近日，工業(yè)和信息化部官網(wǎng)發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃(2021-2023年)》)指出，未來三年將是我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速成長期，工信部將著力解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的深層次難點、痛點問題，推動產業(yè)數(shù)字化，帶動數(shù)字產業(yè)化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應用不同于互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應用，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的主戰(zhàn)場在實體經濟，面向工業(yè)、立足工業(yè)、服務工業(yè)。本文以ADI行業(yè)領先的產品與技術解決方案為例，闡述如何突出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心優(yōu)勢，促進制造業(yè)向數(shù)據(jù)驅動型創(chuàng)新體系和發(fā)展模式轉變，持續(xù)拓展產業(yè)發(fā)展新空間，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用創(chuàng)新。
軟硬件賦能，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應用持續(xù)深化
開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎軟硬件研發(fā)，推動新一代信息技術與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合技術研究，強化對工業(yè)裝備、工業(yè)控制系統(tǒng)、工業(yè)軟件的帶動提升，將進一步壯大工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術產業(yè)創(chuàng)新生態(tài)、拓展創(chuàng)新發(fā)展新空間。其中，數(shù)字化產品需要更為廣泛的普及，工業(yè)5G芯片/模組/網(wǎng)關、智能傳感器、邊緣計算芯片等新型數(shù)字化元器件隨著技術成熟度的不斷提升，將帶動設備、產線智能改造成本持續(xù)下降，可視化、低代碼開發(fā)工具不斷優(yōu)化，工業(yè)軟件開發(fā)運用難度也將逐漸降低，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)解決方案供應商方案輸出能力得到有力深化，覆蓋領域持續(xù)拓展，生產各環(huán)節(jié)數(shù)字化水平不斷提升。
在工業(yè)互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的過程中，基于狀態(tài)的監(jiān)控(CbM)是一種越來越重要的策略并有可能最先落地實踐，隨著使用Python和MATLAB的開源開發(fā)平臺的出現(xiàn)，CbM的應用也越來越廣泛。ADI最近發(fā)布了一個新的硬件開發(fā)工具包CN0549，用于以振動為中心的基于狀態(tài)的監(jiān)測。該套件能夠與現(xiàn)有的硬件處理器接口，包括與Arduino外形尺寸兼容的FPGA和基于微控制器的單元兼容，因此具有較好的設計可移植性。
作為一個由三部分組成的工具包，CN0549為硬件設計師、軟件工程師和算法開發(fā)人員提供了一個部署基于振動狀態(tài)監(jiān)測的快速開發(fā)平臺，該工具包提供了所需的HDL和軟件，并具有開源許可，允許通過ADI的傳感器工具箱和pyadi iio將數(shù)據(jù)遷移到MATLAB和Python。
CN0549硬件平臺示例連接到DE10Nano，SMA接口連接到MEMS傳感器
基于IEPE接口，CN0549 CBM平臺采用的振動傳感器技術采用2線制標準，由電流源驅動，確定的參考電壓通常在10 V和30 V之間。來自傳感器的信號被施加在參考電壓上，對信號進行調制，這種調制信號提供了時域和頻域的實時數(shù)據(jù)，可以利用信號處理技術來開發(fā)相干數(shù)據(jù)算法。確保數(shù)據(jù)完整性的一個關鍵因素是將MEMS傳感器連接起來以監(jiān)控設備。ADI專門設計了一個安裝板來解決這個問題，允許傳感器和被監(jiān)測設備之間有一個可重復的接口。
CN0549系統(tǒng)的簡化框圖，顯示了與24位AD7768-1精密ADC接口的IEPEADXL1002 MEMS傳感器。
振動監(jiān)測只是預防性維護狀態(tài)監(jiān)測策略中應用的一種方法，物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術和工業(yè)自動化的普及還將意味著人類的體力勞動更少，在系統(tǒng)監(jiān)控和管理方面需要不斷發(fā)展的技能。制造商則需要更靈活的系統(tǒng)來快速輕松地適應不斷變化的要求，而不能再依賴為批量市場產品和可預測需求設計的固定的大規(guī)模系統(tǒng)。ADI新推出的AD74412R和AD74413R具有可重構的模塊通道，可以快速、輕松地實現(xiàn)遠程設計靈活的控制系統(tǒng)，同時無需進行大規(guī)模的重新布線。這極大地提高了制造商和工業(yè)運營商的實現(xiàn)速度和靈活性，并使其能夠在不大量增加成本和停機時間的情況下進行更改。
部署更為高速可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡
此外，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新一輪的快速發(fā)展周期內，企業(yè)產線建設的升級優(yōu)化，扁平化、柔性化、有線無線互補并進的趨勢更加明朗，工業(yè)現(xiàn)場總線向工業(yè)以太網(wǎng)方向演進，時間敏感網(wǎng)絡(TSN)、確定性網(wǎng)絡、邊緣計算等技術加速發(fā)展。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢是能夠充分利用傳感器采集的不斷增加的數(shù)據(jù)做出更好的決策，而在整個工業(yè)自動化系統(tǒng)中，能否及時獲取和傳輸數(shù)據(jù)取決于網(wǎng)絡連接。因此，為應對日益增長的數(shù)據(jù)量，網(wǎng)絡技術以及制造工藝流程和方法都必須不斷改進。智能、互聯(lián)的自動化環(huán)境需要數(shù)字連接控制系統(tǒng)、工業(yè)設備、產線機器人等，以創(chuàng)建和共享信息。這些機器采用的通信方式以及部署的工廠通信網(wǎng)絡是企業(yè)的核心，也是推動實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關鍵。
可以預見，未來的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用必須支持各種常見的網(wǎng)絡拓撲，如PROFINET、EtherNet/IP?、EtherCAT?、POWERLINK?等常用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，以及線狀和環(huán)狀拓撲和星形拓撲。ADI打造的fido5000系列產品是具有兩個以太網(wǎng)端口的實時以太網(wǎng)、多協(xié)議 (REM) 交換芯片，是可編程的 IEEE 802.3 10 Mbps/100 Mbps 以太網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本 6 (IPv6) 和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本 4 (IPv4) 交換機，可虛擬支持任意 2 層或 3 層協(xié)議。另外，它可以連接任何主機處理器，這讓開發(fā)人員可以使用自己的處理器和他們首選的開發(fā)環(huán)境。
值得一提的是，fido5000還支持時間敏感型網(wǎng)絡 (TSN)，未來基于TSN的工業(yè)以太網(wǎng)應用的需求將能夠滿足運動控制或安全等應用非?？量痰膶崟r要求。在工業(yè)環(huán)境中，即使一毫秒的通信延遲也可能會對制造商的產品質量、吞吐量和效率產生負面、成本高昂的影響。而ADI推出的新型Chronous?系列工業(yè)以太網(wǎng)解決方案ADIN1300，進一步致力于解決部署具有低延遲和較小封裝尺寸的工業(yè)以太網(wǎng)連接方面的重要挑戰(zhàn)，以確保實時可靠的工業(yè)通信，從而縮短工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡周期時間。這是一款工業(yè)以太網(wǎng)物理層(PHY)產品，以幫助制造商應對關鍵的工業(yè)4.0和智能工廠在通信上的挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)集成、同步、終端連接和系統(tǒng)互操作性。
本文小結
我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在歷經三年起步期后，已經打下了良好的發(fā)展基礎?！笆奈濉睍r期，將是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)立足我國制造業(yè)轉型升級內生動力，發(fā)揮5G、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術引領作用，實現(xiàn)并跑領跑的關鍵階段。ADI專注于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域產品研發(fā)與技術創(chuàng)新突破，能夠為工業(yè)客戶提供在感知、測量、解讀、通信、網(wǎng)絡安全和邊緣計算等各個環(huán)節(jié)中的產品和解決方案，與行業(yè)一起探索更快實現(xiàn)工業(yè) 4.0 的途徑。
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