食品和飲料工廠車間的連通性演變

 設(shè)備層面的工業(yè)以太網(wǎng)如何幫助減少停機(jī)時(shí)間，并改善操作安全性和實(shí)時(shí)信息流

 在食品和飲料行業(yè)中引進(jìn)機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備帶來(lái)了多方面的安全性、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)力和利潤(rùn)率的提升。自動(dòng)工藝控制和機(jī)器人、用于自動(dòng)化質(zhì)量和安全控制的傳感器，以及設(shè)備視覺(jué)系統(tǒng)開發(fā)等方面的不斷進(jìn)步，正在引領(lǐng)一個(gè)更可持續(xù)發(fā)展的食品行業(yè)。不過(guò)，食品和飲料行業(yè)在引入創(chuàng)新的工廠車間聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面仍然落后，還有許多事情需要去做。

 數(shù)項(xiàng)因素已經(jīng)促使制造商和處理商采用更謹(jǐn)慎的方法來(lái)提升其自動(dòng)化系統(tǒng)，許多廠商20多年來(lái)一直使用相同的產(chǎn)品，并且對(duì)于升級(jí)至更好的解決方案猶豫不決，直到其過(guò)時(shí)的設(shè)備已不再可用。雖然這個(gè)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)激烈，但與其它行業(yè)相比，所受到的全球經(jīng)濟(jì)衰退的影響較小，因此要進(jìn)行改變的意愿不高。另外，食品和飲料制造商面對(duì)一些獨(dú)特的挑戰(zhàn)，使其更難以實(shí)施新的系統(tǒng)。這些挑戰(zhàn)包括：防止產(chǎn)品受到污染、確保消費(fèi)者和工人的安全，溫度、濕度和振動(dòng)等環(huán)境條件，嚴(yán)苛的清潔和沖洗步驟，以及符合各地政府規(guī)章制度的要求。

 但是，隨著制造商尋求提高運(yùn)營(yíng)效率和底線利潤(rùn)，他們必須采用更先進(jìn)的工廠車間聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

 連通性至關(guān)重要

 這些先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)的一些關(guān)鍵組件是電纜、連接器和通信系統(tǒng)，它們把所有的東西聯(lián)合在一起。在許多情況下，硬連線解決方案因?yàn)檩^廉價(jià)，所以在工廠車間仍然很常用。然而，這種方法是勞動(dòng)力極為密集的，因此連接系統(tǒng)必須易于安裝、可靠和安全。預(yù)接線(Pre-wired)配線箱可以節(jié)省時(shí)間，并且有助于防止錯(cuò)誤接線，適用于具有高密度輸入和輸出連接的應(yīng)用。在這兩種情況下，穩(wěn)健性對(duì)于耐受食品和飲料工廠車間的嚴(yán)苛環(huán)境是至關(guān)重要的，由于水氣進(jìn)入電氣和電子設(shè)備和器件而引起的電氣短路是食品和飲料生產(chǎn)線的首要問(wèn)題

 同樣地，通信系統(tǒng)如用于工業(yè)設(shè)備的開放的設(shè)備級(jí)控制和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)DeviceNet；標(biāo)準(zhǔn)化的全球性開放式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)Profibus，以及流行的工業(yè)通信協(xié)議Modbus，都需要使用在嚴(yán)苛環(huán)境中具有多用性、可靠性和信號(hào)完整性的電纜、連接器和插座。

 遷移到以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

 以太網(wǎng)最初設(shè)計(jì)用于辦公室環(huán)境，但隨著企業(yè)要求收集工廠車間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳回企業(yè)，以太網(wǎng)在工廠車間獲得了發(fā)展動(dòng)力。這對(duì)于通常需要連續(xù)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)工藝以實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)時(shí)間最大化，并且滿足法規(guī)要求的食品和飲料行業(yè)是特別重要的。對(duì)于希望通過(guò)將工廠車間設(shè)備連接至制造企業(yè)網(wǎng)絡(luò)以獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，工業(yè)以太網(wǎng)常常能夠提供多項(xiàng)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：

 在企業(yè)范圍存取信息，提高企業(yè)智能水平

 借助更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，實(shí)現(xiàn)更快的信息流

 通過(guò)提升能效和資源管理節(jié)省成本

 通過(guò)增強(qiáng)設(shè)備性能減少工廠停機(jī)時(shí)間

 通過(guò)協(xié)作監(jiān)測(cè)和控制優(yōu)化設(shè)備性能

 主要的工業(yè)以太網(wǎng)解決方案有EtherNet/IP，用于工業(yè)自動(dòng)化、工藝控制應(yīng)用、機(jī)器人，并且由開放設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會(huì)(Open Device Vendor Association, ODVA)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)管理；PROFINET是用于先進(jìn)制造和自動(dòng)化的開放式工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，而Modbus TCP/IP則是流行的Modbus協(xié)議的擴(kuò)展，廣泛用于工業(yè)制造環(huán)境。在任何情況下，底層的基礎(chǔ)設(shè)施，包括電纜、電線座、開關(guān)、協(xié)議堆棧、接口卡和I/O模塊都必須非?？煽?，才能實(shí)施成功的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。如果制造商將其移出機(jī)柜，并且放置在車間地面上，便等于將這些至關(guān)重要的組件置于極其嚴(yán)苛的環(huán)境中。用于辦公室的一般商用產(chǎn)品是不足夠應(yīng)付這些條件的，因此挑選合適可靠的電纜和連接器非常重要，是維持車間正常運(yùn)作的關(guān)鍵因素。

 選擇可用于嚴(yán)苛環(huán)境的合適材料

 食品和飲料行業(yè)的極端情況是企業(yè)延遲將以太網(wǎng)轉(zhuǎn)從辦公室轉(zhuǎn)移至食品和飲料工廠車間的主要原因。其中最大的障礙之一是沖洗程序，這是防止污染物負(fù)面影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，但極高的水溫和腐蝕性清潔劑和消毒劑可能輕易損壞敏感的電子設(shè)備。另一個(gè)因素是生銹和侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)，這有可能破壞制造工藝或污染產(chǎn)品。最后，極端的溫度、濕度和振動(dòng)均可能影響通信基礎(chǔ)設(shè)施的性能和可靠性。

 通過(guò)選擇合適的產(chǎn)品，食品和飲料制造商能夠安全地轉(zhuǎn)向工業(yè)以太網(wǎng)。要評(píng)測(cè)不同的設(shè)備、組件和接線選項(xiàng)時(shí)應(yīng)考慮的一些特性包括：

 額定防護(hù) (Ingress Protection, IP) 等級(jí)：額定IP是國(guó)際量度，首個(gè)數(shù)字是指固體物質(zhì)(比如塵粒)防護(hù)等級(jí)；而第二個(gè)數(shù)字則定義了液體防護(hù)等級(jí)。在食品和飲料工廠車間的許多地方，達(dá)到IP67等級(jí)是可以接受的，這表明產(chǎn)品可以防塵，并且具有防止受到短期浸沒(méi)影響的保護(hù)。不過(guò)，最理想的是達(dá)到IP69K等級(jí)，表明防止灰塵和高溫、高壓水，適用于設(shè)備必需仔細(xì)清潔的場(chǎng)合。

 不銹鋼結(jié)構(gòu)：表面光滑的316等級(jí)不銹鋼連接系統(tǒng)能限制細(xì)菌可能聚集的面積，有助于防止細(xì)菌生長(zhǎng)，并且能夠耐受嚴(yán)苛的化學(xué)制品和高水溫，而不會(huì)生銹。此外，堅(jiān)固的過(guò)模塑電纜外殼能夠耐受極端溫度條件，從而提供更多的保護(hù)。

 按下鎖定 (Push-to-lock)技術(shù)：加入了機(jī)械式鎖定設(shè)計(jì)的連接器提供了螺紋線組所沒(méi)有的安全連接，這種內(nèi)在的可靠性減少了最嚴(yán)苛環(huán)境中的連接器相關(guān)間歇信號(hào)。更少的間歇信號(hào)意味著更短的停機(jī)時(shí)間和更好的生產(chǎn)率。

 DIN 軌道安裝/機(jī)器安裝 (DIN Rail Mount/Machine Mount)：通過(guò)將以太網(wǎng)交換機(jī)遷移到工廠車間設(shè)備，制造商能夠節(jié)省機(jī)柜空間，減少電纜成本并且簡(jiǎn)化安裝。重載 (heavy-duty) 外殼提供了對(duì)于水和溫度變化的防護(hù)保護(hù)，使其適合嚴(yán)苛的工業(yè)應(yīng)用。

 深思熟慮的工業(yè)以太網(wǎng)遷移讓食品和飲料企業(yè)既可保持相關(guān)的傳統(tǒng)系統(tǒng)，同時(shí)開發(fā)支持未來(lái)業(yè)務(wù)成長(zhǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用。