采用整体化方法进行集成工厂自动化

如果您回想一下制造业数字化的早期，那时普遍存在孤岛心态。设计和规划、机器编程和生产之间几乎没有信息共享。工程师会从前台获取打印的 CAD 和物料清单 (BOM) 输出，然后在工厂车间手动编程机床。然后，这些工程师会在生产问题出现时解决它们，而不会将问题和相关修复反馈给产品设计师。设计和制造之间的脱节使产品无法改进，从而无法使其制造更简单、更快捷、更便宜。

但情况已经发生了变化。如今，连接性已成为现代工厂的王道（图 1）。工业以太网将设计、规划、编程和生产连接起来，使工厂的每个部分都可以与其他部分和整个世界共享信息。结果是信息的自由流动，使工程师能够优化装配过程，以提高生产率和质量，同时最大限度地减少浪费。

编辑搜图图 1：联网工厂使工程师能够快速更新装配机程序，以最大程度提高质量和生产率。（图片来源：Omron）

工厂范围内的连接是一件好事，这一点毋庸置疑。同样毋庸置疑的是，建立这样的系统绝非易事。成本和复杂性通常会导致网络运行不互操作的软件和无线协议，这些软件和协议依赖于来自不同制造商的控制器、传感器、可编程逻辑控制器 (PLC) 和人机界面 (HMI)。这种情况意味着工程师要花费大量时间实施变通方法，以确保一切能够协同工作，至少在下一次故障发生之前。保持系统正常运行所需的不断修修补补会使维护和升级成本成倍增加。

有一些专门的商业解决方案可以克服互操作性和兼容性挑战。这些产品通常效果很好，但缺点是增加了复杂性，并且零碎的解决方案会一直存在。另一种方法是采用整体方法，通过单一供应商提供的完全集成的自动化平台，将网络、组件和软件元素设计为和谐地工作。

什么是完全集成的自动化平台？

“完全集成的自动化平台”是营销人员喜欢在宣传册中加入的短语。但它到底是什么意思呢？不同的人给出的定义各不相同，但自动化供应商欧姆龙将网络描述为将制造工厂的信息技术 (IT) 和运营技术 (OT) 部分结合在一起（图 2）。

编辑搜图图 2：制造工厂的全集成自动化平台由 IT 和 OT 网络组成。（图片来源：Omron）

网络的 IT 部分包括进行设计和生产规划的前台和工厂自动化部分。工厂自动化负责机器编程、操作员界面和机器对机器 (M2M) 通信。集成自动化平台的 OT 部分包括工厂和机器监控、传感器、机器人和机器控制。

Omron 的Sysmac就是这样一个平台。Sysmac 简化了工厂范围的连接，因为它使用工业以太网连接（用于 IT 和工厂自动化的 EtherNet/IP 和用于 OT 网络的 EtherCAT）、单机自动化控制器和共享监控软件。

平台核心的自动化控制器

IT 和 OT 网络之间的关键连接是机器自动化控制器（“控制器”），它是一台运行 Omron 解决方案中的 Sysmac Machine Control 软件的工业 PC。该控制器根据 IT 系统确定的制造协议同步控制所有机器运动、安全、视觉、机器人、传感和数据库连接。

控制器的一个例子是 Omron NX102-1020。该控制器无需网关即可处理来自 IT 数据库的信息。它还可以监督机器安全并保持生产质量，同时提供高速、高精度的机器控制。该装置基于Intel Core i7 微处理器，可以在短短 0.37 纳秒 (ns) 内执行基本指令，并每 125 微秒 (µs) 更新一次伺服和步进电机的命令。传感器快速将机器位置、位移和间隙信息反馈给控制器。结果是凸轮运动平稳，机器轴运动高精度。

NX102-1020（图 3）具有三个工业以太网端口（两个 EtherNet/IP 和一个 EtherCAT）、一个 CPU 单元和一个电源，设计紧凑，宽度为 66 毫米 (mm)。该控制器符合 IEC 61131-3 标准，该标准涵盖 PLC 中控制程序的基本软件架构和编程语言，并使用 PLCopen 功能块进行运动控制。

编辑搜图图 3：NX102-1020 控制器具有三个工业以太网端口、一个 CPU 单元和一个电源，外形紧凑。（图片来源：Omron）

单一软件平台

软件，或者说是拼凑在一起以整体运行的几种软件，可能是工厂自动化平台的致命弱点。维护和平稳运行这样的系统需要花费大量时间，并且会妨碍工程师专注于优化生产流程。

Omron 的解决方案通过使用一个软件包来运行整个系统（包括对 NX102-1020 控制器进行编程）来解决这一挑战。该软件名为Sysmac Studio（图 4），实际上是一个集成开发环境 (IDE)，其中还包括一个自定义 3D 运动模拟工具。与 Omron 控制器一样，IDE 完全符合 IEC 61131-3 标准。IDE 允许使用变量进行编程，这意味着工程师无需了解 PLC 的内部内存映射。这也意味着程序可以重复使用。

编辑搜图图 4：Sysmac Studio 包含一个自定义 3D 运动模拟工具，可让工程师在实施之前检查和改进生产流程。（图片来源：Omron）

结论

物联网工厂是制造业的未来，但将各个部分整合在一起并顺利运行可能具有挑战性。另一种方法是采用整体方法，通过完全集成的自动化平台，将网络、组件和软件部件从单一供应商处采购，旨在无缝协作，并专注于优化制造流程。