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近日，工業(yè)和信息化部官網(wǎng)發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2021-2023年)》)指出，未來(lái)三年將是我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速成長(zhǎng)期，工信部將著力解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的深層次難點(diǎn)、痛點(diǎn)問(wèn)題，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，帶動(dòng)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用不同于互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的主戰(zhàn)場(chǎng)在實(shí)體經(jīng)濟(jì)，面向工業(yè)、立足工業(yè)、服務(wù)工業(yè)。本文以ADI行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)品與技術(shù)解決方案為例，闡述如何突出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)制造業(yè)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型創(chuàng)新體系和發(fā)展模式轉(zhuǎn)變，持續(xù)拓展產(chǎn)業(yè)發(fā)展新空間，推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新。
軟硬件賦能，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用持續(xù)深化
開(kāi)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)軟硬件研發(fā)，推動(dòng)新一代信息技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合技術(shù)研究，強(qiáng)化對(duì)工業(yè)裝備、工業(yè)控制系統(tǒng)、工業(yè)軟件的帶動(dòng)提升，將進(jìn)一步壯大工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)產(chǎn)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(chǎn)品需要更為廣泛的普及，工業(yè)5G芯片/模組/網(wǎng)關(guān)、智能傳感器、邊緣計(jì)算芯片等新型數(shù)字化元器件隨著技術(shù)成熟度的不斷提升，將帶動(dòng)設(shè)備、產(chǎn)線智能改造成本持續(xù)下降，可視化、低代碼開(kāi)發(fā)工具不斷優(yōu)化，工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)運(yùn)用難度也將逐漸降低，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商方案輸出能力得到有力深化，覆蓋領(lǐng)域持續(xù)拓展，生產(chǎn)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(wǎng)的過(guò)程中，基于狀態(tài)的監(jiān)控（CbM）是一種越來(lái)越重要的策略并有可能最先落地實(shí)踐，隨著使用Python和MATLAB的開(kāi)源開(kāi)發(fā)平臺(tái)的出現(xiàn)，CbM的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。ADI最近發(fā)布了一個(gè)新的硬件開(kāi)發(fā)工具包CN0549，用于以振動(dòng)為中心的基于狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。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(shè)計(jì)可移植性。
作為一個(gè)由三部分組成的工具包，CN0549為硬件設(shè)計(jì)師、軟件工程師和算法開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)部署基于振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)，該工具包提供了所需的HDL和軟件，并具有開(kāi)源許可，允許通過(guò)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(tái)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(tái)采用的振動(dòng)傳感器技術(shù)采用2線制標(biāo)準(zhǔn)，由電流源驅(qū)動(dòng)，確定的參考電壓通常在10 V和30 V之間。來(lái)自傳感器的信號(hào)被施加在參考電壓上，對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，這種調(diào)制信號(hào)提供了時(shí)域和頻域的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以利用信號(hào)處理技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)相干數(shù)據(jù)算法。確保數(shù)據(jù)完整性的一個(gè)關(guān)鍵因素是將MEMS傳感器連接起來(lái)以監(jiān)控設(shè)備。ADI專門設(shè)計(jì)了一個(gè)安裝板來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，允許傳感器和被監(jiān)測(cè)設(shè)備之間有一個(gè)可重復(fù)的接口。
CN0549系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，顯示了與24位AD7768-1精密ADC接口的IEPEADXL1002 MEMS傳感器。
振動(dòng)監(jiān)測(cè)只是預(yù)防性維護(hù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)策略中應(yīng)用的一種方法，物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化的普及還將意味著人類的體力勞動(dòng)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(lái)快速輕松地適應(yīng)不斷變化的要求，而不能再依賴為批量市場(chǎng)產(chǎn)品和可預(yù)測(cè)需求設(shè)計(jì)的固定的大規(guī)模系統(tǒng)。ADI新推出的AD74412R和AD74413R具有可重構(gòu)的模塊通道，可以快速、輕松地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)靈活的控制系統(tǒng)，同時(shí)無(wú)需進(jìn)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(yùn)營(yíng)商的實(shí)現(xiàn)速度和靈活性，并使其能夠在不大量增加成本和停機(jī)時(shí)間的情況下進(jìn)行更改。
部署更為高速可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)
此外，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新一輪的快速發(fā)展周期內(nèi)，企業(yè)產(chǎn)線建設(shè)的升級(jí)優(yōu)化，扁平化、柔性化、有線無(wú)線互補(bǔ)并進(jìn)的趨勢(shì)更加明朗，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線向工業(yè)以太網(wǎng)方向演進(jìn)，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）、確定性網(wǎng)絡(luò)、邊緣計(jì)算等技術(shù)加速發(fā)展。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)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(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，能否及時(shí)獲取和傳輸數(shù)據(jù)取決于網(wǎng)絡(luò)連接。因此，為應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及制造工藝流程和方法都必須不斷改進(jìn)。智能、互聯(lián)的自動(dòng)化環(huán)境需要數(shù)字連接控制系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備、產(chǎn)線機(jī)器人等，以創(chuàng)建和共享信息。這些機(jī)器采用的通信方式以及部署的工廠通信網(wǎng)絡(luò)是企業(yè)的核心，也是推動(dòng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。
可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用必須支持各種常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌鏟ROFINET、EtherNet/IP®、EtherCAT®、POWERLINK®等常用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，以及線狀和環(huán)狀拓?fù)浜托切瓮負(fù)洹DI打造的fido5000系列產(chǎn)品是具有兩個(gè)以太網(wǎng)端口的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、多協(xié)議 (REM) 交換芯片，是可編程的 IEEE 802.3 10 Mbps/100 Mbps 以太網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本 6 (IPv6) 和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本 4 (IPv4) 交換機(jī)，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(jī)處理器，這讓開(kāi)發(fā)人員可以使用自己的處理器和他們首選的開(kāi)發(fā)環(huán)境。
值得一提的是，fido5000還支持時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò) (TSN)，未來(lái)基于TSN的工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用的需求將能夠滿足運(yùn)動(dòng)控制或安全等應(yīng)用非常苛刻的實(shí)時(shí)要求。在工業(yè)環(huán)境中，即使一毫秒的通信延遲也可能會(huì)對(duì)制造商的產(chǎn)品質(zhì)量、吞吐量和效率產(chǎn)生負(fù)面、成本高昂的影響。而ADI推出的新型Chronous™系列工業(yè)以太網(wǎng)解決方案ADIN1300，進(jìn)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(wǎng)連接方面的重要挑戰(zhàn)，以確保實(shí)時(shí)可靠的工業(yè)通信，從而縮短工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)周期時(shí)間。這是一款工業(yè)以太網(wǎng)物理層(PHY)產(chǎn)品，以幫助制造商應(yīng)對(duì)關(guān)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(jié)
我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在歷經(jīng)三年起步期后，已經(jīng)打下了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。“十四五”時(shí)期，將是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)立足我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)內(nèi)生動(dòng)力，發(fā)揮5G、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)引領(lǐng)作用，實(shí)現(xiàn)并跑領(lǐng)跑的關(guān)鍵階段。ADI專注于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域產(chǎn)品研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新突破，能夠?yàn)楣I(yè)客戶提供在感知、測(cè)量、解讀、通信、網(wǎng)絡(luò)安全和邊緣計(jì)算等各個(gè)環(huán)節(jié)中的產(chǎn)品和解決方案，與行業(yè)一起探索更快實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 的途徑。
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