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近日，工業(yè)和信息化部官網發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網創(chuàng)新發(fā)展行動計劃(2021-2023年)》)指出，未來三年將是我國工業(yè)互聯(lián)網的快速成長期，工信部將著力解決工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展中的深層次難點、痛點問題，推動產業(yè)數(shù)字化，帶動數(shù)字產業(yè)化。工業(yè)互聯(lián)網融合應用不同于互聯(lián)網創(chuàng)新應用，工業(yè)互聯(lián)網的主戰(zhàn)場在實體經濟，面向工業(yè)、立足工業(yè)、服務工業(yè)。本文以ADI行業(yè)領先的產品與技術解決方案為例，闡述如何突出工業(yè)互聯(lián)網的核心優(yōu)勢，促進制造業(yè)向數(shù)據(jù)驅動型創(chuàng)新體系和發(fā)展模式轉變，持續(xù)拓展產業(yè)發(fā)展新空間，推動工業(yè)互聯(lián)網應用創(chuàng)新。
軟硬件賦能，工業(yè)互聯(lián)網創(chuàng)新應用持續(xù)深化
開展工業(yè)互聯(lián)網基礎軟硬件研發(fā)，推動新一代信息技術與工業(yè)互聯(lián)網的融合技術研究，強化對工業(yè)裝備、工業(yè)控制系統(tǒng)、工業(yè)軟件的帶動提升，將進一步壯大工業(yè)互聯(lián)網的技術產業(yè)創(chuàng)新生態(tài)、拓展創(chuàng)新發(fā)展新空間。其中，數(shù)字化產品需要更為廣泛的普及，工業(yè)5G芯片/模組/網關、智能傳感器、邊緣計算芯片等新型數(shù)字化元器件隨著技術成熟度的不斷提升，將帶動設備、產線智能改造成本持續(xù)下降，可視化、低代碼開發(fā)工具不斷優(yōu)化，工業(yè)軟件開發(fā)運用難度也將逐漸降低，工業(yè)互聯(lián)網系統(tǒng)解決方案供應商方案輸出能力得到有力深化，覆蓋領域持續(xù)拓展，生產各環(huán)節(jié)數(shù)字化水平不斷提升。
在工業(yè)互聯(lián)聯(lián)網的過程中，基于狀態(tài)的監(jiān)控（CbM）是一種越來越重要的策略并有可能最先落地實踐，隨著使用Python和MATLAB的開源開發(fā)平臺的出現(xiàn)，CbM的應用也越來越廣泛。ADI最近發(fā)布了一個新的硬件開發(fā)工具包CN0549，用于以振動為中心的基于狀態(tài)的監(jiān)測。該套件能夠與現(xiàn)有的硬件處理器接口，包括與Arduino外形尺寸兼容的FPGA和基于微控制器的單元兼容，因此具有較好的設計可移植性。
作為一個由三部分組成的工具包，CN0549為硬件設計師、軟件工程師和算法開發(fā)人員提供了一個部署基于振動狀態(tài)監(jiān)測的快速開發(fā)平臺，該工具包提供了所需的HDL和軟件，并具有開源許可，允許通過ADI的傳感器工具箱和pyadi iio將數(shù)據(jù)遷移到MATLAB和Python。
CN0549硬件平臺示例連接到DE10Nano，SMA接口連接到MEMS傳感器
基于IEPE接口，CN0549 CBM平臺采用的振動傳感器技術采用2線制標準，由電流源驅動，確定的參考電壓通常在10 V和30 V之間。來自傳感器的信號被施加在參考電壓上，對信號進行調制，這種調制信號提供了時域和頻域的實時數(shù)據(jù)，可以利用信號處理技術來開發(fā)相干數(shù)據(jù)算法。確保數(shù)據(jù)完整性的一個關鍵因素是將MEMS傳感器連接起來以監(jiān)控設備。ADI專門設計了一個安裝板來解決這個問題，允許傳感器和被監(jiān)測設備之間有一個可重復的接口。
CN0549系統(tǒng)的簡化框圖，顯示了與24位AD7768-1精密ADC接口的IEPEADXL1002 MEMS傳感器。
振動監(jiān)測只是預防性維護狀態(tài)監(jiān)測策略中應用的一種方法，物聯(lián)網傳感器技術和工業(yè)自動化的普及還將意味著人類的體力勞動更少，在系統(tǒng)監(jiān)控和管理方面需要不斷發(fā)展的技能。制造商則需要更靈活的系統(tǒng)來快速輕松地適應不斷變化的要求，而不能再依賴為批量市場產品和可預測需求設計的固定的大規(guī)模系統(tǒng)。ADI新推出的AD74412R和AD74413R具有可重構的模塊通道，可以快速、輕松地實現(xiàn)遠程設計靈活的控制系統(tǒng)，同時無需進行大規(guī)模的重新布線。這極大地提高了制造商和工業(yè)運營商的實現(xiàn)速度和靈活性，并使其能夠在不大量增加成本和停機時間的情況下進行更改。
部署更為高速可靠的工業(yè)互聯(lián)網通信網絡
此外，在工業(yè)互聯(lián)網新一輪的快速發(fā)展周期內，企業(yè)產線建設的升級優(yōu)化，扁平化、柔性化、有線無線互補并進的趨勢更加明朗，工業(yè)現(xiàn)場總線向工業(yè)以太網方向演進，時間敏感網絡（TSN）、確定性網絡、邊緣計算等技術加速發(fā)展。工業(yè)互聯(lián)網的優(yōu)勢是能夠充分利用傳感器采集的不斷增加的數(shù)據(jù)做出更好的決策，而在整個工業(yè)自動化系統(tǒng)中，能否及時獲取和傳輸數(shù)據(jù)取決于網絡連接。因此，為應對日益增長的數(shù)據(jù)量，網絡技術以及制造工藝流程和方法都必須不斷改進。智能、互聯(lián)的自動化環(huán)境需要數(shù)字連接控制系統(tǒng)、工業(yè)設備、產線機器人等，以創(chuàng)建和共享信息。這些機器采用的通信方式以及部署的工廠通信網絡是企業(yè)的核心，也是推動實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網的關鍵。
可以預見，未來的工業(yè)互聯(lián)網應用必須支持各種常見的網絡拓撲，如PROFINET、EtherNet/IP®、EtherCAT®、POWERLINK®等常用工業(yè)以太網協(xié)議，以及線狀和環(huán)狀拓撲和星形拓撲。ADI打造的fido5000系列產品是具有兩個以太網端口的實時以太網、多協(xié)議 (REM) 交換芯片，是可編程的 IEEE 802.3 10 Mbps/100 Mbps 以太網互聯(lián)網協(xié)議版本 6 (IPv6) 和互聯(lián)網協(xié)議版本 4 (IPv4) 交換機，可虛擬支持任意 2 層或 3 層協(xié)議。另外，它可以連接任何主機處理器，這讓開發(fā)人員可以使用自己的處理器和他們首選的開發(fā)環(huán)境。
值得一提的是，fido5000還支持時間敏感型網絡 (TSN)，未來基于TSN的工業(yè)以太網應用的需求將能夠滿足運動控制或安全等應用非常苛刻的實時要求。在工業(yè)環(huán)境中，即使一毫秒的通信延遲也可能會對制造商的產品質量、吞吐量和效率產生負面、成本高昂的影響。而ADI推出的新型Chronous™系列工業(yè)以太網解決方案ADIN1300，進一步致力于解決部署具有低延遲和較小封裝尺寸的工業(yè)以太網連接方面的重要挑戰(zhàn)，以確保實時可靠的工業(yè)通信，從而縮短工業(yè)以太網網絡周期時間。這是一款工業(yè)以太網物理層(PHY)產品，以幫助制造商應對關鍵的工業(yè)4.0和智能工廠在通信上的挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)集成、同步、終端連接和系統(tǒng)互操作性。
本文小結
我國工業(yè)互聯(lián)網在歷經三年起步期后，已經打下了良好的發(fā)展基礎。“十四五”時期，將是工業(yè)互聯(lián)網立足我國制造業(yè)轉型升級內生動力，發(fā)揮5G、互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術引領作用，實現(xiàn)并跑領跑的關鍵階段。ADI專注于工業(yè)互聯(lián)網領域產品研發(fā)與技術創(chuàng)新突破，能夠為工業(yè)客戶提供在感知、測量、解讀、通信、網絡安全和邊緣計算等各個環(huán)節(jié)中的產品和解決方案，與行業(yè)一起探索更快實現(xiàn)工業(yè) 4.0 的途徑。
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