鑒于計劃外停機的成本可能占總制造成本的近四分之一，所以采用預測性維護有望大幅節省成本并提高生產(chǎn)力。關(guān)注狀態(tài)監控的工業(yè)市場(chǎng)報告顯示，這個(gè)市場(chǎng)的復合年均增長(cháng)率預計在25%至40%之間，主要受兩大增長(cháng)領(lǐng)域推動(dòng)。第一，是增加智能傳感器的部署數量，用于監測資產(chǎn)的運行狀況；第二，是加大人工智能和高級分析的使用，將資產(chǎn)運行狀況數據轉化為可執行的見(jiàn)解，以部署預測性維護功能，創(chuàng )造以服務(wù)為基礎的新型預測性維護業(yè)務(wù)模式機遇。新型狀態(tài)監控的部署增長(cháng)涉及各種行業(yè)，包括水和廢水處理、制造、食品和飲料、制藥、金屬和采礦、能源、石油和天然氣裝置等。在這些行業(yè)中，狀態(tài)監控應用不再局限于傳統的旋轉設備應用（泵、壓縮機和風(fēng)機），而是擴展到適合CNC機床、機床、編碼器、傳送帶、機器人和儀器儀表等新應用。要使狀態(tài)監控應用不斷得到發(fā)展，需要解決的一個(gè)關(guān)鍵挑戰是，實(shí)現智能傳感器與更高級別的管理系統之間的連接，后者根據從被監控的資產(chǎn)獲取的信息實(shí)施操作。

 

圖1：狀態(tài)監控應用

 

截止目前，狀態(tài)監控應用一直使用有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)連接解決方案，具體由終端應用要求決定。無(wú)線(xiàn)連接解決方案在部署方面存在優(yōu)勢，但帶寬和/或電池壽命通常受到限制。有線(xiàn)連接解決方案有時(shí)受到數據帶寬限制，在惡劣的工業(yè)環(huán)境下無(wú)法支持長(cháng)距離傳輸，且通常需要采用單獨的電源線(xiàn)?；?00BASE-TX/10BASE-T的現有的工業(yè)以太網(wǎng)解決方案通過(guò)帶PoE的CAT-5或CAT-6/e電纜提供高達100-Mb速率的高數據帶寬，但覆蓋距離在100米之內，且不能在危險區域內使用，因為它們是高功率解決方案。狀態(tài)監控應用需要能夠支持潛在的遠程傳感器，這些傳感器需要在一個(gè)空間和功率受限的IP66/67外殼中進(jìn)行遠程通信，因為該外殼被部署在惡劣的工業(yè)環(huán)境中。這些受限的傳感器節點(diǎn)應用需要采用一種低功耗、高數據帶寬的通信解決方案，通過(guò)一根低成本、易于安裝的電纜（采用小型電纜接頭）將電能和數據傳輸到傳感器節點(diǎn)。

 

由IEEE制定的新單對以太網(wǎng)(SPE)物理層標準為傳輸資產(chǎn)運行狀況信息，實(shí)施狀態(tài)監控應用提供了新的連接解決方案。10BASE-T1L是在2019年11月7日經(jīng)過(guò)IEEE認證的新以太網(wǎng)物理層標準(IEEE 802.3cg-2019)。這將通過(guò)與現場(chǎng)級器件的無(wú)縫以太網(wǎng)連接顯著(zhù)提高工廠(chǎng)運營(yíng)效率，變革自動(dòng)化行業(yè)。10BASE-T1L解決了至今為止一直限制現場(chǎng)使用以太網(wǎng)的挑戰。這些挑戰包括功率、帶寬、布線(xiàn)、距離、數據島以及本質(zhì)安全0區（危險區域）應用。通過(guò)解決后裝升級以及前裝安裝的挑戰，10BASE-T1L將有助于獲得以前無(wú)法獲取的新資產(chǎn)運行狀況信息，并將它們無(wú)縫傳送給控制層、云/私人服務(wù)器。這些新的見(jiàn)解將通過(guò)從現場(chǎng)資產(chǎn)到云或私人服務(wù)器的融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )（請參見(jiàn)圖2），讓數據分析、運營(yíng)見(jiàn)解和生產(chǎn)力提高成為可能。

 

而10BASE-T1L無(wú)需采用傳統通信用于連接至控制和管理網(wǎng)絡(luò )的耗電復雜網(wǎng)關(guān)，可跨信息技術(shù)(IT)和操作技術(shù)(OT)網(wǎng)絡(luò )使能融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)此融合網(wǎng)絡(luò )，可簡(jiǎn)化安裝和器件更換，加快網(wǎng)絡(luò )調試和配置。最終將加快軟件更新，簡(jiǎn)化根本原因分析和現場(chǎng)級資產(chǎn)維護。10BASE-T1L物理層與消息傳輸協(xié)議(MQTT)融合，為現場(chǎng)資產(chǎn)提供消息傳輸協(xié)議，其中，低功耗智能傳感器僅占用少量?jì)却婵臻g。MQTT將資產(chǎn)運行狀況信息直接與云或私人服務(wù)器連接，以實(shí)施高級數據分析，進(jìn)而采用預測性維護技術(shù)。

 

要與支持10BASE-T1L的現場(chǎng)資產(chǎn)通信，需要具有集成介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)的主機處理器、無(wú)源介質(zhì)轉換器或具有10BASE-T1L端口的交換機。無(wú)需其他軟件、自定義TCP/IP堆棧和特殊驅動(dòng)程序（請參見(jiàn)圖3）。這就使10BASE-T1L器件具有明顯優(yōu)勢：

 

圖2：融合IT/OT網(wǎng)絡(luò )上的資產(chǎn)運行狀況信息

 

圖3：采用10BASE-T1L PHY的現場(chǎng)資產(chǎn)、智能傳感器連接 

 

•10BASE-T1L是一種功耗極低的物理層技術(shù)，可以采用高數據帶寬連接解決方案實(shí)現極低功耗的智能傳感器部署。

 

•通過(guò)10BASE-T1L連接的智能傳感器可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)，并可隨時(shí)隨地遠程更新。傳感器變得越來(lái)越復雜，軟件也更有可能更新?，F在，通過(guò)快速以太網(wǎng)連接，可在現實(shí)時(shí)間段內做到這一點(diǎn)。

 

•訪(fǎng)問(wèn)高級以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )診斷工具簡(jiǎn)化根本原因分析。

 

•通過(guò)單條長(cháng)達或超過(guò)1千米的雙絞線(xiàn)（在單條雙絞線(xiàn)上同時(shí)傳輸功率和數據），提高智能傳感器安裝的靈活性。

 

•現在，通過(guò)在現場(chǎng)資產(chǎn)上運行的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，我們可以遠程獲取并隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)資產(chǎn)運行狀況信息，使得維護人員無(wú)需再“四處走動(dòng)”來(lái)監控資產(chǎn)運行狀況，幫助大幅節省了成本。

 

ADIN1100（ADI的10BASE-T1L PHY）可以在超過(guò)1200米長(cháng)的單條雙絞線(xiàn)上實(shí)現更低功耗的以太網(wǎng)連接，其功耗僅為39 mW。采用10BASE-T1L之后，可在單條雙絞線(xiàn)上同時(shí)提供功率和數據。10-Mb數據帶寬通信鏈路可在同一條電纜上傳輸大量功率，為現場(chǎng)資產(chǎn)提供智能傳感器、功率和連接帶寬，以實(shí)現新型狀態(tài)監控應用。采用10BASE-T1L連接之后，獲取資產(chǎn)運行狀況信息變得更加容易，因為這些信息現在可通過(guò)融合IT/OT以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )獲取。10BASE-T1L可在危險區域內使用（本質(zhì)安全區域0），用于實(shí)施過(guò)程自動(dòng)化部署，有時(shí)候被稱(chēng)為以太網(wǎng)APL。10BASE-T1L/以太網(wǎng)APL將提供新的低功耗連接解決方案，將資產(chǎn)運行狀況監測智能傳感器連接到用于實(shí)施AI和高級分析的高級數據管理系統，從而將資產(chǎn)運行狀況數據轉換為可操作的信息，以部署新的預測維護服務(wù)。

 

圖4：ADI公司，狀態(tài)監控功能

 

ADI公司為狀態(tài)監控應用提供完整的系統級解決方案，實(shí)現對現場(chǎng)資產(chǎn)的實(shí)時(shí)監控。ADI致力于利用在檢測、信號處理、連接、機械封裝技術(shù)和AI等領(lǐng)域數十年的經(jīng)驗，實(shí)現下一代狀態(tài)監控應用。ADI OtoSense™是一款AI驅動(dòng)的平臺，能夠實(shí)時(shí)傳感和解譯聲音、振動(dòng)、壓力、電流或溫度等信息，用于連續狀態(tài)監控和按需診斷，以在各級客戶(hù)系統中實(shí)現AI集成。它可以實(shí)時(shí)在終端上的現場(chǎng)資產(chǎn)上運行（在線(xiàn)和離線(xiàn)），以對現場(chǎng)資產(chǎn)實(shí)施持續狀態(tài)監控。ADI OtoSense™可以自行檢測異常，通過(guò)與狀態(tài)監控領(lǐng)域專(zhuān)家交互不斷學(xué)習，可創(chuàng )建數字指紋以幫助識別故障，并可以提早預測故障，從而避免發(fā)生代價(jià)高昂的停機、損壞或重大故障。

 

將ADI在檢測、信號鏈和系統設計考量等方面的深厚領(lǐng)域知識與我們的AI檢測和解譯平臺融合，幫助客戶(hù)更快部署新?tīng)顟B(tài)監控系統；通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)更高質(zhì)量的數據和信息，從他們的狀態(tài)監控解決方案中獲取更多價(jià)值；改善客戶(hù)的制造工藝，延長(cháng)設備的現場(chǎng)使用壽命，減少意外停機時(shí)間，同時(shí)保持最高水平的質(zhì)量和安全。ADI的狀態(tài)監控系統級解決方案提供技術(shù)和信息，為部署的設備創(chuàng )建新的、高價(jià)值的預測性維護服務(wù)產(chǎn)品。

 

如需了解ADI公司適用于狀態(tài)監控應用的完整系統級解決方案和AI產(chǎn)品的更多信息，以及ADI如何幫助我們的客戶(hù)和合作伙伴快速開(kāi)發(fā)和部署端到端監控和基于服務(wù)的解決方案，請訪(fǎng)問(wèn)www.analog.com/CbM。

 

作者簡(jiǎn)介

 

Maurice O’ Brien是ADI公司工業(yè)自動(dòng)化部的戰略營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理。他負責交付以工業(yè)自動(dòng)化為重點(diǎn)的系統級解決方案。在此之前，Maurice在A(yíng)DI公司的工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域工作了3年，在電源管理應用和營(yíng)銷(xiāo)領(lǐng)域工作了15年。他擁有愛(ài)爾蘭利默里克大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位。聯(lián)系方式：maurice.obrien@analog.com。

 

 

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