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【深度】工業(yè)4.0的未來,還有控制器的位置嗎?
2024-05-17

【深度】工業(yè)4.0的未來,還有控制器的位置嗎?

工業(yè)4.0參考架構(gòu)模子(RAMI 4.0)以一個三維模子展現(xiàn)了制造業(yè)觸及的一切樞紐要素,正在這個模子的級別條理維度(右邊程度軸)描寫了一個7層的自動化層級,如圖1所示,從下到上依次是:產(chǎn)物,現(xiàn)場設備,掌握設備,工作站,運營中央,企業(yè),互聯(lián)天下。【深度】工業(yè)4.0的未來,還有控制器的位置嗎?

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【深度】工業(yè)4.0的未來,還有控制器的位置嗎?圖1.工業(yè) 4.0自動化層級

【深度】工業(yè)4.0的未來,還有控制器的位置嗎?

這類功用分類,和IEC 62264(《企業(yè)操縱系統(tǒng)集成》)和IEC 61512(《批操縱》)尺度劃定的層級同等。正在一個現(xiàn)實的工場環(huán)境中,為了更清楚地剖析差別層級關(guān)于網(wǎng)絡通信層面請求的差別,我們把現(xiàn)場設備到工作站之間的層級做了進一步的細分,如圖2所示。

圖2.車間自動化模子

依據(jù)數(shù)據(jù)巨細、輪回周期、傳輸間隔、節(jié)點數(shù)目等特點目標,上圖不一樣層級間網(wǎng)絡通信的典范數(shù)值如下表所示:

表1.車間自動化通信特性和請求

由于差別層級關(guān)于網(wǎng)絡通信方面的請求差別,正在今朝的網(wǎng)絡技術(shù)條件下,云端平常只是存儲設備運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù),并應用深度進修等人工智能算法,實現(xiàn)體系的正在線辨識取建模,然后優(yōu)化設備的運轉(zhuǎn)服從大概保護設備的運轉(zhuǎn)狀況,并不會直接節(jié)制驅(qū)動器往實現(xiàn)對被控工具的節(jié)制。

以云3D打印為例,平臺由云端向3D打印機發(fā)送G代碼來掌握打印設備,如圖3所示:

圖3.現(xiàn)階段云3D打印體系架構(gòu)

這類架構(gòu)存在的一個重要問題在于,一旦設備定型采購,沒法對控制器硬件舉行升級(給予擴大的運算性能)。為進步3D打印的服從和精度,某團隊開發(fā)了一種名為“FBS振動抵償”的軟件算法,能夠有效地將3D打印速度進步一倍,然則,由于某些3D打印機控制器“的測算本領(lǐng)和內(nèi)存皆很低,不可以支撐用戶的算法。又比方,多臺機器人協(xié)同活動(RoboTeam)的場景,受限于今朝機器人控制器的測算本領(lǐng),一樣平常只會支撐4臺機器人的同步活動,沒法擴大到更多數(shù)目的機器人協(xié)同活動。

另外,假如現(xiàn)場的設備操縱器需求升級或替換時,整臺設備或整條出產(chǎn)線皆需求停機,進而換上新的設備操縱器,如許就會招致出產(chǎn)中斷;為滿意某些高靠得住運轉(zhuǎn)規(guī)定的場所,需求創(chuàng)設一個冗余的操縱平臺(雙機熱備PLC),這類計劃本錢太高并且事情還很是繁復。

伴隨著網(wǎng)絡技術(shù)(5G,Wi-Fi 6)和網(wǎng)絡化操縱理論(展望操縱,數(shù)據(jù)驅(qū)動操縱)的不斷發(fā)展,現(xiàn)階段已經(jīng)有所謂的云操縱體系(Cloud Control System)的觀點,它聯(lián)合了云盤算和網(wǎng)絡化操縱的長處,其體系拓撲圖如圖4所示。

圖4.云端控制系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

正在這類架構(gòu)中,由于云計就算是一種具有彈性的辦事,使用者無需了解辦事提供商的物理位置,只需求有網(wǎng)絡連接,就能夠依照需求設置所需的假造化資源(盤算,軟件,數(shù)據(jù)拜訪和存儲),然后正在該假造化資源上對種種數(shù)據(jù)(實時數(shù)據(jù),歷史數(shù)據(jù))開展闡發(fā)和處置,進而生成操縱系統(tǒng)的操縱旌旗燈號。

終極,留正在現(xiàn)場的終端能夠簡化成一個純真或只需具有有限的盤算/存儲本領(lǐng)的輸入輸出設備,上文提到的題目,還能夠正在這類架構(gòu)中得到解決,比方即使現(xiàn)場設備控制器沒法支撐運轉(zhuǎn)“FBS振動賠償算法”,經(jīng)過擴大云端控制器的運算本領(lǐng),還能夠進步3D打印機的運轉(zhuǎn)服從,如圖5所示。

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圖5.云掌握3D打印體系架構(gòu)

由活動操縱的角度來講,機械人和3D打印機的架構(gòu)有類似之處,由于操縱器的較量爭論本領(lǐng)和內(nèi)存皆很低,進而沒法支撐新算法的題目。正在機械人行業(yè)一樣存正在這種題目,云操縱系統(tǒng)此供應了一種新的辦理思緒。

只管云掌握體系具有諸多上風,但是在當前階段,仍是面對很多挑釁,例如:信息傳輸取處置懲罰的挑釁,如安在大延遲下包管掌握質(zhì)量和閉環(huán)體系的穩(wěn)定性;掌握體系安全性的挑釁,不但要抵擋物理層的隨機滋擾和不確定性,更要抵擋網(wǎng)絡層有策略有目標的攻擊等。

所以,這類掌握架構(gòu)不容易完整改寫業(yè)內(nèi)所熟知的參考架構(gòu)模子,但在不久的未來,伴隨著網(wǎng)絡技術(shù)和網(wǎng)絡掌握的不斷開展,云掌握系統(tǒng)將對包孕機器人在內(nèi)的各類設備的開展和各類事實利用起到主動推進作用。

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