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設備聯(lián)網(wǎng)
設備機群狀態(tài)監(jiān)控
摘要：設備聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，是在物聯(lián)網(wǎng)的基礎下，被提出與應用。簡單來說，設備聯(lián)網(wǎng)定義為：各種設備之間可通過各種通訊手段連上因特網(wǎng)，使其能在某一特定情境下，進行互相聯(lián)結(jié)，進而達到自動化、智能化監(jiān)控的目的。
設備聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，是在物聯(lián)網(wǎng)的基礎下，被提出與應用。簡單來說，設備聯(lián)網(wǎng)定義為：各種設備之間可通過各種通訊手段連上因特網(wǎng)，使其能在某一特定情境下，進行互相聯(lián)結(jié)，進而達到自動化、智能化監(jiān)控的目的。
在制造工業(yè)環(huán)境中，生產(chǎn)、制造、加工、半導體等行業(yè)為了了解設備機臺的運行狀態(tài)，均會采用三色燈、蜂鳴器做為機臺狀態(tài)的指示，一旦機臺發(fā)生狀況或者警報，現(xiàn)場人員得以藉由燈號狀態(tài)了解設備狀態(tài)，進而追蹤或者維修。
但工廠為了因應產(chǎn)量的需求，機臺產(chǎn)線不斷地擴張，機群不斷的增加，現(xiàn)場人力需求隨之提高，且現(xiàn)場人員因需奔波廠區(qū)，效率隨著產(chǎn)線的擴張而降低。漸漸的，人力監(jiān)管已逐漸無法滿足用戶的需求，制造業(yè)者希望能采用自動化的方式，由數(shù)字監(jiān)控的方式采集設備數(shù)據(jù)，并具有集中管理的功能。因此設備機臺狀態(tài)采集，早已由現(xiàn)場人員的監(jiān)看演變?yōu)楣S自動化的領(lǐng)域，利用自動化的采集手段提供設備聯(lián)網(wǎng)的功能，進行所有生產(chǎn)機臺的狀態(tài)監(jiān)控。
上圖為泓格科技提供的最基本的設備聯(lián)網(wǎng)方案，主要為串行設備的聯(lián)網(wǎng)，這是最基本也是最有效的方式，工廠監(jiān)控中心通過串行設備聯(lián)網(wǎng)服務器(DeviceService) 連接各種串行設備。以遠程I/O 模塊(RemoteI/O) 為例，I/O 模塊針對機臺的數(shù)字或模擬信號進行采集，通過RS-485, RS-232 等連接，可將狀態(tài)傳遞回控制中心。
臺灣某知名面板廠，在海外新建的廠房就采用類似串行聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)進行整廠設備的監(jiān)控。
圖中uPAC-7186 為泓格科技微型控制器。在這個架構(gòu)中，扮演收集串行數(shù)據(jù)同時可接受上位監(jiān)控主機調(diào)用串行I/O 模塊的數(shù)據(jù)。圖中為單一廠區(qū)的串行設備布局，當多個廠區(qū)或者產(chǎn)線要集中整合管理的時候，便可通過Ethernet 端的網(wǎng)絡交換機(Switch) 來進行，如下圖所示。
在有一些既有的廠房中，現(xiàn)場的布線遭遇了一些困難。因為他們沒有辦法像新廠建造時便將串行通訊的線材預先拉好，機臺設備進駐后或運轉(zhuǎn)一段時間后，才想要增加設備聯(lián)網(wǎng)的功能，這時現(xiàn)場凌亂、施工成本或者因為施工需要進行停機等，這些問題都增加后續(xù)擴充的困難度。
泓格科技利用短程無線通信的方式，解決了工廠拉線的問題。下圖架構(gòu)為CNC 設備采用泓格Zigbee 模塊所建置的設備聯(lián)網(wǎng)案例。
與有線的設備聯(lián)網(wǎng)類似，ZT-2052 為支持Zigbee通訊的DI 模塊，針對一臺CNC 設備可以收集8 點數(shù)字量狀態(tài)，以此案例來說，最后擴充至100 多套左右。利用設備聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，除了可以在監(jiān)控中心了解現(xiàn)場機群運轉(zhuǎn)狀況外，亦可將此信息做異地的同步顯示。
上圖為國內(nèi)某知名輪圈廠所采用的架構(gòu)，利用PLC 通過Zigbee 網(wǎng)絡將現(xiàn)場數(shù)據(jù)做收集并顯示在廠區(qū)的數(shù)字廣告牌上。同時，辦公室與備料區(qū)能同步顯示信息，如此一來廠區(qū)值班人員、備料區(qū)人員以及辦公室的主管皆可以了解工廠運作的狀態(tài)，做及時的控管與處置。舉例來說，備料區(qū)隨時可以了解廠區(qū)運轉(zhuǎn)狀態(tài)與進度，進而安排料件的準備。
設備聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)能有效解決數(shù)據(jù)傳遞的問題，可將現(xiàn)場的設備狀態(tài)傳遞到不同的廠區(qū)、不同的單位，但前面敘述還缺少了一個很重要的環(huán)節(jié)。
上述的架構(gòu)中，所有的信息均會回到監(jiān)控中心，而監(jiān)控中心必須有能力把所有的信息作適當?shù)娘@示、播放、儲存等。因此圖形監(jiān)控軟件(SCADA) 簡稱圖控軟件，在這里就扮演很重要的角色。
泓格科技代理的圖控軟件InduSoft 是一套圖形化可視化的軟件包，適用于開發(fā)可視化的系統(tǒng)接口。也就是說工廠建置自動化設備聯(lián)網(wǎng)的時候，也同時需要規(guī)劃中央監(jiān)控的軟件接口，如此一來現(xiàn)場的設備信息就能通過監(jiān)控中心的主機做圖形化的顯示，因而辦公室人員得以藉由InduSoft 所開發(fā)出來的SCADA 接口清楚的了解現(xiàn)場的狀態(tài)。
SCADA 軟件具有快速開發(fā)、豐富的圖形接口、支持各種通訊、控制邏輯撰寫、數(shù)據(jù)庫存取的特點。因此利用圖控軟件，搭配設備聯(lián)網(wǎng)的手段，便可輕易的完成整個廠區(qū)的自動化監(jiān)控。
在制造、加工的領(lǐng)域中，設備聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)不是一個陌生的議題，為了有效的了解設備端的運作、妥善的配置人力、適時的安排維修進料等，無論傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)還是科技產(chǎn)業(yè)紛紛投入資源進行自動化管理的工作。本文所敘述的幾個案例呈現(xiàn)了傳統(tǒng)串行式聯(lián)網(wǎng)、短程無線聯(lián)網(wǎng)，特別是簡單的呈現(xiàn)泓格產(chǎn)品于設備聯(lián)網(wǎng)中的應用，希望能作為各行業(yè)自動化發(fā)展的參考。
