转型非常实惠，但现在需要做出选择。