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工业互联网与工业4.0的建设首当其冲

发表时间: 2023-06-21

* 图片来源于网络

新基建浪潮下,行业正迎来美好的通信时代。

以5G、人工智能、工业互联网、物联网等为代表的新型基础设施已成为当今的焦点和未来的方向,其中工业互联网和工业4.0的建设首当其冲。 工业互联网将与“新基建”其他领域融合,围绕网络、平台、安全层发展。 网络是实现工业互联网的基础,有望率先落地。

工业正在迎来一个美好的沟通时代。

当今工业通信的主流技术

工业通信是工业4.0的核心,可以简单分为四个层次:自动化系统内部的水平通信、与下层现场传感和数据采集层以及上层企业管理系统的垂直通信、基于开放标准和统一标准的通信。协议网络、移动技术和虚拟化。

工业有线通信、短距离无线通信、射频识别和远距离无线通信是工业应用中经常同时使用的通信方式,而这些通信方式有很多不同的标准。 现场总线工业以太网、工业无线技术是工业通信领域的三大主流技术。 这三项技术将现场总线、以太网、嵌入式技术和无线通信技术融入到控制网络中,不仅保证了系统的稳定性,还增强了系统的开放性和互操作性,从而帮助企业加速新产品开发、减少成本。生产成本,改善信息服务。

现场总线

现场总线是工业数据总线,是自动化领域的底层数据通信网络。 它于1984年被正式提出,它不仅简化了系统的结构,而且大大简化了整个控制系统的设计、安装、调试和维护,给工业自动化带来了一场深刻的革命。 它发展迅速,已广泛应用于工业自动化系统中。 传统的现场总线协议有、、、CAN、和基金会现场总线等。 许多公司也推出了自己的现场总线技术,彼此的开放性和互操作性很难统一。

▲ ST提供丰富的工业有线通信解决方案

目前,世界上有四十多种现场总线,目前的工业总线网络可分为三类:485网络、HART网络、现场总线网络。

485网络:RS485/是一种流行的工业联网方式,其特点是实现简单、方便,支持RS485的仪表很多。 RS485的转换接口不仅价格便宜而且种类繁多。 在低端市场,RS485/仍将是最重要的工业联网方式。

HART网络:HART是艾默生提出的过渡性总线标准。 其主要特点是将数字信号叠加在 4-20 mA 电流信号之上。 但这个协议并不是真正开放,主要被国外几家大公司垄断。 从长远来看,由于HART通讯速率低、组网困难等原因,HART仪表的应用将呈现下降趋势。

现场总线网络:现场总线是连接控制现场仪表和控制室控制设备的数字化、串行化、多站通信网络,支持双向、多节点、总线式全数字通信。 它的出现彻底改变了传统控制系统的结构,使自动控制系统朝着“智能化、数字化、信息化、网络化、分散化”的方向进一步迈进,形成了一种新型的全分布式网络通讯控制系统——现场总线控制系统 FCS ( )。 但迄今为止,现场总线尚未形成真正统一的标准,诸如CC-Link、CC-Link等多种标准并行存在。

工业以太网

当现场总线标准大战如火如荼时,以太网进入控制领域,“工业以太网”诞生了。 以太网具有更快的传输速率,近年来已经盖过了现场总线。 然而,工业以太网也陷入了标准之争,如/IP、、、、等,而这些网络基于不同层次的不同技术和协议以太网楼宇自控的应用,背后也有不同的制造商。 以太网技术的共存。

▲ ST支持20多种工业通信协议

(以太网控制自动化技术)是德国倍福自动化有限公司原创开发的基于以太网的开放式架构现场总线系统,为系统实时性能和拓扑灵活性制定了新标准,同时符合甚至降低使用现场总线的成本。 它还具有高精度设备同步、可选电缆冗余和功能安全协议 (SIL3)。

/IP 是用于工业自动化应用的工业应用层协议。 它建立在标准UDP/IP和TCP/IP协议之上,利用固定以太网硬件和软件定义用于配置、访问和控制工业自动化设备的应用层协议。

它是国际组织推出的基于工业以太网技术的新一代自动化总线标准。 作为一项战略性技术创新,它为自动化通信领域提供了完整的网络解决方案,涵盖了实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全和网络安全等当前自动化领域的热点话题。一种跨供应商技术,它可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线(如)技术,以保护现有投资。

/TCP 是用于管理和控制自动化设备的一系列通信协议的简单且与供应商中立的衍生协议。 它涵盖了使用 TCP/IP 协议在“”和“”环境中使用消息。 该协议最常见的用途是用于 PLC、I/O 模块以及其他简单域总线或 I/O 模块的网关等服务。

=+:结合了以太网的蓬勃发展和这两种技术的优缺点,即具有高速、开放的接口,以及良好的SDO和PDO数据定义,在工业领域、物理层、数据链路层使用。介质被移除,而应用层保留了原来的SDO和PDO对象字典的结构。 采用开放、独立的标准技术,适用于任何以太网硬件产品,支持任何拓扑类型,周期周期仅100微秒,网络抖动小于1微秒,完全满足实时以太网的高标准要求。时间和确定性。

工业无线通信技术

与有线网络相比,无线网络具有移动性,不受通信线缆的限制,通信终端可以在通信区域内自由移动或布置; 网络快速灵活,覆盖范围广,扩展能力强,可形成多种拓扑结构,节点扩展十分方便。

▲ 工业4.0应用场景中的无线连接

工业物联网的无线通信技术主要分为两类:一类是Wi-Fi、蓝牙等短距离通信技术;另一类是Wi-Fi、蓝牙等短距离通信技术。 另一种是LPWAN(low-power Wide-Area),即低功耗广域网通信技术。 LPWAN分为两类:一类是LoRa等工作在非授权频谱上的技术; 另一种是工作在授权频谱上并得到3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术,例如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。不同的无线技术在组网、功耗方面有所不同、通信距离、安全性等,所以它们有不同的适用场景。

,于2003年正式提出,是一种低成本、低功耗、低功耗的短距离无线通信标准。 它是为低速率传感器和控制网络设计的无线网络规范。 它具有低功耗、低成本和简单的架构。 、时延短、网络容量大、可靠性和安全性高。 缺点是抗干扰性差,通讯距离近,协议不开源。

蓝牙技术最早始于1994年,由电信巨头爱立信开发。 它是两个设备之间进行无线短距离通信的最简单、最方便的方法。 可以实现固定设备、移动设备和楼宇个域网之间的连接。 短距离数据。 蓝牙不依赖外网,速度快,功耗低,安全性高。 缺点是无法直接连接云端,传输速度慢,组网能力弱,网络节点少,不适合多点部署和控制。

▲ ST提供丰富的工业无线连接解决方​​案

LoRa是一种基于扩频技术的超远距离、低功耗无线传输解决方案,为用户提供了一个简单的系统,可以实现远距离、长电池寿命和大容量,从而扩展传感器网络。 目前主要工作在全球免费频段,最远距离可达15km,具体取决于位置和天线特性。 特点:低功耗、大容量、支持测距和定位,非常适合需要低功耗、远距离、大量连接和位置跟踪的物联网应用,例如停车场、车辆跟踪、智慧工业、智慧城市、智慧社区等。缺点是传输速率慢,通信频段易受干扰。

▲ ST LoRa解决方案

NB-IoT(窄带物联网),专注于低功耗广覆盖物联网(IoT)市场。 NB-IoT使用授权频段,可以通过带内、保护带或独立载波三种方式部署,并与现有网络共存。 主要优点是:低功耗、低成本、海量连接、覆盖广; 但数据传输速度慢、隐私安全、IT系统转换时间等问题将限制其发展。

法国一家公司采用超窄带技术搭建的无线网络,不仅是一种无线技术,更是一种网络服务。 工作在中国和台湾的ISM频段,消耗很窄的带宽或功耗。 由于带宽窄、消息短,除了其162dB的链路预算外,还可以达到数公里的长传输距离。 对于只需要发送少量、不频繁的数据突发的应用程序来说,这是一个绝佳的选择。 缺点是发送数据回传感器/设备(下行链路能力)受到严重限制,并且信号干扰也可能是一个问题。

HaLow是适合工业物联网应用的新版WiFi,代号802.11ah,使WiFi能够应用于更多场所,例如小型、电池供电的可穿戴设备,也适合部署在工业设施中,以及两者之间的中介应用程序。

射频识别技术

传感器在楼宇里的应用_以太网楼宇自控的应用_以太坊怎么应用

RFID是智能制造的基础,可以为生产和物流过程实时提供准确的信息。 从大型设备到零件甚至小螺丝,RFID都可以通过标签和阅读器来识别它们。 据悉,宝马英国工厂的每条发动机生产线上都安装了RFID标签。

▲ ST NFC/RFID 标签和阅读器解决方案

除了RFID之外,NFC在工业市场也能大显身手。 如果生产线上的机器配备了 NFC IC,工人可以使用平板电脑读取 NFC 标签以获取处理和状态信息,从而在流程的任何阶段实现无线重新配置。

面向未来的工业通信规范

OPC UA+TSN

虽然现场总线给工业控制系统带来了很多便利,但不同的总线标准也造成了新的障碍,使得每种现场总线在物理介质、功率等级、带宽、节点数量、验证方式、传输机制等方面都存在差异。不同,所以相同总线标准的设备可以互连,但不同总线标准的设备不能互连。

为了改变这种状况,进入21世纪,实时以太网技术被投入工业使用,当时贝加莱推出了工业领域第一个实时以太网。 与传统总线相比,实时以太网统一采用标准.3网络,并且在这个层面上,各厂家已经实现了统一。

但实时以太网是基于原有的三层网络架构(物理层、数据链路层、应用层),采用了(现场总线标准,西门子等厂家推动的)等协议。应用层,所以实时以太网只是统一了物理层和数据链路层的问题。 在应用层,这些协议的制造商仍然无法相互通信。

工业4.0时代需要共同语言,OPCUA诞生了。 OPC 基金会于 2018 年底宣布,将积极推广其发布/订阅消息系统 (-),该系统允许工业设备通过相同的“协议”(一组用于交换数据的读写命令)相互通信。 OPC UA并不是要取代现有的通信协议,而是实现通信统一对话的工具,是在仍处于信息孤岛的设备之间建立额外通信通道的工具。

OPC UA解决了上层问题。 对于底层数据来说,时间敏感网络(TSN)已经开始出现。 针对不同数据响应速度需求的特点,提供了网络弹性的保障机制。 在现代工厂控制中,存在大量的结构化实时信息和非结构化信息(如音频、视频流)等不同类型的数据。 控制器之间进行通信时,利用TSN的功能根据信息传输的优先级进行协调,从而保证复杂现场条件下各种通信的协调性和一致性。 TSN 并不是一项新技术。 它源自AVB(Audio Video)音视频桥接。 它为音视频数据提供时间同步、低延迟、保证带宽预留的流媒体功能。 2017年,工业互联网联盟(IIC)与Avnu联盟宣布联手,共同推动TSN开放标准设备的部署。 这也意味着TSN正在工业领域得到广泛认可。

OPC UA 和 TSN 的结合为工业中的单一通用以太网解决方案铺平了道路。

ST赋能工业4.0时代

新基建为行业指明方向,工业4.0蓬勃发展。 工业通信是打开智能工厂大门的超级钥匙,是驱动工业互联网的基础。 作为深耕工业领域多年的半导体技术专家,ST拥有深厚的工业经验,为工业通信应用提供丰富完整的解决方案,为中国新基建和工业4.0时代赋能。

在有线连接方面,ST通过多种具有大量外设的高性能32位STM32微控制器提供了广泛的接口IC,支持各种有线连接标准,包括CAN、RS-232和RS-485, IO-Link 现场总线等,包括 UART、CAN、CAN-FD 和以太网,带或不带外部收发器。

▲ ST提供丰富的基于STM32 MCU的工业有线通信解决方案

同时,基于STM32微控制器,ST还提供蓝牙、Sub-GHz、LoRa、NFC、RFID等无线协议的多种无线解决方案。 这些解决方案可以通过STM32进行固件安装、固件更新等,并配备完整的STM32软件生态环境,还可以通过UART、CAN、以太网等方式与外围设备通信。

▲ ST IO-Link 解决方案

ST还提供一系列解决方案,包括IO-Link收发器、STM32微控制器和保护器件,帮助满足IEC 6100对静电放电(ESD)、突发和浪涌抗扰度的要求,并提供一套硬件和软件评估工具来帮助用户实施高效的 IO-Link 网关。

工程造价反映了建设项目的总投资,对前期结算工作的规范起着指导作用。 为改变早期工程造价平台存在的问题,有必要提出一种可行的预结算方法。 针对现阶段工程造价控制存在的缺陷,需要实时调整预结算模式,多角度开展工程造价控制工作。

项目成本管理趋势

“工程造价管理”是对建设项目运营阶段突发风险的量化。 因此,必须重视工程造价管理的计量方法。 快速发展与稳健发展带来的风险偏好不同,将直接影响计量结果的差异。 杭州高博教育认为,项目造价是整个项目从策划到竣工所发生的所有费用,包括:投资、设计、变更合同、施工、维护等,这些都是需要编制的费用项目成本。 工程造价的主要任务:根据图纸、定额、清单规格,核算工程所含的直接成本、企业管理费、措施费、标准费、利税。

杭州高博教育

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工程造价预结算的作用

1.评价功能

对于项目造价的评价功能,需要从投资和收益两个方面进行评价,以更好地完成项目建设计划。 在评价土地价格、建筑安装产品和设备价格的合理性时,需要使用工程成本数据,在评价建设项目的偿债能力、盈利能力和宏观效益时,也可以使用工程成本。

二、监管职能

国内外的研究都特别关注建设项目的市场运作,强调市场运作对建设项目内外部运行机制的影响,提出了符合建设项目发展趋势的市场运作体制楼宇自控造价,其中,综合考虑国家政策、建设项目运作、市场风险等因素,提出切实可行的市场运作方案。 国家对建设规模和结构的宏观调控在任何情况下都是不可或缺的,对政府投资项目的直接调控和管理也是必不可少的。 这些都必须以工程造价作为经济杠杆,对工程建设中的材料消耗水平、建设规模、投资方向进行调控。

3.预测功能

预测是对建设项目成本的综合规划,对项目结构的转变起到调节作用,实现成本预算和控制的优化。 这些都是提高项目完工收益的关键。 投资者对项目造价的预估不仅可以作为项目决策的依据,而且可以作为筹集资金和控制建设成本的依据。 承包商对工程造价的预算不仅为投标决策提供依据,而且为投标报价和成本管理提供依据。

4、控制功能

在预决算审查工作中,进一步控制成本结构布局,提出符合项目成本控制的可行性方案。 同时,项目成本的控制作用体现在两个方面:①控制投资,即在投资的各个阶段,根据成本的多重预算和评价,进行多方位的投资。成本全过程水平控制; 以承包商为代表的货物和劳务供应企业的成本控制。

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