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研华5G方案助力重型机械制造工厂转型升级
研华提供支持5G的工业级物联网边缘控制器UNO-137解决方案。UNO-137是一款多功能设备,实现了工控机、网关和5G CPE的综合功能,是符合OPC-UA的以太网网关。UNO-137采用了模组化设计,可以扩展更多的I/O接口,支持最新的5G通讯,可以兼容市面上大多数5G通讯模组,实现数据采集的无时延、大带宽上传。同时UNO-137采用了接口全隔离的设计,达到了更高的工业等级,运行温度达到了-40℃~70℃,通过了IEC 61010标准,更适合在工业控制现场使用,并且提供了15年的供货周期,方便设计定型后的长时间供货。满足工业4.0转型的需求,连通IT和OT之间的鸿沟。

某重型机械制造企业是全球最大的混凝土机械制造商,2020年以98,705台挖掘机的销量,首夺全球挖掘机销量冠军。该企业产品包括混凝土机械、挖掘机械、起重机械、桩工机械、筑路机械。其中,混凝土设备为全球第一品牌,挖掘机、大吨位起重机、旋挖钻机、路面成套设备等主导产品已成为中国第一品牌。但取得成就的同时,该企业也遇到了重型机械制造业普遍会遇到的困难。
       生产制造遇到瓶颈,企业工厂亟待转型
       该企业的制造工厂中配备了一些大型数控机床,用来制造各种零件,然后由工厂的其他部分组装成重型设备。操作员的工作包括调度和手动输入每一个单独的工单到不同的数控机床。一旦操作人员长期工作疲劳而不小心在数控机床上输入了错误的信息,就意味着生产过程发生变化,这些错误往往会导致机器停工返工,以及重新制造新零件,增加生产成本。
       并且该企业也曾尝试过升级工厂全自动化,并在整个过程中部署了消费级4G/无线设备,但仍无法解决信号差的问题,这就意味着由于网络不稳定,机器无法准确接收生产数据。因此,该企业决定采用5G技术重新开始改造其生产工厂。
       研华助力工厂5G部署,提供可扩展性解决方案
       为了实现生产工厂的升级转型,该企业需要做到以下三点:
      (1)在数控机床之间搭建MES系统以实现IT/OT融合。
      (2)采集数控机床的电机、伺服、核心轴和运行时间的数据,以实现预测性维护。
      (3)管理所有工厂流程,因此在所有生产站都安装了模块以进行跟踪和监控。
       针对该企业的需求,研华提供支持5G的工业级物联网边缘控制器UNO-137解决方案。UNO-137是一款多功能设备,实现了工控机、网关和5G CPE的综合功能,是符合OPC-UA的以太网网关。UNO-137采用了模组化设计,可以扩展更多的I/O接口,支持最新的5G通讯,可以兼容市面上大多数5G通讯模组,实现数据采集的无时延、大带宽上传。同时UNO-137采用了接口全隔离的设计,达到了更高的工业等级,运行温度达到了-40℃~70℃,通过了IEC 61010标准,更适合在工业控制现场使用,并且提供了15年的供货周期,方便设计定型后的长时间供货。满足工业4.0转型的需求,连通IT和OT之间的鸿沟。

在该项目中,UNO-137被放置在高架机柜中使用,并内置AIW-355 5G模块。控制器从数控机床采集数据,再通过电信公司提供的专用5G网络传输数据。
       UNO-137可以很方便快捷地与工厂原有的生产平台集成,将数控生产数据从数控控制器传输到工厂的MES或私有云。UNO-137充当以太网网关,将多种功能集于一身,帮助客户快速部署5G工厂全自动化。
       研华解决方案具有可扩展性,如果未来客户需要更多的模拟/数字I/O来采集机器状态数据,ADAM-6300系列远程以太网I/O模块可以集成具有安全OPC UA协议的5G网络,实现IT/OT无缝融合。

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图1 系统结构图

系统结构如图1所示,主要硬件产品包括:
     (1)UNO-137:工业级物联网边缘控制器。UNO-137是一个可扩展、高可靠、面向工业物联网应用的硬件平台,适用于多元化应用,可以应用于数据采集、设备上云、PC-Base控制,将IT与OT无缝连接,助力设备和工厂的数字化转型,能够快速、经济、高效地实现多样化的工业应用。
     (2)AIW-355:具有M.2 3052 Key-B接口的高度集成的5G WWAN模块。
     (3)ADAM-6300:OPC UA以太网I/O模块。
       结语
       5G作为新一代的无线连接技术,在工业物联网(IoT)和B2B市场中扮演着关键角色。随着5G逐渐在垂直市场中的应用,越来越多的行业将从中获益,以5G为核心,将极大地提高制造企业运营效率。
       在中国,5G技术正在蓬勃发展,基础设施/站点正在快速建设中,但支持5G且足够可靠,足以运行整个运营的边缘系统仍然相对较少。由于该项目的成功,该解决方案被当地政府选为5G示范项目,用以展示5G工业物联网制造的成功应用,获得了良好的经济效益和社会效益。

精彩对话

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研华科技工业物联网事业群资深产品经理王逸

自动化博览:研华科技在市场竞争中的特点和核心优势是什么?

王逸民:研华是国内工控机市场的领军者,多年积累的口碑是研华最大的优势,同时作为Intel IoT事业群的核心伙伴,研华在X86平台机器的研发能力和技术积淀也是有目共睹的,产品更新迭代和产品线丰富程度上,研华也要远远领先于其他厂商。
       自动化博览: 您认为近年来工控机/嵌入式系统在技术发展上体现出哪些特点?研华科技近期在工控机/嵌入式系统的技术创新有哪些?
       王逸民:近年来工控机/嵌入式系统两极分化越来越明显,一方面,工业物联网的兴起,让工控机在IT/OT融合方面扮演了重要角色,这部分应用对机器性能、AI算力要求更高;另一方面,工业4.0的逐步推进,让原有的PLC/DCS为主的自动化系统变得更加弹性和智能,并且和传统的上位系统间的区别越来越小。研华也顺应这个趋势推出了工业级服务器、AI平台以及PC-Based控制系统,两者互相配合,可以帮助客户实现从云到端,从客户到工厂,从管理层到一线工人的智能化、透明化的管理和生产。
       自动化博览: 您感受到近年来在工控机/嵌入式系统用户需求和市场发展方面呈现出怎样的变化?
       王逸民:其一,工控机/嵌入式系统的用户群体将会大大扩展,从原有的自动化工人,到企业的办公人员、IT人员,从原来的硬件系统集成商,到云平台、SaaS系统集成商,都会广泛使用工控机。
       其二,工控机/嵌入式系统将会变得越来越不像一台“Pc机”,设备厂家,会对其进行专门定制,使其融入客户设备中;最终用户,则会要求工控机/嵌入式系统更加贴近项目应用需求,使其“一机多能”。
       自动化博览: 定制化和专用化将是未来工控机重要的发展趋势之一,研华科技在此方面有何布局?
       王逸民:研华工控机/嵌入式系统各个产品线都有专门的定制化团队,可实现板级、系统级的全新定制。研华同时也成立了许多行业化系统开发团队,如运动控制和视觉、交通、电力、环保、量测、油气、AI、医疗、零售、物流等行业化团队,专门研发不同行业的专用工控机。

自动化博览: 自主可控、安全可信是近几年国家一直倡导发展的方向,研华科技在此方面有何应对策略?

王逸民:对于自主可控,研华专门在北京、昆山、深圳三地成立了大陆本土研发团队,专门针对国产化需求进行了全新的开发,包括兆芯、海光、飞腾、瑞芯微,研华都有对应的产品上市。对于安全可信,研华的嵌入式工控机UNO系列,全系标配了TPM芯片,保证了数据的安全可信,并且针对国家商用密码局的要求,全部提供TCM芯片出货。

摘自《自动化博览》2021年11月刊

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