离散自动化的边缘设备包括执行器、传感器和连接组件，如网关和安装在电机上的控制器。这些组件中的许多都具有计算能力，可以最大限度地减少与遗留版本的集中控制相关的数据带宽和延迟问题。它们安装在自动化设备的最远端，这意味着它们的处理能力可以在数据发送到中央控制或连接的云系统之前过滤和分析数据。但正如我们的2023趋势小组成员指出的那样，这些组件的实用性最终取决于它们与各种机器系统的互操作性。
现在，英伟达人工智能(AI)和西门子工业自动化工具共同为数字孪生的产生提供了工业元环境。更具体地说，这两家公司将开放数字化西门子Xcelerator业务平台和英伟达Omniverse 3 d基于物理的数字模型和实时人工智能的设计平台，帮助公司做出更快、更明智的决策，以提高生产力。将Omniverse添加到Xcelerator合作伙伴生态系统中正在加速数字孪生的使用。
图片:英伟达
与专家会面
Richard Johannes | LEMO USA工程与创新总监
Steven Lassen | LEMO USA产品与应用经理
Sandro Quintero |电气自动化业务开发•Festo
威尔·莫里斯| RS Americas Inc品类经理
克里斯·古马斯|市场总监•罗兰制造
保罗·汤普森|马特波特解决方案工程副总裁
•Bishop-Wisecarver Corp.总裁兼老板帕梅拉·坎
克里斯·戈特利布|董事-驱动和控制•科尔摩根
Jonathan Schroeder |执行副总裁•PBC Linear
Bill Paczkowski | PACEdge•Emerson高级产品经理
Pramit Nandy |产品营销经理- 16位微控制器部门•Microchip Technology
Tim Sharkey | Festo电气自动化市场管理总监
Biren Patel |业务发展经理-移动解决方案•maxon
详细说明您在促进提高兼容性和互操作性的标准方面所做的努力。
坤脱罗:疫情、芯片短缺和供应链问题迫使最终用户更愿意与各种控制供应商合作，而不是统一标准。从一系列供应商中指定控制器的开放性正在OEM社区中荡起涟漪。今天一个OEM可能会为罗克韦尔的系统工作，明天可能是西门子的系统，再一天可能是倍福和欧姆龙的系统。Festo的回应是开发下一代多协议解决方案。例如，我们的新伺服驱动器支持以太网/IP, PROFINET, EtherCAT和Modbus TCP。原始设备制造商受益于拥有一个多用途驱动器，而不必为每个协议委托驱动器。单个系列减少了OEM对单个系统的学习曲线，降低了库存需求，并简化了支持。
帕特尔:PCB设计和高密度连接器的改进使maxon能够开发出低调的微位置控制器。来自maxon的EPOS4 micro可以提供5 A连续和15 A峰值，并可与can或EtherCAT通信。
戈特利布:科尔摩根属于ODVA和EtherCAT全球集团以及德国的ZVEI。我们做插件测试来测试小组内外的方案，我要说互操作性真的很重要——因为设计工程师有选择。产品和规格协作帮助用户最大限度地提高开发和生产效率。因此，机器制造商可以使用具有不同协议选项的伺服驱动器-具有一个编程经验，无论协议如何，都可以缩短OEM的上市时间。
萨基:终端用户告诉我们，通过使库存、培训、机器原理图、布线和零件编号更有效，多协议组件的好处在他们的组织中蔓延。单一伺服驱动器系列和下一代分散I/O帮助他们更有效地满足广泛的客户需求。例如，最新的Festo伺服驱动器附带一个功能块软件库。使用PLCopen和其他标准，OEM以相同的方式为不同的plc委托驱动器。这节省了时间，降低了编程错误的风险。
Festo的新硬盘也可以通过标准的网络浏览器访问。在多驱动器机器上，oem对驱动器进行一次编程，然后通过web浏览器上传参数文件，使用同一文件设置其余文件。操作人员可以通过web浏览器查看驱动运行情况;编程问题可以远程处理，远程操作员还可以指导在驱动器上工作的维护人员。
在Design World中，我们使用了许多涉及离散自动化的例子来说明DX的可能性。在这里，智能运动控制的工作原理是接受传感器、开关和编码器的反馈，并充当(或触发)电机控制的信号放大(放大器)动作——所有传统功能。它们还具有将机器连接到企业级系统的附加作用。
菅直人:我们是电力传输分销商协会(PTDA)和高技术分销协会(AHTD)的长期成员。这些组织制定了行业标准，使做生意更容易。最近，我们加入了推进自动化协会(A3)，以更好地服务于自动化的各个领域。
古玛:罗兰多年来一直是PTDA的成员。该协会最近宣布，它将批准轴承专家协会(BSA)的产品信息交换(PIE)标准，并增加轴铤和联轴器的类别。在当今的经济环境中，数据规范化对于制造商与分销商、原始设备制造商和最终用户进行沟通至关重要。
例如，在我们的联轴器生产线中，孔尺寸可以称为孔、内径或轴尺寸。在日常语言中，这些术语是可以互换的。在网络用语中，这是三个不同的术语。当罗兰与分配器一起工作时，他们可能会使用轴尺寸这个术语，而罗兰可能会使用孔。映射类似的术语(即使是简单的属性)可能需要大量的人为干预。我们在罗兰有超过500个属性，其中任何一个都有这个挑战。
PIE试图规范我们行业的语言，因此每个人都使用相同的模板。很快，制造商将能够创建一个地图，将他们的产品信息管理(PIM)数据导出到PIE标准;然后，分销商、oem和最终用户将能够创建一个映射，将数据导入到他们的PIM。规范化将显著提高工程师、维护人员和经销商在日常工作中使用这些数据的效率。
坤脱罗:控制体系结构的激增也促使更多地采用国际标准。例如，Festo是PLCopen社区的成员，并采用了IEC 61131-3标准的编程语言，如结构化文本，梯形图，连续功能图以及运动控制。我们相信在一个多厂商多协议的世界里，像61131-3这样的标准将以更少的工程时间和更大的易用性使每个人受益。
图片:费斯托
面向扁平架构的复杂连接
当描绘一个离散的自动化装置时，许多工程师会联想到传统的自动化-通信金字塔。这样的架构包括现场级传感器之间的数据交换，以及控制之间通信的更高实现层——所有这些最终都连接到企业级的顶峰。但有几项技术促进了分布式和智能系统与更平坦的机械通信结构:
•如今的软件(以及与消费级移动设备类似的工业应用)
•更新的选项，如云服务——作为一个网络的例子
硬件，如可编程自动化控制器(pac)和智能现场设备-作为两个组件的例子
正如我们的小组成员解释的那样，这些技术已经改变了社会的结构智能车间在过去十年里。
在过去的一年里，你还看到了哪些连接和智能工厂的趋势?
约翰:通过坚固的定制互连(非标准连接器)为医疗、工业、航空航天和汽车设计提供以太网和USB协议的主要动力。与铜基系统相比，需要支持更长的传输长度，这对这些系统构成了挑战。因此，非归零(NRZ)和脉冲幅度调制(PAM)技术被应用于最小化衰减和铜对信号完整性的影响。LEMO拥有坚固耐用的微型圆形连接器和系统，可支持恶劣环境下的USB 3.1和以太网协议。
坤脱罗:新的Festo分散式I/O与通信协议无关，并为电动和气动运动、数字和模拟信号以及工业物联网功能提供了统一的架构。它具有很大的组件容量。分散的I/O也允许组件之间的显著距离，这使得气动阀更接近执行点，并提高气动执行器的响应时间。此外，分散的I/O可以位于控制柜内部或外部。
萨基:控制器变得越来越小，功能越来越强大。这意味着它们的I/O能力有限。这种控制器受益于分散的I/O，与PLC进行系统I/O的单线通信。此外，分散的I/O可以通过在机器上安装更多的组件来帮助缩小控制面板的大小。
戈特利布:运动控制器仍然是必要的。我们的PCMM控制器由科尔摩根自动化套件供电，具有多轴EtherCAT主机;支持五种编程语言，以满足任何控制工程师;允许6个数字输入和2个数字输出;并允许添加可扩展I/O。PCMM的价格点使其适用于单轴机器和更复杂的机器到20轴。
拉森:当铜缆达到最大数据速率时，无论是短距离传输还是长距离传输，都需要过渡到光纤，尤其是4K分辨率的数字视频传输。LEMO的独特卖点之一是它能够将铜(电源)和光纤组件结合在同一个紧凑坚固的连接器外壳内。这使得最终用户更容易插入和拔出单个连接器，而不必找到多个连接器元素。当将光纤集成到系统中时，一个薄弱环节是在坚固的连接器之间使用的暴露的电缆。为了解决这个问题，含有脆弱纤维和电导体的电缆可以用柔性铠装护套进一步保护。对于需要易于清洁和处理的医疗应用，装甲护套(由LEMO的Northwire部门提供的产品)可以挤出以提供光滑的表面。
坚固耐用的LEMO连接器支持USB 3.1。
详细介绍亚马逊网络服务(AWS)、IBM云、微软Azure或SAP云服务的一些有趣用途。您的公司是否支持基于mqtt的系统?
Paczkowski:运行PACEdge的艾默生边缘控制器和工业pc (ipc)支持MQTT通信，以及各种其他操作技术(OT)工业协议和以it为中心的协议。MQTT由于其低带宽要求和弹性通信方法，已成为将边缘源数据传输到更高级别平台的主要方式。
Nandy:随着世界的联系越来越紧密，工业自动化和运动控制应用以及控制器变得越来越复杂。每个系统通过IIoT或边缘通信连接，以交换数据、报告故障、日志维护和运行实时更新，以增强和优化系统性能。在这个领域没有放之四海而皆准的解决方案。一个完整的解决方案包括在各种硬件和系统上运行的合适的软件、通信协议、安全和网络解决方案。
Paczkowski:可以使用最新的plc / pac，边缘控制器和ipc开发新设备和项目，以确保它们彼此之间和更高级别系统之间的无缝通信。然而，有大量的自动化设备需要逐步升级。艾默生边缘控制器和ipc非常适合作为此类升级的平台，或者它们可以在现有自动化元素之上分层，为传统设备添加现代数据处理、远程连接和工业物联网功能。网关是另一类适用于补充现有数字资产的边缘设备。它们赋予将数据传输到更高级别的现场或基于云的资源的能力。事实上，今天的工程师有很多选择来为新的和旧的设备添加网关功能(和高级计算)。
艾默生提供了一个完全集成的硬件和软件技术组合，使工程师能够在各个层面实现新设备和传统设备的数字化转型-从边缘现场设备到控制面板和控制室……甚至到企业和云。
汤普森:服务公司Matterport是亚马逊网络服务的ISV合作伙伴，并在亚马逊合作伙伴网络和AWS市场上列出。我们与AWS IoT TwinMaker的合作实现了:
- 能够创建3D场景与空间锚连接到现实世界的数据。用户可以在数字孪生中覆盖设备，然后用锚标记空间，将模型与AWS IoT TwinMaker创建和管理的知识图谱连接起来。该知识图谱允许将热映射和控制等数据集成到数字孪生中。
- 通过建立实时远程监控、流程优化和历史根本原因分析，更好地管理设施。最终用户可以连接到不同的数据源，以优化站点访问并立即评估问题。
现在可以在数字孪生体上构建web应用程序，包括培训员工的应用程序和在检测到异常设备数据时触发通知的应用程序。借助AWS IoT TwinMaker和Matterport，用户可以将数字孪生数据上下文化，收集见解和分析，并随时随地访问其空间的实时和时间序列副本。
无线工业应用即将出现
越来越多的智能工厂技术互补未来工厂架构)采用无线连接，如5G和边缘计算，以:
•提高制造业的灵活性
•允许适应性生产计划
•在重大停工前预测故障。
这些功能最大限度地减少了保修、浪费和停机成本，同时提高了工人的安全性，最好能满足机器制造商和最终用户的目标。
您预计未来5年5G会有哪些工业应用?
Paczkowski:无线连接(如Wi-Fi、5G和WirelessHART)在通信速度和可用协议方面发展迅速。铜缆或光纤电缆的物理安装是自动化项目的一项重大费用;一旦安装，有线基础设施在一定程度上限制了可扩展性和未来的灵活性。因此，终端用户发现，现代无线技术提供了一种很好的方式来解决许多本地化的网络需求，同时使将来扩展或更改安装变得容易。艾默生PACSystems和PACEdge产品支持无线技术和有线方法，因此用户可以选择所有实现需求。
j·施罗德:公司。杂志称5G是世界第四次工业革命的催化剂。一旦5G网络满负荷运行，我相信行业和消费者将看到两个关键的好处。
首先，5G网络提供的更大范围将使高速数据能够覆盖全球更多的互联网连接设备，并能够将数据来回传递到服务器。农民、伐木工人、矿工、野火消防员和其他在偏远地区工作的人将能够在一个互联的世界中工作。这将使包括自主机器人在内的各种设备成为可能。
5G(以及建筑物内的Wi-Fi 6)的第二个关键优势是高速和带宽。Wi-Fi 6和5G功能的增强将使设备变得更小，使用寿命更长，因为所需的大部分处理能力将驻留在服务器上，数据将流式传输到设备。考虑一下虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术在电力和计算上的密集程度——比流媒体要高得多。将处理工作移交给服务器，并将设备转换为流媒体设备，将有助于VR和AR的普及，因为现场设备将变得更便宜(由于处理器和电池规格更适中)，更符合人体工程学(由于重量更轻)。
智能工厂形象:Dreamstime•Suwin Puengsamrong
您对机械部件的物联网连接有何看法?
莫里斯:虽然轴承并不是一项新技术，但它们已经取得了长足的进步。轴承可以是金属或塑料的，聚合物都有不同的特性，用于特定的应用-包括食品安全和医疗应用，金属轴承不是理想的。陶瓷轴承擅长热，快，磨蚀应用。磁性轴承，利用磁悬浮绕轴旋转，没有实际的物理接触，消除磨损，并补充需要高速和低振动的应用。
可再生能源已成为一个庞大的产业。风力涡轮机的特点是大型轴承-典型的回转轴承。医疗行业在最先进的核磁共振成像仪和CT扫描仪中使用轴承。机器人使许多过程自动化;在这里，轴承完成旋转机械臂和设备，以垂直和水平移动机器人。电动汽车还使用各种轴承，包括陶瓷轴承，因为它们重量轻，速度快。
莫里斯:在过去几年中，所有这些轴承的工业物联网连接和状态监测技术发展迅速。维护团队、工程师和技术人员第一次能够实时掌握性能和状态数据。近年来，预测性维护变得尤为先进。我们不再需要等待，直到事情无法解决;我们可以在潜在的问题(如振动、热量和性能的微小变化)变成灾难之前看到它们。
由于大型轴承可能非常昂贵(并且需要数月的交货时间)，因此对它们进行预测性维护变得非常有用-特别是在当今的供应链和交货时间问题下。性能数据可以存储并发送到云端进行深入分析，然后用于工程改进和改进维护计划。此外，所有这些数据都可以远程监控，通过让员工同时监控和响应多个站点的问题，减少了对24/7维护人员的需求。
目前市场上的几种产品可以使用传感器收集的数据对轴承进行简单而经济的状态监测。对后者进行分析，并向用户发出条件异常警报。用户甚至可以通过移动应用程序监控数据。
阅读我们专家的其他见解点击这里阅读本系列的第2部分．另外，请务必查看《设计世界》六月号上关于这个主题的后续文章。
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