当自顶向下的自动化数据到达机器控制器时会发生什么?并且，当机器控制器生成的自下而上的数据试图向上移动，通过机器控制器进入自动化系统时会发生什么?
自动化世界已经变得如此复杂，没有简单的答案。从制造业的整体角度来看，设施中的每台机器都有可能成为平稳运行的企业级系统中紧密集成的实体。而且，从机器对机器的角度来看，设备中的每台机器都可以很容易地独立于任何自上而下的系统工作，在推动工件或过程时安静地排列开关并驱动电机。
为什么要说话呢?
如果我们无法解决机器、控制器和自动化应该如何相互关联的困惑，我们至少可以看看采取这种或那种策略的一些意见和理由。
当然，第一个问题是，为什么要创建一个能够进入机器的自动化环境，或者反之亦然，一个能够传输到自动化网络的机器。毕竟，一个埋头于核桃地地毯的顶级会计师不太可能想知道工具的X、Y、Z位置，或者在任何给定毫秒内通过阀门的流量。即使降低了几个层次，工厂经理也不会对这些信息感兴趣。但是，你越接近机器——过去的操作和生产管理，下到工艺主管、维修人员，最后到操作人员——单个的比特和字节可能就越重要。
当然，任何级别的操作都可以使用聚合数据做一些好事。如果趋势图告诉团队，零件漂移是因为工具位置反复超出规格，或者流动异常已经开始偏离公式或工艺，他们会希望对机器给予一些关注。此外，总体设备效率(OEE)取决于广泛的机器数据(当然，还是汇总的)。那些负责寻找所有提高吞吐量或减少浪费的方法的人在整体机器行为中找到了思考的食物。
因此，中间件和机器控制器开发了越来越多的途径来实现整体自动化网络，并从它们开发到企业级系统也就不足为奇了。
这些道路是否人流量很大是另一回事。这台孤立的机器仍然很明显。当然，这种方法也有一些漏洞。当一台机器没有连接时，没有仪表盘会向高层显示它的性能如何，甚至它是否打开。质量统计数据最好的情况是在机器控制器内捕获(假设稍后进行选择性采集)，最坏的情况是由操作员或使用卡尺和记事本的质量控制资源捕获。最后，物料和产品流动将更难追踪。
然而，事实是，在小型到中型设施中，坚持使用手动数据跟踪方法可能比花费数周或数月的时间来组装有意义的自动化信息流更容易。
“我们已经准备好将我们的任何控制器与全厂网络集成，”纽约州埃尔迈拉哈丁公司交钥匙运营经理杰夫·托马森(Jeff Thomason)说，“控制器有钩子，它们有以太网连接，如果有人想要挑选和选择将什么发送到自动化网络，则有足够的数据聚合能力。但我们几乎从未被要求这么做。”
作为离散制造商的主要供应商，哈定制造广泛的设备:车削机，垂直和水平加工中心，托盘更换机，磨床和工作夹具组件。它的客户范围从小型机械车间到大型跨国公司的大型生产设施。
将来使用
托马森继续说:“我们认为这种能力是未来使用的。”“我们看到了需求，我们相信未来会看到很多，但实际使用它取决于相关公司的制造理念。没有多少人明确了他们想要量化的东西，或者回答了他们想要看到上游参数的问题。”
据托马森说，安全问题是一个主要的障碍。“内部网有很大的希望，”托马森说。“拥有一个基于浏览器的仪表盘听起来很棒。您可以在任何地方看到每个在线生产机器的绿色光点，或者黄色或红色光点表示某个问题。但人们不愿在防火墙上戳洞。如果几乎每个元素都有独特的规则，并且每个机器安装或多或少都是独特的，那么很难保持安全连接。根据我们的经验，IT通常有一个简单的方法——‘你不要破坏我们的系统。’我们继续在每一个报价中都包含机器之外的集成选项，但这种情况很少发生。”
在某种程度上，横跨离散制造和过程制造的包装设备领域也反映了这一点。“我们已经在我们的控制器中采用了PackML(包装机器语言，一种来自机器自动化与控制组织的编程协议，或OMAC)，但我们还没有被要求使用它，”加州萨利纳斯包装机器制造商ProPack systems公司的技术系统经理保罗·泽林登(Paul Zurlinden)说。相反，该公司专注于在自己的设备中使用基于elaus的控制器的模块化和灵活性。总部位于巴黎的施耐德电气(Schneider Electric)旗下Elau的智能伺服模块，使ProPack能够将其设备与许多新鲜蔬菜、休闲食品和饮料制造商的包装操作中的其他系统相吻合。
Zurlinden说:“我们的重点是易于实现和节省空间。“在生产过程中总会有一定的变化和变化，所以我们开发的系统可以很容易地适应添加。”不过，他也认为，与整个工厂系统的紧密集成即将到来:“我们服务的许多设施正在越来越多地实现自动化，许多人正在观察和等待。”
有趣的是，包装行业的其他人在机器之外的交流方面经历了相对较高的采用水平。“七年前，我们开始告诉我们的客户，他们可以有电子邮件提醒或页面，或每日或每小时的更新，”乔格罗夫说，他是Ossid LLC的工程副总裁，该公司位于北卡罗来纳州洛基芒特，是ProMach的一个部门。“现在，许多设备都连接到我们的设备上，以获得OEE数字，并优化总体线路。”
奥西德包装设备主要服务于食品和饮料生产商，以及肉类和家禽加工商。“我们的客户既有大公司，也有小公司，”格罗夫说。“大约40%是财富200强企业。当我回顾我们的工程演示时，过去是大公司说，‘只要给我们包装功能就行了。小公司会说，‘我该怎么做才能最大限度地利用这台机器?’他们是第一批想要优化上下游的公司。”
“现在，”他说，“每个人都觉得有必要进行优化。智能工厂越来越多，自动化程度越来越高，越来越强调快速生产无缺陷产品。”
从历史上看，Ossid提供带有专有控制器的机器，但现在主要转向了Allen-Bradley和西门子控制器，在硬件方面将它们与工业个人计算机(ipc)集成，在软件方面将它们与国家仪器公司的LabView和Microsoft SQL集成。传输层是以太网。
对于威斯康星州阿普尔顿的C P包装有限责任公司来说，灵活性也是关键。总部设在美国，主要为食品和制药行业的形式填充密封机器的专家。
“从一开始，我们就在寻找方法来设计机器，保持清洁，不接触产品或包装材料的产品方面，”C P包装副总裁Ray Buchko Jr.说。该公司的机器和控制器策略涵盖设备功能和网络通信。“我们希望集成电机和驱动系统，以减少布线和连接。你不能让电缆或电线挂在机器框架区域，”布赫科说。“链条已经过时了——它们太脏，维护成本太高——所以伺服电机显然是正确的选择。”
C P对博世力士乐的驱动和控制组件进行了标准化，主要是出于工程上的优势(例如，在寒冷环境和面对高压冲洗时，可以提供无故障的伺服系统)，但也用于通信。博世力士乐控制器采用SERCOS(用于串行实时通信系统，由国际电工委员会颁布的IEC 61491标准)控制器到智能设备的接口，内部利用以太网。可用的Internet协议(IP)通道允许向上或向下直接通信到更广泛的网络，包括设备协议、自动化通信和企业网络。
一份电报的解决方案
布赫科说:“我们几乎整合了所有你想提到的协议。OPC(一种开放通信标准)、以太网、Profibus等等。机器中最大的使能器是使用菊花链电缆策略。与每个电机连接的一系列电缆不同，一根电缆就能传输通信数据、电力和反馈。它使我们能够最小化组件，同时最大化通信。”
将机器与自动化连接起来需要分散注意力。机器控制器的主要任务是让事情在机器本身的范围内发生——启动和关闭电机，旋转阀门或滚珠丝杠多次(或发送编码器信号来实现这一点)等等。数控程序完成后，重点就放在硬件而不是软件上了。另一方面，自动化网络更以软件为中心。结果是，机器内部结构和自动化模式这两个领域根本无法使用同一种语言。
有许多桥梁策略横跨两个世界，并允许他们进行沟通。一个是中间件软件;第二种是内置在控制器本身中的中间件。
一个中间件软件的例子是来自密歇根州斯特林高地MAG工业自动化系统有限责任公司Infimatic部门的Freedom eLog监控系统。自由eLog是一个基于web的软件监控系统，在广泛的机器控制器中发挥作用。这是必须的。MAG Americas负责开发和标准化的副总裁吉姆·布劳恩(Jim Braun)说:“我们必须与大约30个机床品牌连接。”在过去的30年里，MAG已经同化了全球许多大型机床制造商。MAG产品包括加工和车削中心、传输线、焊机、装配设备和辅助设备。
系统提供基本信息和详细信息。其中最基本的是:给定的机器是否正在运行。其中比较复杂的是:历史生产数据或趋势数据，它们可以将成千上万的传感器和电气数据转换为快速扫描的可视化摘要。
旧与新
“我们在新旧设备上都安装了它，”他说，“实际上我们有两种截然不同的界面。对于较旧的设备(15年或更老)，我们提供安装在电气柜中的硬件模块。对于带有PC或基于软件的控制器的新设备，我们通过OPC接口进行对话。”在老式设备中，安装的模块在控制器中输入信号，将电脉冲转换成数据，然后通过工厂网络发送到服务器。
与许多仪表板应用程序一样，MAG的系统允许授权用户深入到给定机器的详细信息，以及正常运行时间、警报历史、操作员可用性等报告。布劳恩说:“最成功的公司是那些查看所有可能的信息，然后确定人们需要看到哪些数据和报告的公司。”“有很多元素可以开箱即用，但每个装置都是独一无二的。但当零件在来自不同供应商的五六台或更多机器上运输时，它有助于观察制造流程和跟踪问题。”
精益技术和MAG系统的采用之间有明确的相关性:“我们非常成功的客户都有六西格玛黑带，也就是说，他们的员工在工作流程、消除浪费和解决出现问题的方法和方法方面都受过良好的培训。这些地方不会把报告放在别人的桌子上，然后就把它们忘了。”
MAG的下一个计划将基于MTConnect标准，该标准目前正在积极开发中。MTConnect是一个开放的、基于可扩展标记语言(XML)的中间件通信协议。它将允许数据从设备分发到更高级别的系统，由弗吉尼亚州麦克莱恩的制造技术协会(AMT)和加州大学伯克利分校的技术专家开发。除了MAG工业自动化系统，技术咨询小组成员还包括美国国家标准与技术研究所(NIST)、博世力士乐、GE发那科、机床制造商马扎克、太阳微系统和其他19家公司，包括最终用户GE航空和通用动力。技术观察员包括机床制造商Okuma America以及西门子能源与自动化公司。
“MTConnect的初始发布规范刚刚诞生，”Braun解释道。“它主要用于机器监控，但将扩展到机器人、模具、材料分期等领域。重点是用户友好的，灵活的系统，可以很容易地适应来回传递任何类型的信息。它有很多优势——它是开放的，很容易定义新类型的数据，而且它密切关注制造业的需求。”
最新的策略
现在我们来看最后一种策略:将中间件构建到机器控制器本身中，这一策略在广泛的控制器产品中越来越明显。德国纽伦堡西门子运动控制事业部营销经理Dave Whittenton表示:“运动控制技术现在正融入越来越广泛的功能中。”“无论是机器对机器、机器对操作员还是机器对工厂，操作界面都越来越丰富。现在的技术允许系统公开交换信息。”
Whittenton认为，从整体上看待机器及其操作员如何与生产交互是很重要的。他指出:“与网络拓扑结合的能力变得越来越关键。”“对时间要求严格的运动控制只是其中的一部分，而安装在机架上的可编程逻辑控制器将所有内容整合到一个盒子-人机界面、运动控制、OEE数据、生产配置文件等等。”
“如果采用缓慢，”他补充说，“那是因为制造业的发展是在微观步骤，而不是宏观步骤。但这些微小的步骤正在累积，现在需要把每台机器都视为整个系统的一部分。生产既涉及到每个单元的运动控制，也涉及到产品进出工作单元。视野越开阔，融入主流的方法就越多。”
边栏文章-本垒打-坏，当它不是棒球
欲阅读本故事的相关文章，请转至 www.myenum.com/feature - 5146
自动化世界已经变得如此复杂，没有简单的答案。从制造业的整体角度来看，设施中的每台机器都有可能成为平稳运行的企业级系统中紧密集成的实体。而且，从机器对机器的角度来看，设备中的每台机器都可以很容易地独立于任何自上而下的系统工作，在推动工件或过程时安静地排列开关并驱动电机。
为什么要说话呢?
如果我们无法解决机器、控制器和自动化应该如何相互关联的困惑，我们至少可以看看采取这种或那种策略的一些意见和理由。
当然，第一个问题是，为什么要创建一个能够进入机器的自动化环境，或者反之亦然，一个能够传输到自动化网络的机器。毕竟，一个埋头于核桃地地毯的顶级会计师不太可能想知道工具的X、Y、Z位置，或者在任何给定毫秒内通过阀门的流量。即使降低了几个层次，工厂经理也不会对这些信息感兴趣。但是，你越接近机器——过去的操作和生产管理，下到工艺主管、维修人员，最后到操作人员——单个的比特和字节可能就越重要。
当然，任何级别的操作都可以使用聚合数据做一些好事。如果趋势图告诉团队，零件漂移是因为工具位置反复超出规格，或者流动异常已经开始偏离公式或工艺，他们会希望对机器给予一些关注。此外，总体设备效率(OEE)取决于广泛的机器数据(当然，还是汇总的)。那些负责寻找所有提高吞吐量或减少浪费的方法的人在整体机器行为中找到了思考的食物。
因此，中间件和机器控制器开发了越来越多的途径来实现整体自动化网络，并从它们开发到企业级系统也就不足为奇了。
这些道路是否人流量很大是另一回事。这台孤立的机器仍然很明显。当然，这种方法也有一些漏洞。当一台机器没有连接时，没有仪表盘会向高层显示它的性能如何，甚至它是否打开。质量统计数据最好的情况是在机器控制器内捕获(假设稍后进行选择性采集)，最坏的情况是由操作员或使用卡尺和记事本的质量控制资源捕获。最后，物料和产品流动将更难追踪。
然而，事实是，在小型到中型设施中，坚持使用手动数据跟踪方法可能比花费数周或数月的时间来组装有意义的自动化信息流更容易。
“我们已经准备好将我们的任何控制器与全厂网络集成，”纽约州埃尔迈拉哈丁公司交钥匙运营经理杰夫·托马森(Jeff Thomason)说，“控制器有钩子，它们有以太网连接，如果有人想要挑选和选择将什么发送到自动化网络，则有足够的数据聚合能力。但我们几乎从未被要求这么做。”
作为离散制造商的主要供应商，哈定制造广泛的设备:车削机，垂直和水平加工中心，托盘更换机，磨床和工作夹具组件。它的客户范围从小型机械车间到大型跨国公司的大型生产设施。
将来使用
托马森继续说:“我们认为这种能力是未来使用的。”“我们看到了需求，我们相信未来会看到很多，但实际使用它取决于相关公司的制造理念。没有多少人明确了他们想要量化的东西，或者回答了他们想要看到上游参数的问题。”
据托马森说，安全问题是一个主要的障碍。“内部网有很大的希望，”托马森说。“拥有一个基于浏览器的仪表盘听起来很棒。您可以在任何地方看到每个在线生产机器的绿色光点，或者黄色或红色光点表示某个问题。但人们不愿在防火墙上戳洞。如果几乎每个元素都有独特的规则，并且每个机器安装或多或少都是独特的，那么很难保持安全连接。根据我们的经验，IT通常有一个简单的方法——‘你不要破坏我们的系统。’我们继续在每一个报价中都包含机器之外的集成选项，但这种情况很少发生。”
在某种程度上，横跨离散制造和过程制造的包装设备领域也反映了这一点。“我们已经在我们的控制器中采用了PackML(包装机器语言，一种来自机器自动化与控制组织的编程协议，或OMAC)，但我们还没有被要求使用它，”加州萨利纳斯包装机器制造商ProPack systems公司的技术系统经理保罗·泽林登(Paul Zurlinden)说。相反，该公司专注于在自己的设备中使用基于elaus的控制器的模块化和灵活性。总部位于巴黎的施耐德电气(Schneider Electric)旗下Elau的智能伺服模块，使ProPack能够将其设备与许多新鲜蔬菜、休闲食品和饮料制造商的包装操作中的其他系统相吻合。
Zurlinden说:“我们的重点是易于实现和节省空间。“在生产过程中总会有一定的变化和变化，所以我们开发的系统可以很容易地适应添加。”不过，他也认为，与整个工厂系统的紧密集成即将到来:“我们服务的许多设施正在越来越多地实现自动化，许多人正在观察和等待。”
有趣的是，包装行业的其他人在机器之外的交流方面经历了相对较高的采用水平。“七年前，我们开始告诉我们的客户，他们可以有电子邮件提醒或页面，或每日或每小时的更新，”乔格罗夫说，他是Ossid LLC的工程副总裁，该公司位于北卡罗来纳州洛基芒特，是ProMach的一个部门。“现在，许多设备都连接到我们的设备上，以获得OEE数字，并优化总体线路。”
奥西德包装设备主要服务于食品和饮料生产商，以及肉类和家禽加工商。“我们的客户既有大公司，也有小公司，”格罗夫说。“大约40%是财富200强企业。当我回顾我们的工程演示时，过去是大公司说，‘只要给我们包装功能就行了。小公司会说，‘我该怎么做才能最大限度地利用这台机器?’他们是第一批想要优化上下游的公司。”
“现在，”他说，“每个人都觉得有必要进行优化。智能工厂越来越多，自动化程度越来越高，越来越强调快速生产无缺陷产品。”
从历史上看，Ossid提供带有专有控制器的机器，但现在主要转向了Allen-Bradley和西门子控制器，在硬件方面将它们与工业个人计算机(ipc)集成，在软件方面将它们与国家仪器公司的LabView和Microsoft SQL集成。传输层是以太网。
对于威斯康星州阿普尔顿的C P包装有限责任公司来说，灵活性也是关键。总部设在美国，主要为食品和制药行业的形式填充密封机器的专家。
“从一开始，我们就在寻找方法来设计机器，保持清洁，不接触产品或包装材料的产品方面，”C P包装副总裁Ray Buchko Jr.说。该公司的机器和控制器策略涵盖设备功能和网络通信。“我们希望集成电机和驱动系统，以减少布线和连接。你不能让电缆或电线挂在机器框架区域，”布赫科说。“链条已经过时了——它们太脏，维护成本太高——所以伺服电机显然是正确的选择。”
C P对博世力士乐的驱动和控制组件进行了标准化，主要是出于工程上的优势(例如，在寒冷环境和面对高压冲洗时，可以提供无故障的伺服系统)，但也用于通信。博世力士乐控制器采用SERCOS(用于串行实时通信系统，由国际电工委员会颁布的IEC 61491标准)控制器到智能设备的接口，内部利用以太网。可用的Internet协议(IP)通道允许向上或向下直接通信到更广泛的网络，包括设备协议、自动化通信和企业网络。
一份电报的解决方案
布赫科说:“我们几乎整合了所有你想提到的协议。OPC(一种开放通信标准)、以太网、Profibus等等。机器中最大的使能器是使用菊花链电缆策略。与每个电机连接的一系列电缆不同，一根电缆就能传输通信数据、电力和反馈。它使我们能够最小化组件，同时最大化通信。”
将机器与自动化连接起来需要分散注意力。机器控制器的主要任务是让事情在机器本身的范围内发生——启动和关闭电机，旋转阀门或滚珠丝杠多次(或发送编码器信号来实现这一点)等等。数控程序完成后，重点就放在硬件而不是软件上了。另一方面，自动化网络更以软件为中心。结果是，机器内部结构和自动化模式这两个领域根本无法使用同一种语言。
有许多桥梁策略横跨两个世界，并允许他们进行沟通。一个是中间件软件;第二种是内置在控制器本身中的中间件。
一个中间件软件的例子是来自密歇根州斯特林高地MAG工业自动化系统有限责任公司Infimatic部门的Freedom eLog监控系统。自由eLog是一个基于web的软件监控系统，在广泛的机器控制器中发挥作用。这是必须的。MAG Americas负责开发和标准化的副总裁吉姆·布劳恩(Jim Braun)说:“我们必须与大约30个机床品牌连接。”在过去的30年里，MAG已经同化了全球许多大型机床制造商。MAG产品包括加工和车削中心、传输线、焊机、装配设备和辅助设备。
系统提供基本信息和详细信息。其中最基本的是:给定的机器是否正在运行。其中比较复杂的是:历史生产数据或趋势数据，它们可以将成千上万的传感器和电气数据转换为快速扫描的可视化摘要。
旧与新
“我们在新旧设备上都安装了它，”他说，“实际上我们有两种截然不同的界面。对于较旧的设备(15年或更老)，我们提供安装在电气柜中的硬件模块。对于带有PC或基于软件的控制器的新设备，我们通过OPC接口进行对话。”在老式设备中，安装的模块在控制器中输入信号，将电脉冲转换成数据，然后通过工厂网络发送到服务器。
与许多仪表板应用程序一样，MAG的系统允许授权用户深入到给定机器的详细信息，以及正常运行时间、警报历史、操作员可用性等报告。布劳恩说:“最成功的公司是那些查看所有可能的信息，然后确定人们需要看到哪些数据和报告的公司。”“有很多元素可以开箱即用，但每个装置都是独一无二的。但当零件在来自不同供应商的五六台或更多机器上运输时，它有助于观察制造流程和跟踪问题。”
精益技术和MAG系统的采用之间有明确的相关性:“我们非常成功的客户都有六西格玛黑带，也就是说，他们的员工在工作流程、消除浪费和解决出现问题的方法和方法方面都受过良好的培训。这些地方不会把报告放在别人的桌子上，然后就把它们忘了。”
MAG的下一个计划将基于MTConnect标准，该标准目前正在积极开发中。MTConnect是一个开放的、基于可扩展标记语言(XML)的中间件通信协议。它将允许数据从设备分发到更高级别的系统，由弗吉尼亚州麦克莱恩的制造技术协会(AMT)和加州大学伯克利分校的技术专家开发。除了MAG工业自动化系统，技术咨询小组成员还包括美国国家标准与技术研究所(NIST)、博世力士乐、GE发那科、机床制造商马扎克、太阳微系统和其他19家公司，包括最终用户GE航空和通用动力。技术观察员包括机床制造商Okuma America以及西门子能源与自动化公司。
“MTConnect的初始发布规范刚刚诞生，”Braun解释道。“它主要用于机器监控，但将扩展到机器人、模具、材料分期等领域。重点是用户友好的，灵活的系统，可以很容易地适应来回传递任何类型的信息。它有很多优势——它是开放的，很容易定义新类型的数据，而且它密切关注制造业的需求。”
最新的策略
现在我们来看最后一种策略:将中间件构建到机器控制器本身中，这一策略在广泛的控制器产品中越来越明显。德国纽伦堡西门子运动控制事业部营销经理Dave Whittenton表示:“运动控制技术现在正融入越来越广泛的功能中。”“无论是机器对机器、机器对操作员还是机器对工厂，操作界面都越来越丰富。现在的技术允许系统公开交换信息。”
Whittenton认为，从整体上看待机器及其操作员如何与生产交互是很重要的。他指出:“与网络拓扑结合的能力变得越来越关键。”“对时间要求严格的运动控制只是其中的一部分，而安装在机架上的可编程逻辑控制器将所有内容整合到一个盒子-人机界面、运动控制、OEE数据、生产配置文件等等。”
“如果采用缓慢，”他补充说，“那是因为制造业的发展是在微观步骤，而不是宏观步骤。但这些微小的步骤正在累积，现在需要把每台机器都视为整个系统的一部分。生产既涉及到每个单元的运动控制，也涉及到产品进出工作单元。视野越开阔，融入主流的方法就越多。”
边栏文章-本垒打-坏，当它不是棒球
欲阅读本故事的相关文章，请转至 www.myenum.com/feature - 5146
![Mps035 Sm 1200x628 D[2]](https://img.automationworld.com/files/base/pmmi/all/image/2021/03/MPS035_SM_1200x628_D_2_.604a4a336bc60.png?auto=format%2Ccompress&bg=fff&fill-color=fff&fit=fill&h=146&pad=5&q=70&w=340)
