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助力企业加速工厂内网改造

荣海生     2020年5月14日
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企业内外网是工业互联网基础层级的建设工作,无论从智能工厂建设的系统维度,到产品生产的生命周期维度,还是从智能化的特征维度都离不开网络的数据传输,网络建设都是推进数字化改造的前提。

为企业数字化建设保驾护航

现代化的智能工厂,是利用传感器、信息和通信技术连接设备,收集并分析数据。利用已经收集到的数据来控制设备和仪器,从而提高生产效率。智能工厂的通信解决方案要满足四项要求:能与所有设备互联,包括但不限于传统工厂架构的设备;支持不同设备间的协议转换;全面防御网络攻击;提升全局设备效率。Moxa 基于这四点要求,把智能工厂整个架构分为设备层、控制层和信息层。在设备层,通过串口或者现场总线将传统设备、现场总线设备和以太网设备连接起来,实现网络化、IP 化通信并提升运营效率;在控制层,工业以太网和 WLAN 可以实现有线网络的高度冗余和无线连接的稳定性需求;工业安全路由器可以实现重要资产保护和公网间的安全访问机制。通过稳定的设备层和控制层,数据就可以安全到达信息层,实现云共享。

秉持 30 余年工业现场通信经验,Moxa 参与了多项国家重点项目,例如:奥运鸟巢转播系统及水立方全方位灯控照明系统, 世博轴灯光控制系统, 港珠澳大桥全线智能监控系统,青康藏高原电力监控系统等。在国家倡导与政策指引下,Moxa 参与过多个智能制造试点示范工程,如:山东某中央空调工厂车间网络,柳州某乘用车焊装车间网络,东北某钢厂厚板智能制造项目,北京某汽车多车型智能化柔性试点,北京某老字号医药企业生产基地智能仓储等,在智能制造工厂内网的咨询、设计、规划方面累积了诸多经验。

典型案例

1. Moxa 产品助力山东某企业重建车间内工业网络

某企业在 2015 年就建立了车间网络,下端连接了车间大屏,工位机,以及各种仪器仪表,向上连接工厂各个系统,打通了从车间到网店的数据通信的路径。然后以磁悬浮轴承中央空调可以降低 60% 功耗为产品优势,全面接受客户定制,快速降低原材料库存。但系统完成后还有些问题,例如仓库发货与产线上的数量不匹配,AGV 在线路中停顿等,前后查找问题耗费了将近一年时间。原来工业现场负责通信的交换机是普通的商业交换机,而非工业机。在与企业多次探讨后,重建了车间网络,帮客户梳理了工厂内网的功能,建立了稳定可靠的厂内工业通信网络。

从技术上来说,交换机的技术是一样的,但工业网络交换机特别为工业使用场景增加了许多适用性特点。工业现场一般不会配备空调,同时工业生产环境可能长期处于零度以下或在 60 摄氏度以上,设备需要克服环境温度的影响保持正常工作;工业生产现场有很多大型机械,它们都使用大功率电动机产生力量来执行动作,这些动力机构在动作时必然会对电源产生强大的影响,也会有部分弱电线路受到电磁效应的冲击,如果通信设备无法承受这样的影响就会出现各种问题,轻者数据丢失、错乱,重者芯片烧毁。Moxa 产品特别针对这些方面增加了针对射频磁场、工频磁场、脉冲磁场、静电抗扰、突波浪涌、电流抗扰、电压暂降、电源短时中断等方面做了特殊处理。

因此,在更换为工业级通信设备后,数据通信完全正常,之前频繁出现的问题也完全消失。同时 Moxa 以环网机制实现了网络的快速冗余,当一条网线断开后,不会影响整个生产线的正常运作。后来在这个网络上陆续接入了生产看板、工位机、RFID 扫码设备、智能电表、流量计等设备,至今已经运行超过 3 年,未出现任何问题。企业业主对 Moxa 设备质量交口称赞。

2. Moxa 保障柳州某乘用车基地焊装车间网络部署

在汽车生产中,大家会听到有个名词为生产节拍。意思就是多长时间生产一辆车,通常用在总装生产线上。同样的,在焊装生产线上也会这样讲,例如 40JPH 为每小时完成 40 辆车的焊接工作。位于广西柳州的某乘用车焊装车间网络就是使用的 Moxa 的设备搭建。在这个工业环境中现场环境恶劣的同样不是温度,而是无处不在的电磁干扰和不稳定的电源环境,整个柔性化产线由 38 台机器人完成操作,其中有多台焊接机器人,一旦焊接开始,电磁干扰瞬间升高。同时电源供电剧烈抖动,普通的商业级设备在这种环境下无法稳定工作。

在做网络设计时,企业就明确要求,一定要高度可靠,生产过程中不可中断,一旦产线停止工作,损失将会高达 300 万人民币/天。因此 Moxa 提供了高度可靠的冗余环网的设计,针对生产线不会变动的情况,特别增强了自愈保护时间,一旦网线断开,千兆的冗余环网可以在 50ms 之内自愈。直接连接设备的接入型交换机也提供了高强度的防护,与 PLC 达到同样的防护级别,可以在恶劣环境中稳定工作。项目建成后,整个生产线设置  4 个上件工位,总人工数只需4人,有线生产节拍 40 JPH设备故障率 <3.5%,同时可以实现不同车型的柔性化生产,换型节拍 <120 秒,换型过程全自动完成。设备稳定达到设计标准,获得客户好评。

 

积极布局 5G 工业级 CPE 研发

网络建设是工业互联网发展的基础,但具体到工厂网络的特性,对比商用环境有很大的不同。首先,工厂网络重要的是稳定性,一旦出现意外停机、产品烧坏等情况,可能会影响整条产线,严重的可能会引发生产事故,威胁从业人员生命安全;其次,工业场景中的设备面临的环境与商用设备环境不同,工业现场各种设备运行时的电压、电流、电磁环境的变化和不可预料性很大,这些不确定性都会由设备直接承受,一般程度的干扰会降低设备使用寿命,严重的干扰会直接烧毁设备殃及整条产线。因此,在建设工厂网络时需要依照相关的工业标准,严格规定产品的性能与参数,保障生产平稳运行。

Moxa 非常重视工业通信的新技术与新的发展方向,尤其是近年来国内外热门的 TSN 与 5G 技术。面对汹涌的 5G 大潮,Moxa 积极部署了 5G 工业级 CPE 的研发。面对汹涌的 5G 大潮,Moxa 积极部署了 5G 工业级 CPE 的研发。工业场景对通信更大的需求是 URLLC, 即高可靠性和低延时,Moxa 十分关心 5G 标准中的通信稳定性,力争在标准完善后可以在第一时间推出新的产品,为客户在内网改造方面提供更有力的技术支持!

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