工厂自动化和楼宇自动化需要边缘智能化

日期:2020-10-30

Maxim Integrated边缘智能解决方案有效简化设备重新配置及传感器调试过程

 
作者:PSDC主编 刘洪
 

 
日前,Maxim Integrated举办线上媒体采访会议,公司工业与医疗健康事业部工业通信产品线总经理Jeff DeAngelis以“赋予边缘智能(empowering Intelligence at the edge)”为题介绍了如何助力实现更智能的工业网络前沿,以及Maxim Integrated先进的诊断功能及稳定可靠的IO-Link驱动技术。这些技术有助于提高生产效率,降低运营成本,同时为工厂设备升级提供了更便捷的方法。

 

Maxim Integrated工业与医疗健康事业部工业通信产品线副总裁Jeff DeAngelis
 
为什么需要边缘智能?
Jeff DeAngelis表示,所谓“边缘”就是机器和现实世界接口,相当于传感器和执行器。随着大家越来越重视环保,越来越多的工厂希望能够达到绿色健康标准,既实现减排,也保证员工的身体健康,这样才能为提高生产力,降低成本提供一些帮助,这就需要智能化。
 

边缘智能大幅降低停工时间和成本
 
在楼宇自动化方面,如果工作环境太热或太冷或空气质量不好,员工的生产力会下降大概10%,因为会有更多的员工生病、工作状态不好等情况发生。楼宇自动化的边缘智能能够让员工在一个相对舒适环境下工作,有效提升员工的工作放率,同时将员工生病的情况降低30%左右,平均每年节省20%能源。
 

边缘智能助力节能并提高员工生产力
 
Jeff DeAngelis以工厂自动化为例解释了边缘智能的迫切性,他说,现代工厂就像一个迷宫,随着传感器、执行器、电动机、螺线管和阀门数量不断增加,促使工业控制器需要越来越多的通道来解释数据,以做出响应和决定。虽然为控制器添加越来越多的通道似乎是显而易见的方法,但是管理这种集中化的过程控制方法本身已成为一项艰巨的任务,尤其是需要大量的布线。
 

用于工业自动化和过程控制系统的64通道高端PLC
 
边缘何以智能?
Jeff DeAngelis说:“作为半导体供应商,Maxim Integrated能做的就是提供更多的产品和解决方案,帮助这些工厂和公司来提升其传感器和执行器端的智能化,主要包括软件配置的输入输出接口,以及诊断和安全性角度的提升。”
他介绍说,早在2014年Maxim Integrated推出了一款Micro PLC参考设计,对工业PLC进行了非常大提升,设备的体积约为540立方厘米。和传统PLC相比体积非常小。因为它很小,更容易布置在工厂所需要的任何一个地方。
2016年,推出了第二代解决方案Pocket I/O,它的体积只有167立方厘米,功耗比第一代降低了30%。
2018年,推出了第三代工业互联网PLC解决方案GO-IO,它的体积比上一代进一步缩小,尺寸是前一代的1/10,仅12立方厘米,功耗降低了50%。
2020年10月,又推出了最新一代产品,在保持上一代GO-IO尺寸的基础上增加了非常多的功能,其两个版本一个用在工厂自动化,另一个用在楼宇自动化,能够支持更多智能化功能。
所以,结合了这些演示平台和新产品,可以为工厂自动化、楼宇自动化的客户提供一个非常完整的解决方案。
 

Maxim Integrated的工业智能化之路
 
Jeff DeAngelis从四个方面介绍了边缘智能的内涵:
第一,智能化传感器。所谓智能化传感器说的是传感器本身,能够通过配置去实现更多的功能,在部署了传感器之后,可以通过一些配置或是调整实现不同的传感器功能。例如,在某些情况下,必须部署一些新的传感器,智能化就不需要停工去重新布线和部署,只需要简单配置一下。
第二,智能化执行器。因为传感器感知现实世界,执行器则相反,是作用于现实世界,例如一些电机、阀门等。所谓智能化执行器就是可以自动配置、调整一些功能和特性。比如自适应性,根据外界环境做出一些自动调整和优化,提高产出率,也可以提升工作安全性,延长其工作年限和时效,从而降低成本和提高工作效率。
第三,软件可配置I/O。传感器和执行器与现实世界的交互是通过I/O实现的。传统方式是:输入就是输入,输出就是输出,接口是固定的,是定死的,缺少灵活性。现在,通过软件可以控制的I/O就会灵活很多,在未来部署的时也更加灵活,同样一个接口可以通过配置实现一会儿输入,一会儿输出。
第四,增强诊断功能。不管是工厂还是楼宇,有许多智能化设备帮助我们提高效率,同样我们也需要了解这些设备的自身状况,发现一些潜在故障,越早发现,就越容易解决这些问题,从而降低发生故障的几率,也就提高了工作效率。
 
改变传统架构的IO-Link
Jeff DeAngelis具体介绍了Maxim Integrated开发的一个重要技术——扩展边缘智能的IO-Link® 集线器,它在智能化传感器和执行器方面改变了传统解决方案的架构,有助于节省时间,提高生产力,改善效率。
他将传统PLC的解决方案或架构与软件可配置“边缘智能化”进行了对比。传统PLC有很多I/O卡,这些固定的接口卡通常安装在工厂的一个位置。不同传感器和执行器可能需要固定接口,这个接口接上这个传感器或执行器还要拉很远的线,因为传感器和执行器未必和PLC主机位置很近。问题在于:拉线比较远;线比较多,不知道某一个卡上接的是什么传感器,需要有很好的记录,才会知道哪个接的是温度传感器,哪个接的是压力传感器,非常混乱,管理起来也很麻烦。另外,当需要接入一个新设备时也非常复杂,首先得有多余的接口,还得重新布线。
 

用IO-Link® 集线器扩展边缘智能
 
看看IO-Link技术是如何实现边缘智能化的。在PLC卡上拉一根线,接到一个IO-Link集线器,它离传感器、执行器更近,每个集线器再接多个传感器或执行器,这样的方式就会更加灵活。好处在于:
第一,只需要接一根线到集线器,扩展能力更强;
第二,IO-Link技术允许后面接的传感器是模拟或数字的,也可以是输入或输出,所以后端的传感器和执行器更加灵活。客户可以通过IO-Link和向下配置后面的传感器和执行器,并通过简单的软件配置更改一些参数,非常方便和灵活。
此外,当需要接一个新设备时,因为集线器非常容易扩展,离现场端更近,所以很容易接入,不需要PLC拉很长的线或另外布线,效率也会大大提升。
IO-Link给每一个接入到其总线的设备一个I/O设备描述文件,当这个设备接入总线时,集线器就会自动识别出来:是温度传感器还压力传感器,非常方便管理。
 

软件可配置IO省时省力
 
如何实现?
Jeff DeAngelis告诉记者,Maxim Integrated的MAX22000和MAX22515芯片组方案充分利用了IO-Link的双向通用接口优势。IO-Link接口允许每个IO-Link传感器、执行器或IO扩展模块与标准硬件接口交互操作。芯片组方案也提供软件定义的性能参数和可选的模拟输入或输出工作模式。MAXREFDES177# IO-Link参考设计整合了这些功能,并用于演示灵活的软件配置能力,通过软件可无缝配置MAX22000模拟IO的所有模式。
IO-Link和软件可配置IO产品包括:
  • MAX22000软件可配置模拟IO,其功耗和尺寸均为最接近竞争产品的一半,其温漂比最接近的竞争方案低2倍,从而支持高精度温度校准。关键功能包括24位ADC模拟输入模式和18位DAC模拟输出模式,以及工作在2线或4线电阻温度检测器(RTD)/热电偶温度测量。
  • MAX22515IO-link收发器,与最接近的竞争产品相比,功耗仅为四分之一,尺寸仅为二分之一。MAX22515是业界最小的具有±1.2kV/500Ω浪涌保护的单通道IO-Link收发器。这款高度集成器件内部包括保护二极管、辅助数字输入、I2C或引脚控制、内置振荡器和可选3.3V或5V LDO,有助于提供高可配置性、减少SKU。器件的C/Q驱动级导通电阻仅为2.2Ω或2.65Ω(典型值),采用最小2.5mm x 2.0mm WLP封装,使热损降低4倍。与最接近的竞争产品相比,方案尺寸减少50%,适用于小尺寸空间受限的IO-Link传感器或执行器。
上述芯片组的关键优势有三:一是灵活性,软件可定义IO并实时调整设备参数,快速实现系统配置,有助于大幅优化机器性能、减少工厂停工时间;二是高效,可以实现业界最佳的节能标准,功耗分别为竞争方案的二分之一和四分之一;三是小尺寸,MAX22515提供最小的单通道IO-Link占位面积,不足5mm²,MAX22000占位面积为86mm²。两款产品比市场上的其他方案缩小50%。
 

IO-Link参考设计
 
新型工业IoT平台需求迫在眉睫
Jeff DeAngelis认为,越来越多的传感器在生产设施和工厂中收集越来越多的数据。为了评估这种“数据黄金”,需要现代的实时计算机和用于边缘计算的工业级组件。
工业物联网(IIoT)能够为边缘智能提供一些帮助,Maxim Integrated的非常智能和小巧的工业物联网平台只有12立方厘米体积。虽然它非常小,却集成了非常多的高科技产品,包括I/O、隔离、485通信等,是一个体积小、功耗非常低的完整解决方案。
其Go-IO参考设计可以帮助设计者在工业4.0数字工厂设备中实现更强大的智能性,同时满足PLC严格的尺寸和功耗要求。Go-IO在尺寸只有信用卡一半大小的封装中集成了17个可配置IO,充分释放了工业物联网的全部潜能,支持在自动化工厂子系统中实现可提升生产效率的自诊断功能。
 

Go-IO参考设计
 
另一个是楼宇自动化最新演示平台,用到了三个新发布的产品:集成基准电压源的四通道12位可配置模拟输出的MAX22007;自供电、两通道3.5kVRMS数字隔离器MAX22518,还有四通道工业数字IO MAX14906。另外还用到了隔离降压电源模块MAXM15462和完全隔离型RS-485/RS-422模块收发器+电源MAXM22511。
 

楼宇自动化最新演示平台
 
为未来工业5.0铺平道路
Jeff DeAngelis最后表示,上述这些新的产品和技术有助于提高工业物联网解决方案的性能和效率。而边缘智能可以在工厂和楼宇两个方面降低停工时间、运营成本,提高能源使用率,节省能源,另外还能够有效保证工作环境及员工的身体健康,提高工作效率。
对于智能传感器、执行器、软件可编程I/O,还有诊断等,新技术结合下一代最新AI算法,将对未来工业等领域带来更大的提升。
作为致力于开发创新的模拟和混合信号产品与技术,让系统更小巧、更智能,同时增强其安全性能、提高能效的半导体厂商,Maxim Integrated所做的一切都将为未来工业5.0自适应机器的发展铺平道路。

www.maximintegrated.com

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