机电设备系统集成优化方案-ODVA

PUB00266R1 Page 1 of 8. ©2011-2012 ODVA, Inc. All rights reserved. 机电设备系统集成优化方案 供制造业共享的机电设备集成优化方案.. . . . . 全面 . . . 扩展 . . . 安全 . . . 兼容 . . .开放 ODVA 与OPC基金会及Sercos国际组织合作奉献 机电设备系统优化方案 ODVA, OPC 基金会和 Sercos 国际组织共同支持 PUB00266R1 Page 2 of 8. ©2011-2012 ODVA, Inc. All rights reserved. 执行纲要 机电设备是生产过程的核心，如何优化它与企业中其它设备以及监管系统间的集成，是制造商力争的焦点所在。制造商通常将资产周转率作为这种高价值设备的基准，以衡量一家公司资产产生收入的效率。但是在今天的经济环境下，生产专家和企业高层都需要更加全面的关注点，所以除了资产（即机电设备）周转率外，制造商必须衡量资产本身的能力，以帮助企业实现整体业务目标并适应瞬息万变的市场需求. “易于集成”则至交重要. ODVA提供一种开放的，可互操作的通讯架构来优化机电设备集成，这种架构无论对于制造商还是机电设备生产商来讲，都是全面的、可扩展的、安全的、开放并且兼容的。在此架构的基础上，ODVA通过与OPC基金会和Sercos国际组织合作的举措，力求促进协同合作与创新。 机电设备系统集成优化方案（OMI™），通过简化设备与设备之间的通讯，以及设备与监控系统之间的通讯，为机器生产商来提供了创造附加值的机会。OMI通过将数据转换成信息，为动态决策提供工具，从而最大程度地提高机电设备生产率和性能，并增强设备资产的预防性维护能力。 因此，OMI会提升机电设备的价值，延长设备的生命周期，水到渠成地帮助制造商完成整体业务目标，包括劳动力、利润率以及可持续发展的目标。 本白皮书介绍了制造业优化机电设备系统集成的良机，并概述了一种用于机电设备通讯的开放、统一的集成模式，内容包括如下： • 工业生态系统中的机电设备 • 机器在生产领域中的共同愿景 • OMI的工业使用案例; • OMI的实践应用. 此文献给在制造业和机电设备生产企业中，为完成企业整体业务目标而不断努力探索可长期使用的信息集成通讯技术的业务和技术骨干们。机电设备系统优化方案 ODVA, OPC 基金会和 Sercos 国际组织共同支持 PUB00266R1 Page 3 of 8. ©2011-2012 ODVA, Inc. All rights reserved. 工业生态系统中的机电设备 ODVA设想提供一个机电设备间可互操作的框架，它涵盖工业生态系统的三大领域：生产、企业及电网（参见图1）。该方案关注通讯在生产过程设备控制中的重要性，同时强调查看和调用机电设备信息的可能性，例如能源指标和安全系数可以作为共享的资源在制造业的各领域中流通。 OMI在生产领域中的愿景 尽管机电设备在制造业中是必不可少的，生产专员却始终没有获得标准的工具和指导去全面地简化机电设备的集成。OMI 将切实有效地改变这种境况。通过实施OMI，制造商能够用一种标准的方法，直观地获得生产领域各个层面机电设备的信息，同时简化设备间通讯所需的连接，从而获利。反过来，这也将帮助设备生产商推进创新，同时帮助制造商们显著提高生产率。 生产领域中机电设备的集成是OMI 的主要关注点。 庞大的设备供应商群体，都是ODVA，OPC 基金会和Sercos 国际组织的成员, 他们提供用于该领域的信息及通讯解决方案，因而能够共同提供一种整体的技术与途径，具备以下特点: • 全面性，着眼于机电设备在生产领域中的集成以及与工业生态系统中其它领域集成的长期需要; • 可扩展性，制造规模由小及大; • 安全性，对于设备与监管层的信息的远程访问; • 包容性，集合多种不同网络及标准; • 开放性，使用由独立的第三方组织管理的多厂商通用标准。 机电设备系统优化方案 ODVA, OPC 基金会和 Sercos 国际组织共同支持 PUB00266R1 Page 4 of 8. ©2011-2012 ODVA, Inc. All rights reserved. OMI 使用案例 对于工业用户而言，实现OMI需要三管齐下：(1) 通讯的连通性; (2) 机电设备与监控系统间的通讯; (3) 机电设备之间的通讯。 ODVA的OMI方案源于机电设备生产商与制造商们在集成设备时面临的挑战。这些挑战包括： 1. 机器自动化过程中自动化网络的激增。 2. 机电设备的使用寿命较长，以致留下许多陈旧的网络装置。 3. 设备生产商热衷于提供高价值的设备，这使得他们在与资产周转率相关的性价比上更有竞争力，而不是设备整体的效能。 4. 为了维护设备，制造商需要让OEM厂商能够安全地、远程地访问信息，这不仅包括设备间的共享信息，也包括设备与监控系统，如线控制器，MES和企业应用层间共享的信息。 ODVA 通过与其“机电倡议联盟伙伴”（OPC基金会和Sercos国际组织）间的合作，携手各自尊贵的会员公司，将促进解决这些挑战。OPC基金会一直致力于创建和维护开放的规范，将安全通讯、过程数据分析、报警及事件的记录、历史数据以及多厂商系统间和生产设备间的批量数据处理，完全地标准化。与此同时，Sercos国际组织则致力于将用于运动控制设备和系统的运动控制器、驱动器、I/O、传感器和执行器进行互连。 为了生产系统之间的互操作性，以及生产系统和其它系统之间的集成，ODVA 主张尽可能采用现成的、标准的、未经修改的英特网和以太网技术。这些组织计划与他们尊贵的会员公司一起建立一个开放而统一的集成模式, 这种模式将为机电设备生产商在设计、安装和维护设备方面提供标准和指导, 还能够帮助用户获取设备数据，并且将这些数据与从线控制器和MES系统中得到的数据相关联。机电设备系统优化方案 ODVA, OPC 基金会和 Sercos 国际组织共同支持 PUB00266R1 Page 5 of 8. ©2011-2012 ODVA, Inc. All rights reserved. 使用案例类型 2: 设备与监控系统间的通讯 使用案例类型 1: 设备间的通讯 使用案例类型 3: 通讯连通 机电设备间的通讯是OMI的基础。建立标准能够降低机电设备集成的时间与成本，并且减少客户用于集成来自不同供应商的设备所需要定制的软件和特殊的硬件。机电设备间互操作时所需要的关键功能通过一种统一的集成模式实现，包括命令、配置和控制，并通过一种通用的数据模型来连接关键的设备属性，使机电设备生产商和制造商们能够更容易、更迅速、更节省地集成来自不同厂商和不同设计年代的机电设备。 机电设备与监控系统间的通讯是OMI的增强剂。利用线控制器和制造执行系统（MES）, 制造商能够通过合并与交换系统间的设备信息来收集生产数据，协助进行资产管理，并且汇报诊断及报警信息。这种设备的监控和管理有助于减少停机时间，促进高效利用，同时通过自动化操作提高整体设备效率，使机电设备集成带来的好处成倍增加。OMI 允许现有的自动化系统接纳实现机器使用新效能所需的功能，从而保护用户对现有技术的投资。 数据连通是OMI的推动器。工业生态系统中的机电设备的特点是由多个错纵复杂的网络组成，连接着制造企业内外许多不同的物理区域。通过对物理介质、网络设施和安全远程访问制定共同的标准，用户和设备生产商都能够降低设备集成的成本和复杂性，同时提高可维护性以及设备的安全性。由于可靠性也至关重要，OMI将确定在设备不可用时如何解决通讯问题。 技术途经 用户将受益于一个开放的、可互操作的通讯联接架构，这种架构为生产领域和工业生态系统中其它领域的机电设备和系统之间的集成提供了一个平台。基于现有标准的发展，这将维护并提高用户的投资回报率。OMI通过以下技术途经达到这些目的： • 增强性能 在保存现有操作和维护任务的同时，潜在地提高设备的整体效能； • 增值 增加现有设备的关键技术和网络技术含量； • 优先级 首先致力于设备间的通讯和连接；其次支持设备与监控系统间的通讯；最后为工业制造系统的设备集成构造一个全方位的平台。 机电设备系统优化方案 ODVA, OPC 基金会和 Sercos 国际组织共同支持 PUB00266R1 Page 6 of 8. ©2011-2012 ODVA, Inc. All rights reserved. OMI 技术方法的核心是一个统一的机电设备集成模式。OMI启动资产是一台与网络连接的机电设备，能够在设备间的任务过程中生产和消费数据，或与监控系统设备之间作外部信息交换。此基础中包含的技术有： • 通用工业协议（CIP™）以及CIP网络家族，如EtherNet/IP™; • Sercos协议及Sercos 网络家族，如sercos III; • OPC 统一架构（OPC UA）。 如图3所示，这种集成模式能够确保设备之间、设备与其它重要的制造系统之间信息的适应性和可传递性。这些机电设备可以支持设备间的命令、控制和配置所需的服务；为线控制器和制造执行系统提供生产数据；并且/或者确保安全的远程访问。 远程访问提供了一种可扩展的方法，通过让场外工作人员或外部专家与设备资产连接并进行实时通讯，以便对机电设备进行维护、服务和支持。对这些资产的安全远程 访问是一项强大的安全设计的关键优势所在，也是ODVA、OPC基金会，和Sercos国际组织会员单位们的共同努力，通过数据传输、建立网络基础设施模型以及最佳实践而实现的。一个协议中立的数据模型，允许通过多种协议灵活地传播机电设备信息，以促进电子商务的模式，例如捕获机电设备正常运行时间和其它关键性能指标（或称为KPIs）。机电设备系统优化方案 ODVA, OPC 基金会和 Sercos 国际组织共同支持 PUB00266R1 Page 7 of 8. ©2011-2012 ODVA, Inc. All rights reserved. OMI 的实践应用 OMI全面的方法能够使工业消费者将工业生态系统中每个领域内或不同领域之间的机电设备都视为可以共享的资源。在衡量机电设备投资回报率的生产领域中，设备信息需要被三个层面所获取：设备资产层、监控系统层和MES层，并用分层组织形式来呈现、控制和管理所有信息。OMI 首先意识到，一台设备何时与另一台设备集成更加容易、快速和节约成本。最终，OMI将启用一个优化的机器部署和集成方案，使在整个企业间动态地共享信息，最大限度地提高设备整体效能。 在实践中，OMI启动设备资产能够与其它的机电设备或监控设备通讯。OMI方法使设备信息能够互通，继而被汇总和采用。而结果是设备信息能够更容易地被可编程自动控制器（PACs）和线控制器系统使用和操作，并且通过应用基于过程的决策规则，做出可视化和控制决定。 同样的设备信息通讯、信息的汇总、可视化和控制过程，可以应用于整个生产领域，而统一的集成模式是关键！这一模式能够降低集成的成本，因为设备信息在生产各环节移动，而且与其它工业领域整合在一起。OMI动态方法加上IP通信模式，能够优化过程，提高整体设备效能，同时仍然能够在能源的利用、机电设备的安全、运营的效率和重要的生产目标间达到平衡。 应用案例: OMI 在装箱流水线上的应用 在产品包装行业中，装箱设备是包装流水线上非常重要的部分。当务之急是为用户监控关键的操作变量，如生产部件进入机器(如：瓶子，纸箱，包装袋等)的数量，综合生产部件退出设备(如：整盒产品)的数量, 所使用的包装材料 (如： 瓦楞纸箱、胶水、标签等), 还有在生产过程中产生的废料、运行时间、停机时间，以及预定的作业时间等等。 这些参数大多可以在设备中检测到，并且通过通讯网络, 或由一个离散信号或者过程信号传到PAC的I/O模块进行收集。其它的参数，例如时间，可以通过已知数据计算得出。这些数据往往是通过不同的技术采集而得，必须转换成在设备控制和信息系统中可以使用的数据。 OMI通讯连接能够收集传感设备间的数据; 设备间的连接使装箱机与其上游和下游的设备环环相扣（通常分别为标签机和码垛机）; 而OMI的设备监管能力使其能够采集、协调、演示并使用生产和资产数据。