虹科方案|虹科GEMBO物联网平台-工业4.0应用程序的边缘处理

随着工业4.0的蓬勃发展,制造业逐渐向数字化转变,但是旧设备通常不具备数字化功能,虹科Gembo物联网平台能够保留旧设备,将新旧设备同时连入工业物联网,使制造商能够无缝地过渡到工业4.0,挖掘实时访问传感器数据的潜力,提高效率、生产力和质量。

GEM Precare平台通过部署传感器实现了对过程数据的实时访问,这在控制和监控过程中十分重要。在云端或机器本身的边缘复杂事件处理(CEP)需要高处理性能的硬件平台,GEM Precare通过使用功能强大的 GEM 代理对传感器数据进行边缘处理。

这些代理支持各种基于ARM、 MIPS 和 x86嵌入式处理器的嵌入式硬件平台,以及嵌入式操作系统,如各种 Linux 风格和实时操作系统。此外,GEM 代理还可以使用可编程硬件(如fpga)和加速器(如DSPs)。

实时获取机器性能数据的另一个重要好处是能够进行数据分析,并应用机器学习技术探究预测性维护趋势。与计划维护相比,预测性维护的好处在于前者减少了机器的停机时间,无论机器的实际性能或状况如何,都取消定期维护,而只是在机器状况达到预先设定的最大公差水平的情况下才进行维护,达到公差水平的时间可以从机器的数据模式随时间的变化趋势中预测。因此,预测性维护提高了整个设备的效率,即OEE。

GEM Precare 电机控制代理

下面的电机控制案例说明了虹科Gembo物联网平台的功能和优势:

在机器和生产过程中电机非常普遍,因此实时监控电机性能是十分必要的。GEM 与英特尔和贝加莱合作开发了一个端到端电机控制和监测解决方案,该方案利用了通用且强大的边缘CEP GEM代理和GEM Precare云平台进行监测和预测维护。下面显示的流程图描述了一个流程控制应用程序示例。

控制泵决定管道中的流量,装置后端的安全阀防止管道内超压。该装置控制的关键参数是压力、流量和流道,泵的关键参数是电机温度、转速、电流消耗、振动和噪声。管道压力和流量直接受到泵电机转速的影响。

监测系统框图

下图为监测关键参数、控制电机和安全阀的系统框图:

PCIe附加卡与英特尔Cyclone V SoC FPGA执行实际电机控制和感应电机电流的消耗量、转速和温度,贝加莱X20CP PLC监测振动和噪音。基于 Intel Skylake x86计算机运行GEM代理,并通过云端的GEM Precare平台提供以太网上的通信链路。该计算机同时作为网关工作,并通过以太网与贝加莱X20CP PLC进行通信。

其中一个GEM代理在英特尔Cyclone V SoC FPGA中嵌入式ARM 处理器上运行,并采集电机参数。另一个GEM代理在基于英特尔Skylake CPU的计算机上以OPC UA客户端模式运行。该代理采集英特尔Cyclone V SoC FPGA的GEM代理和贝加蒂X20CP PLC的传感器数据,该PLC以OPC UA服务器模式运行。OPC UA 客户端/服务器模型的好处是网络中不同实体之间的所有通信都符合开放的行业标准。

GEM Precare 电机控制仪表盘

GEM PRECARE 指示板如下所示。仪表板使用仪表小部件显示管道压力和流量,以及泵的实时马达温度。泵电机的转速、电流消耗、振动和噪声实时显示在图形部件中。安全阀状态通过“红绿灯”控件显示,当阀门开启或关闭时,它会打开对应的红绿灯。

用于电机控制的复杂事件处理(CEP)规则如下:

1. 如果电机温度超过温度阈值水平1并且电机转速超过阈值,GEM代理将降低转速。GEM Precare平台将显示高温警报,并且GEM代理将执行防止严重故障的指令,直到温度下降到低于温度阈值水平1。

2. 如果电机温度超过温度阈值2并且电机转速超过阈值,GEM代理将立即将电机转速降至零,并同时打开安全阀,减轻管道中的压力。GEM Precare平台将显示严重高温警报和GEM代理将会执行的指令,直到温度降至温度阈值1以下。

3.如果电机转速超过阈值,管道压力超过压力阈值1,GEM代理将降低转速。GEM Precare平台将显示高压报警和GEM代理将执行的指令,以防止严重故障,直到压力降到压力阈值水平1以下。

4.如果电机转速超过阈值,管道压力超过压力阈值2,GEM代理将立即将电机转速降至零。GEM Precare平台将显示严重高压警报和GEM代理将执行的指令,直到压力降至压力阈值水平1以下。

以上说明了GEM代理执行边缘CEP的时间关键监测和控制的能力和优势。GEM代理可以立即执行指令,并且是在GEM Precare未控制之下自动执行。

大型工厂中通常有多个类似以上案例的电动机控制单元,例如酿酒厂。每个控制单元都通过GEM代理连接到GEM Precare平台。

GEM代理在边缘执行控制和CEP,工厂的所有电机控制单元数据输入到GEM Precare平台,每个控制单元显示一个仪表盘,GEM Precare平台计算每个控制单元以及整个工厂的OEE、MTBF和MTBA,并分析监控信号以创建预测维护模型。

结论

GEM代理能够充分利用运行的硬件,在边缘而不是在云中进行复杂事件处理,就像以上电机和阀门复杂系统所列举的一样,减少了关键点的监测和控制应用程序的延迟时间。此外,GEM代理支持OPC UA 客户端/服务器模型,可与现代PLC进行互操作。最后,GEM Precare支持实时远程监控和可视化,通过关键参数和信号云的报警进行执行指令的实时调整。