圖1 借助于集成的PLC，驅(qū)動器的現(xiàn)場分配裝置可自主完成任務(wù)和評估信號，以識別局部差錯
德國諾德集團(Nord Drivesystems)遵循在所有層面踐行“工業(yè)4.0”的目標(biāo)。該集團認(rèn)為，驅(qū)動技術(shù)是生產(chǎn)數(shù)字化的基本前提條件之一。為此，德國諾德集團(Nord Drivesystems)將其在機械、電氣技術(shù)和電子技術(shù)方面的能力運用到聯(lián)網(wǎng)且自主的傳動技術(shù)解決方案上來。該智能驅(qū)動裝置由一個安全可靠的云連接的傳動裝置、電動機和變頻器組成。
驅(qū)動技術(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。生產(chǎn)或物流設(shè)備的變速電動機大部分是由變頻器進行控制的。變頻器按照標(biāo)準(zhǔn)測出電流消耗、電壓、轉(zhuǎn)數(shù)及工作溫度等重要的機器運行數(shù)據(jù)，用于對驅(qū)動器和設(shè)備控制器的運行狀態(tài)進行智能化監(jiān)控。通過基于數(shù)學(xué)算法的虛擬傳感器和集成進變頻器的PLC測得的機器運行數(shù)據(jù)計算出設(shè)備的傳動功率，同時參考已知的傳動器潤滑油的物理特性，從而準(zhǔn)確的測出傳動器潤滑油的預(yù)期壽命。由此便可得出傳動器潤滑油的利用率和更換傳動器潤滑油的預(yù)測日期。此外，驅(qū)動器也能借助于一個集成的PLC完成工作任務(wù)和評估信號，以識別局部的故障。
通過在局部驅(qū)動器組的通信，智能驅(qū)動器便具備自主解決一些問題的能力：它們連接一個傳動線的旁路線路，能夠在識別一個硬件缺陷時通過總線系統(tǒng)報告中央設(shè)備控制裝置，并能夠在需要時直接通過一個互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進行通信聯(lián)絡(luò)。驅(qū)動器級別集成的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)動器系統(tǒng)的兩個必要前提條件。集成的驅(qū)動裝置是可聯(lián)網(wǎng)的、自主的，并且在性能和功能方面是可擴展的。
能夠相互進行通信的驅(qū)動裝置
通過組成智能化相互能夠進行通信聯(lián)絡(luò)的驅(qū)動組可實現(xiàn)整個制造工廠的聯(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、飛機場或材料和貨物流中心設(shè)備的驅(qū)動器網(wǎng)絡(luò)，由此便能夠?qū)崿F(xiàn)對郵包配送中心、飛機場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)人員也可以評估遠(yuǎn)在澳大利亞的設(shè)備運行狀況，反之也一樣。
要在世界范圍內(nèi)實施“工業(yè)4.0”和云解決方案，需要一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和自動化行業(yè)公認(rèn)的將機器制造、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部件的進一步發(fā)展，已經(jīng)開辟了一條充滿希望的未來之路?？偩€系統(tǒng)也同樣如此，各個具體的驅(qū)動裝置相互之間進行直接通信聯(lián)絡(luò)，同時與控制器進行直接通信聯(lián)絡(luò)。未來，互用性標(biāo)準(zhǔn)如OPC Unified Architecture(統(tǒng)一體系結(jié)構(gòu))將能夠組成一個用于從現(xiàn)場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和真正的機器到機器通信聯(lián)絡(luò)直至連接物聯(lián)網(wǎng)的前提條件。
隨時隨地的整理利用數(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。所有驅(qū)動裝置有自己的IP地址，借助于一個路由器便能聯(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，均可測試設(shè)備里每個具體的驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)數(shù)、耗電量和逆變器溫度。智能驅(qū)動裝置部件將得到的值通過一個網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)揭粋€安全可靠的云。這些數(shù)據(jù)將用于過濾和分析工具進行評估。 在云里，數(shù)據(jù)采集和存儲時間可進行個性化選擇。因此，工程師便可隨時隨地的整理利用數(shù)據(jù)，可以在一個基于瀏覽器的網(wǎng)絡(luò)界面進行數(shù)據(jù)分析，并可在移動的終端設(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，可使變頻器進行智能數(shù)字評估和通信聯(lián)絡(luò)
在生產(chǎn)過程中測試解決方案
為了實現(xiàn)過程的最佳化和更多的創(chuàng)造價值，德國諾德集團(Nord Drivesystems)自行測試并利用工業(yè)4.0過程。由于十余年來增長的生產(chǎn)經(jīng)營不可能簡單的在一個綠地項目(Greenfield-Projekt)里用一個最佳化的框架條件和全套工業(yè)4.0結(jié)構(gòu)體系重新開始。項目“未來的工位”中的安裝過程得到了具體的優(yōu)化。因此，工作人員借助于擴增實境和3D動畫支持他們完成安裝作業(yè)任務(wù)或是能夠通過語音控制無紙選擇零件。
目的是實現(xiàn)無紙安裝作業(yè)。從出具訂單到安裝作業(yè)工位均應(yīng)是無紙進行的。此外，一些產(chǎn)品借助于QR碼和無線射頻識別(RFID)自主通過生產(chǎn)過程進行控制。德國諾德集團(Nord Drivesystems)在電子的和機械的制造范圍內(nèi)部分采用了自主機器人，這些機器人可以在生產(chǎn)過程自主尋找路徑，例如，這些機器人能夠?qū)φ系K作出反應(yīng)。
圖3 采用Nordac link現(xiàn)場分配器、一個兩級錐齒輪傳動裝置和一個IE4同步電機的Logidrive計劃是企業(yè)內(nèi)部物流的工業(yè)4.0解決方案的基礎(chǔ)
安全保護優(yōu)先
工業(yè)4.0意義上的聯(lián)網(wǎng)工作伴隨而來的是安全課題。特別是當(dāng)驅(qū)動器直接與云相連接時，為了預(yù)防被操縱、破壞或知識竊取，數(shù)據(jù)安全便成了一個問題，智能驅(qū)動器必須確保安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸。一個可能性是，通過Profisafe解決方案來確保安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在此，一個數(shù)據(jù)量的接受者將用發(fā)送者的信息對比后臺智能傳輸服務(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，才可對數(shù)據(jù)進行加工處理。如果有人在接受者和發(fā)送者的數(shù)據(jù)傳輸路上進行操縱或進行黑客攻擊，用戶可在將數(shù)據(jù)儲存進控制器之前，提前發(fā)現(xiàn)并能停止這個過程，當(dāng)前的云解決方案已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)該過程，將來還會有其他這樣的解決方案。從長期來看，德國諾德集團(Nord Drivesystems)的專家們已經(jīng)看到網(wǎng)宇實體系統(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。任何一個由控制器、存儲器程序化控制裝置(SPS)和國際網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的通信都能將它在此場景中的運行數(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)場數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的現(xiàn)場總線系統(tǒng)環(huán)境。對于完整聯(lián)網(wǎng)和虛擬插圖生產(chǎn)來說，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部件來擬定當(dāng)時必要的標(biāo)準(zhǔn)。
