圖1 借助于集成的PLC，驅(qū)動(dòng)器的現(xiàn)場(chǎng)分配裝置可自主完成任務(wù)和評(píng)估信號(hào)，以識(shí)別局部差錯(cuò)
德國(guó)諾德集團(tuán)(Nord Drivesystems)遵循在所有層面踐行“工業(yè)4.0”的目標(biāo)。該集團(tuán)認(rèn)為，驅(qū)動(dòng)技術(shù)是生產(chǎn)數(shù)字化的基本前提條件之一。為此，德國(guó)諾德集團(tuán)(Nord Drivesystems)將其在機(jī)械、電氣技術(shù)和電子技術(shù)方面的能力運(yùn)用到聯(lián)網(wǎng)且自主的傳動(dòng)技術(shù)解決方案上來(lái)。該智能驅(qū)動(dòng)裝置由一個(gè)安全可靠的云連接的傳動(dòng)裝置、電動(dòng)機(jī)和變頻器組成。
驅(qū)動(dòng)技術(shù)和生產(chǎn)的數(shù)字化要求傳感器、虛擬傳感器與總線系統(tǒng)的接口和軟件的協(xié)調(diào)互動(dòng)。生產(chǎn)或物流設(shè)備的變速電動(dòng)機(jī)大部分是由變頻器進(jìn)行控制的。變頻器按照標(biāo)準(zhǔn)測(cè)出電流消耗、電壓、轉(zhuǎn)數(shù)及工作溫度等重要的機(jī)器運(yùn)行數(shù)據(jù)，用于對(duì)驅(qū)動(dòng)器和設(shè)備控制器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能化監(jiān)控。通過(guò)基于數(shù)學(xué)算法的虛擬傳感器和集成進(jìn)變頻器的PLC測(cè)得的機(jī)器運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算出設(shè)備的傳動(dòng)功率，同時(shí)參考已知的傳動(dòng)器潤(rùn)滑油的物理特性，從而準(zhǔn)確的測(cè)出傳動(dòng)器潤(rùn)滑油的預(yù)期壽命。由此便可得出傳動(dòng)器潤(rùn)滑油的利用率和更換傳動(dòng)器潤(rùn)滑油的預(yù)測(cè)日期。此外，驅(qū)動(dòng)器也能借助于一個(gè)集成的PLC完成工作任務(wù)和評(píng)估信號(hào)，以識(shí)別局部的故障。
通過(guò)在局部驅(qū)動(dòng)器組的通信，智能驅(qū)動(dòng)器便具備自主解決一些問(wèn)題的能力：它們連接一個(gè)傳動(dòng)線的旁路線路，能夠在識(shí)別一個(gè)硬件缺陷時(shí)通過(guò)總線系統(tǒng)報(bào)告中央設(shè)備控制裝置，并能夠在需要時(shí)直接通過(guò)一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。驅(qū)動(dòng)器級(jí)別集成的PLC和具有與外部環(huán)境通信聯(lián)絡(luò)能力是具有“工業(yè)4.0”的能力驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的兩個(gè)必要前提條件。集成的驅(qū)動(dòng)裝置是可聯(lián)網(wǎng)的、自主的，并且在性能和功能方面是可擴(kuò)展的。
能夠相互進(jìn)行通信的驅(qū)動(dòng)裝置
通過(guò)組成智能化相互能夠進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)組可實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造工廠的聯(lián)網(wǎng)。而連接可靠的云解決方案可組成任意多且任意大的郵包配送中心、飛機(jī)場(chǎng)或材料和貨物流中心設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)，由此便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)郵包配送中心、飛機(jī)場(chǎng)或材料和貨物流中心設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。歐洲的技術(shù)服務(wù)人員也可以評(píng)估遠(yuǎn)在澳大利亞的設(shè)備運(yùn)行狀況，反之也一樣。
要在世界范圍內(nèi)實(shí)施“工業(yè)4.0”和云解決方案，需要一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和自動(dòng)化行業(yè)公認(rèn)的將機(jī)器制造、電子技術(shù)和信息技術(shù)均考慮在內(nèi)的安全標(biāo)準(zhǔn)。為此，隨著RAMI 4.0(工業(yè)4.0 參考體系)和工業(yè)4.0部件的進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)辟了一條充滿希望的未來(lái)之路。總線系統(tǒng)也同樣如此，各個(gè)具體的驅(qū)動(dòng)裝置相互之間進(jìn)行直接通信聯(lián)絡(luò)，同時(shí)與控制器進(jìn)行直接通信聯(lián)絡(luò)。未來(lái)，互用性標(biāo)準(zhǔn)如OPC Unified Architecture(統(tǒng)一體系結(jié)構(gòu))將能夠組成一個(gè)用于從現(xiàn)場(chǎng)傳感器直至云通信聯(lián)絡(luò)的統(tǒng)一基礎(chǔ)。這些標(biāo)準(zhǔn)是工業(yè)4.0和真正的機(jī)器到機(jī)器通信聯(lián)絡(luò)直至連接物聯(lián)網(wǎng)的前提條件。
隨時(shí)隨地的整理利用數(shù)據(jù)
在原則上，云連接本身在現(xiàn)有設(shè)備的改造方面并不難以落實(shí)。所有驅(qū)動(dòng)裝置有自己的IP地址，借助于一個(gè)路由器便能聯(lián)系到專屬的IP地址。在不介入設(shè)備控制器或軟件的情況下，均可測(cè)試設(shè)備里每個(gè)具體的驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)數(shù)、耗電量和逆變器溫度。智能驅(qū)動(dòng)裝置部件將得到的值通過(guò)一個(gè)網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)揭粋€(gè)安全可靠的云。這些數(shù)據(jù)將用于過(guò)濾和分析工具進(jìn)行評(píng)估。 在云里，數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)時(shí)間可進(jìn)行個(gè)性化選擇。因此，工程師便可隨時(shí)隨地的整理利用數(shù)據(jù)，可以在一個(gè)基于瀏覽器的網(wǎng)絡(luò)界面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并可在移動(dòng)的終端設(shè)備上通觀工程的設(shè)備3D呈現(xiàn)。
圖2 由總線系統(tǒng)、集成的PLC和安全可靠的云連接，可使變頻器進(jìn)行智能數(shù)字評(píng)估和通信聯(lián)絡(luò)
在生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)試解決方案
為了實(shí)現(xiàn)過(guò)程的最佳化和更多的創(chuàng)造價(jià)值，德國(guó)諾德集團(tuán)(Nord Drivesystems)自行測(cè)試并利用工業(yè)4.0過(guò)程。由于十余年來(lái)增長(zhǎng)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)不可能簡(jiǎn)單的在一個(gè)綠地項(xiàng)目(Greenfield-Projekt)里用一個(gè)最佳化的框架條件和全套工業(yè)4.0結(jié)構(gòu)體系重新開(kāi)始。項(xiàng)目“未來(lái)的工位”中的安裝過(guò)程得到了具體的優(yōu)化。因此，工作人員借助于擴(kuò)增實(shí)境和3D動(dòng)畫支持他們完成安裝作業(yè)任務(wù)或是能夠通過(guò)語(yǔ)音控制無(wú)紙選擇零件。
目的是實(shí)現(xiàn)無(wú)紙安裝作業(yè)。從出具訂單到安裝作業(yè)工位均應(yīng)是無(wú)紙進(jìn)行的。此外，一些產(chǎn)品借助于QR碼和無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)自主通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。德國(guó)諾德集團(tuán)(Nord Drivesystems)在電子的和機(jī)械的制造范圍內(nèi)部分采用了自主機(jī)器人，這些機(jī)器人可以在生產(chǎn)過(guò)程自主尋找路徑，例如，這些機(jī)器人能夠?qū)φ系K作出反應(yīng)。
圖3 采用Nordac link現(xiàn)場(chǎng)分配器、一個(gè)兩級(jí)錐齒輪傳動(dòng)裝置和一個(gè)IE4同步電機(jī)的Logidrive計(jì)劃是企業(yè)內(nèi)部物流的工業(yè)4.0解決方案的基礎(chǔ)
安全保護(hù)優(yōu)先
工業(yè)4.0意義上的聯(lián)網(wǎng)工作伴隨而來(lái)的是安全課題。特別是當(dāng)驅(qū)動(dòng)器直接與云相連接時(shí)，為了預(yù)防被操縱、破壞或知識(shí)竊取，數(shù)據(jù)安全便成了一個(gè)問(wèn)題，智能驅(qū)動(dòng)器必須確保安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸。一個(gè)可能性是，通過(guò)Profisafe解決方案來(lái)確保安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在此，一個(gè)數(shù)據(jù)量的接受者將用發(fā)送者的信息對(duì)比后臺(tái)智能傳輸服務(wù)和字節(jié)的準(zhǔn)確數(shù)量。只有當(dāng)發(fā)射者和接受者的信息相符，才可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。如果有人在接受者和發(fā)送者的數(shù)據(jù)傳輸路上進(jìn)行操縱或進(jìn)行黑客攻擊，用戶可在將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存進(jìn)控制器之前，提前發(fā)現(xiàn)并能停止這個(gè)過(guò)程，當(dāng)前的云解決方案已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)該過(guò)程，將來(lái)還會(huì)有其他這樣的解決方案。從長(zhǎng)期來(lái)看，德國(guó)諾德集團(tuán)(Nord Drivesystems)的專家們已經(jīng)看到網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)(cyberphysischen Systemen)分散的和分中心的、不依賴生產(chǎn)廠家的和跨地域合作的發(fā)展趨勢(shì)。任何一個(gè)由控制器、存儲(chǔ)器程序化控制裝置(SPS)和國(guó)際網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的通信都能將它在此場(chǎng)景中的運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到各自的控制器層面上。而企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)層面則控制已知現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)環(huán)境。對(duì)于完整聯(lián)網(wǎng)和虛擬插圖生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，則用前面所提及的RAMI4.0(工業(yè)4.0 參考體系)和工業(yè)4.0部件來(lái)擬定當(dāng)時(shí)必要的標(biāo)準(zhǔn)。
