熟练劳动力的短缺可以通过投资自动化来解决。
艾默生Vibhoosh Gupta著
全球失业率在全球许多国家达到50年,许多机器建造者原装设备制造商(OEM)以及他们的客户发现很难吸引和留住熟练的劳动力。例如,艾默生调查显示,他们的48%的客户有一个人才缺口,以获得自动化系统产生的不同数据的重要任务的重要任务。劳动生产率的急剧增加是为了解决这一和其他问题,驾驶全球自动化投资趋势和举措。
这些举措通常在美洲被称为工业物联网(IIoT),在欧洲被称为工业4.0,两者的特点都是集成了更智能的在线设备,而不只是基本实时控制所需的设备。艾默生的调查显示,人们意识到了这一需求,超过70%的工业企业认为,到2021年制定工业物联网战略至关重要。其目标是通过数字化降低风险,同时提高效率,边缘计算通常用于去中心化数据分析。
即使是被认为拥有大量劳动力供应的国家,如中国,也正面临熟练劳动力短缺的问题,这推动了将人工操作自动化和数字化的投资举措。
这些投资将增加业已庞大且不断增长的数据存储,调查显示,目前只有5%的工业自动化数据用于改善操作。
以下是,通过更好地利用数据,这是如何使用边缘控制来改善工业设备和设施中的自动化系统架构和生产率。
边缘网关,设备和控制器
图1描绘了现代自动化系统架构。该图的左下方示出了传统控制系统,其具有传感器,执行器和提供给实时控制系统的现场设备数据。这种类型的系统可以向边缘组件提供数据,从而实现分析洞察力。
图的右下角显示了其他传感器、执行器和现场设备(通常是智能设备)如何绕过实时控制系统,直接向边缘组件提供数据,边缘组件利用这些信息提供分析洞察力。智能设备通过数字数据链接连接到边缘组件,允许这些设备提供除工艺变量之外的扩展信息,如状态和诊断。
边缘组件可以是三种类型中的一种,本文描述了成本和功能的顺序。
边缘网关只需收集现场设备和实时控制器(例如可编程逻辑控制器(PLC)的数据,并将其转发给其他系统进行分析。虽然它只执行数据收集和转发,但这些任务需要通过一系列工业数字协议连接到许多不同类型的现场设备,控制器和系统。
边缘设备(图2)提供了边缘网关的所有功能,并添加了处理和配置功能,使得在本地收集和分析数据成为可能。
边缘控制器(图3)提供了边缘设备的所有通用计算功能,并添加了一个实时控制器来执行确定性控制和逻辑操作。嵌入式边缘设备可用于优化基于边缘分析的实时控制和安全、实时的外部信息访问。
通过边缘控制器对工业标准现场总线协议的支持,提供到一系列现场设备的连接。多个以太网和USB端口独立分配给实时控制器部分或边缘设备部分,提供物理上独立和安全的通信。
边缘控制器的两个部分之间通过OPC UA进行通信,通过将实时控制与其他功能分离来维护网络安全。分离扩展到操作系统,使重新启动Linux平台而不影响实时控制成为可能。
通过改善合作来解决问题
当OEM提供给最终用户的机器出现问题时,由于操作信息的可用性较差,通常会导致相互指责。例如,OEM通常认为最终用户操作机器不正确,而最终用户认为机器没有按照规范执行。
对于一个包装机OEM,解决方案是以压力,流量和真空传感器的形式向其机器添加新现场设备;风扇电机振动传感器;差压过滤器传感器;和位置传感器。这些传感器中的每一个都连接到边缘控制器。来自这些传感器的数据不用于直接影响机器控制,但它是改进终端用户运算符的本地操作员界面,并从OEM可以安全地访问OEM云的本地操作员接口。
OEM和最终用户都可以接近实时地访问相同的数据,从而支持协作解决问题。这提高了对机器操作的可见性,允许OEM在问题升级之前提供早期诊断,减少停机时间和维护费用。最终用户可以使用这些额外的数据来启动对机器操作的过程性和调优更改,从而提高吞吐量和改善质量。
提供服务能力
许多原始设备制造商为他们销售的机器提供预定义的一段时间的支持。虽然这种安排在许多情况下都很有效,但在其他情况下,终端用户可能更喜欢高水平的服务,以及较低的前期资本支出。
解决这些和类似的情况下,一些OEM机械制造商提供能力作为服务终端用户,支付视机器可用性或正常运行时间(图4)。OEM从而假设非常高度负责的机器操作,需要一个相应的高度对机器操作的可见性。
边缘控制器非常适合提供机器服务的oem,因为它们结合了可靠的实时控制、边缘分析和其他功能。实际上,机器操作的每个方面都可以远程监控,并能够根据需要做出更改和调整,以保持正常运行时间。提升性能的升级可以远程执行,节省时间和差旅成本。
边缘控制器实现新的可再生能源解决方案
水力发电使用涡轮机从流动的水中产生可再生能源。从2018年到2050年,全球能源需求预计将增长50%,其中大部分需求将由可再生能源满足,因为到2050年,可再生能源预计将成为主要能源来源。
与风能和太阳能不同,安装额外的可再生水力发电产能的成本最近没有下降。这主要是由于两个因素。首先,大多数开发传统大型水电站的最佳地点已经被开发,因此需要增加资本投资来开发不太理想的发电地点。越来越多的人担心拟建的新场址会对环境造成影响,这也推高了成本,因为必须采用更多的外来减缓计划。
为了对风力和太阳能保持竞争力,水电的新兴趋势是在传统水电装置生产的数百千瓦的数百千瓦时,水电站的新兴趋势是使用低至10千瓦的输出。数百个微生物可以增加大量功率,等于大型水电装置。
重要的是,这些微生物通常安装在现有的运河,灌溉沟渠和其他人造水流中,大大减少了环境影响问题(图5)。
由于它们的电力输出是如此之低,必须开发数百甚至数千个站点,然后远程操作和维护,以提供经济的电力。边缘控制器支持这些类型的应用程序,因为它们可以提供所需的实时控制、边缘分析和安全的远程连接,所有这些都在一个紧凑的包中。
边缘的分析使得从反应性到预测性的维护过程中获得必要的见解成为可能。这大大提高了劳动生产率,使一名技术人员能够有效地维护数十个站点,并保持低成本。边缘控制器可以从多个微发电机捕获事件序列和其他数据,然后将这些信息发送到云端进行进一步分析。整个船队的结果不仅可以用于检测正在发展的问题,而且还可以通过增加给定水流量水平的功率输出来提高性能。
熟练劳动力的短缺可以部分地通过生产率的增加来弥补,这可以通过智能投资在自动化中实现。可以以两种方式部署边缘组件以满足这种需求之一。对于新安装,如在水电微电子器示例中,边缘控制器可以提供实时控制,分析和优化,并在一个紧凑型系统中确保远程连接 - 全部。这是一种更有效的方法,而不是使用多个组件进行控制和其他功能,因为这些传统方法需要集成组件,额外的机柜空间和增加费用。
对于现有的安装(如在机器生成器示例中),可以在实时控制器旁边安装边缘网关、设备或控制器。该边缘组件可以从新的现场设备和现有的实时控制器收集数据,然后安全地将这些数据传输到其他平台,通常是基于云的,用于远程监测和分析。如果边缘组件是一个边缘设备或边缘控制器,那么分析、优化和其他功能可以在边缘执行,通过现有的本地网络或云将结果传输给最终用户。
无论哪种情况,劳动生产率都得到了提高,使得OEM机器制造商和他们的客户在改进操作的同时更好地利用人员。