浅论工业互联网的发展进程与体现形式

2021-07-12 09:05:46 江苏省企业技术改造协会 30

自动化、智能化的不断应用和发展使得人们对实时可视化的管理的需求不断提升。人机界面/数据采集与监视系统是实现实时人机信息交互的组态SCADA监控平台,从出现以来,与各行业不断交融,以千变万化的形式发展。通过组态设计,用户可实现实时对自动(PLC)生产工作系统的实时全透明数字化管理运维,提高对智能安全高效生产的保证和可视化,构建互联共通的集成工业物联网体系从而实现集中远程管理服务。

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一、 历史背景与意义

2019年11月22日,工业和信息化部正式印发《关于印发“5G+工业互联网”512工程推进方案的通知》,指出要打造一批5G+工业互联网”内网建设改造标杆、样板工程,形成至少20大典型工业应用场景;培育形成5G与工业互联网融合叠加、互促共进、倍增发展的创新态势,促进传统制造业与数字技术融合升级,推动经济高质量发展。通知的印发表明“工业互联网”网络关键技术产业能力、创新应用能力、资源供给能力已经形成了强有力的市场后盾,新技术与工业物联网应用创新有了强大的发展动力。

分析面向互联共通、信息数字化、全局资源实时调度的时代发展需求,将人机组态、远程管理、自动控制、手机移动端交互等技术结合创新,达到为工业生产构建更全能、更高能效、性价比更高的物联网解决方案。通过物联网系统的设计和构建可实现实时随地对异地人力物力资源的充分调用和配置,从而实现系统可持续性长期最优能效,促进资产可用性和性能表现的稳步提升。在实际生产制造中,人机界面/数据采集与监视SCADA系统是工业物联网最典型的应用,通过人机界面可提高生产透明数字化,从而促进精益生产、信息化和自动化的协同融合达到赋能制造业数字化未来。透明化的数字解决方案促进了IT、OT、AT 的无缝融合,为传统制造向智能制造提供了高效可靠的方法途径。

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数字与智能引领着时代发展的主旋律,从直接数字控制、监督控制、DCS、现场总线控制系统的发展以及CIMS计算机集成制造系统的逐步应用都预征着生产制造日趋智能与物联,而5G、人工智能等技术的发展正不断为集成智能物联提供了全新而具有无比潜力的数字化解决方案。从历史维度来说,英国通过蒸汽工业革命实现建立起称霸全球的殖民体系,德国通过第二次工业革命迅速崛起,美国通过第三次工业革命一直领先全球各国。新的工业革命所带来的巨大生产力是无可限量的,因此,世界各国为抢占生产力飞跃优势,已针对上述趋势建成了具体的战略发展体系,如中国制造2025、工业4.0等等。而这种趋势的典型代表就是智能和物联,结合我国国情和实际来说,中国制造2025的本质就是以创新为驱动的“智能制造”模式,其根本就是实现生产的智能化、数字化、集成化。

实时透明的运维是实现闭环质量控制、实现生产流程可追溯性,更是高效和安全生产的必需手段,是智能制造的大管家。现有的可视化运维系统主要是机身控制面板加计算机管理模式,其对物理空间、实时随地性有较大限制,不能满足用户的灵活性交互需求。而自动化厂商和开发商所面临的挑战正是提高生产灵活性和加强产品质量,随着移动通信技术和手机终端应用的发展,手机可视化组态正能作为一种新的解决方案实现实时人机对话。故将计算机集成管理控制系统与手机应用端配合起来使用,建立基于计算机主控端的手机次端实时交互运维系统对工程应用有着显著意义。

二、人机交互运维系统的历史

为了实现对生产的实时状态维护与生产可溯性,人们通过结合软件与硬件打造了一系列监控运维平台。即针对自动化系统控制器输入输出状态位进行配置、形成立体的视图界面以供技术人员对控制器运行状态进行监控和操纵,同时对整个生产过程进行界面化透视管理。

在生产控制中,把这种实时的透明化管理定义名为“组态监控”,“组态”放在具体的专业设计环境中的意思就是组装、组织状态,换一种说法即针对系统的状态以抽象的替代标志进行配置和可视化加工。实现这个配置过程的工具名为组态软件,同时组态监控有一个更专业的名称——数据采集与监视,而组态软件的更专业更具体称呼是人机界面(HMI)/控制与数据采集软件,人们也常将它称为“SCADA”软件。SCADA软件它所解决的问题是实现人机交互界面的构建与计算机数字控制,其以图元化的方式将各种可定义块和结构单元灵活组合,以实现整体的过程和计算机数字管理控制。组态软件是为自动控制系统服务的计算机上位机功能软件,它最初的应用是集散控制系统(DCS),适应于各种分散控制,集中管理的集成系统。而随着PLC的不断广泛应用,建立控制监视一体化系统已成为了企业对生产质量与提高系统可靠性的迫切需要,而随着信息技术的不断发展,PLC&HMI已经成为了自动控制系统的标配。

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三、 人机交互运维系统与移动智能端的融合趋势

5G、人工智能、大数据、虚拟现实等技术的不断发展和成熟,一定会让SCADA技术发展的更加多样化和更加广泛应用于的人们生活的各个领域。而同时从第一代通信技术到第五代通信技术,手机已经从当初的语音模拟通话早已成为了今天的多功能集成化智能平台,事实表明,手机已经成为了物联网中不可或缺的一个支点,手机也已在工业互联网、智能家居中有了诸多应用。

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手机移动端运维监控能够充分实现对现场设备进行维护调节管理,实现对异地人力物力资源的共享和调用,实现故障实时诊断和解决等一系列实时功能,可作为计算机组态可视化系统的便捷式移动辅助运维端。随着数字技术与生产制造融合的不断发展,手机监控运维也成了工业物联网的一个节点。诸多企业已经开始着手该产业的布局,并涌现出“华辰智通、鲲航物联、云联物通、中联智控”等诸多应用产品。但现有手机组态监控一般是基于网关数据采集硬件和定向开发模式,成本高,在整体模式上和交互技术上还有着巨大的技术优化和改造空间,尤其是在传统制造向智能制造的发展过渡期所面向的环境标准多样不统一。

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四、手机作为工业互联网终端的优势

现今制造业正从传统制造向智能制造转型过渡,数字信息技术不断与制造业进行融合。但也因此会有诸多问题存在,如技术实现不一新旧共立、各厂商产品不兼容等等。比如说某企业工厂使用的是贝加莱的PLC,那么其SCADA组态界面的开发平台必须是Automation Studio,而要在AS开发的组态使用手机可视化监控就必须使用贝加莱的网关产品,若要实现系统组态化实时功能,牵涉诸多,无论是工程造价还是开发成本都不宜。还有很多企业的现有技术实现模式就是计算机组态管理,公司未必能或者想大花成本去改造系统,更多的想法是在不干涉原系统的前提下,用最低成本实现整体系统功能的升级。而新型的人机交互系统就是针对此市场矛盾与需求进行的全能兼容性技术架构实现,无论计算机端是WINCC组态界面或者800XA组态界面,都可以通过数据投影实时同步至手机组态界面。通过高适配的交互环境达到手机移动端实时实现对现场设备运行维护。

新型人机交互系统正是针对上述市场需求分析和发展趋势,依托智能和物联技术与工业控制不断融合升级的大趋势,以第五代移动通信技术的高可靠低延时、强大移动宽带、海量机器连接不断线作为技术发展支撑,以手机为终端交互平台,以PLC自动控制系统与计算机组态监控系统为服务对象,实现实时随地全透明数字化辅助性多层次运维。


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