Việc sử dụng bản sao kỹ thuật số có thể là một yếu tố quan trọng trong việc tối đa hóa hiệu suất và tính linh hoạt của các nhà máy Công nghiệp 4.0. Truyền thông nền tảng mở (OPC) là tiêu chuẩn về khả năng tương tác để trao đổi dữ liệu an toàn và đáng tin cậy trong môi trường tự động hóa công nghiệp. OPC đã được mở rộng để bao gồm kiến trúc hợp nhất (UA), được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEC 62541, bao gồm khả năng tích hợp các bản sao kỹ thuật số của mọi thiết bị trong nhà máy, bao gồm cả đầu nối.
Câu hỏi thường gặp này bắt đầu bằng định nghĩa về bản sao kỹ thuật số và cách chúng có thể được tích hợp vào các nhà máy Công nghiệp 4.0. Sau đó, nó xem xét một ví dụ về đầu nối điện thông minh (SmEC) mang chức năng song sinh kỹ thuật số cho các cơ sở lắp đặt công nghiệp. Nó kết thúc bằng cách xem xét ngắn gọn cách sử dụng dữ liệu OPC UA PubSub và trình quản lý nội dung (AAS) trên đám mây để triển khai SmEC.
Bản song sinh kỹ thuật số là một biểu diễn ảo của một đối tượng hoặc hệ thống vật lý. Nó tích hợp tất cả dữ liệu, mô hình mô phỏng, thử nghiệm và thông tin khác từ một đối tượng vật lý được tạo ra trong quá trình kỹ thuật, vận hành, vận hành và dịch vụ cho đến hết vòng đời. Bản song sinh kỹ thuật số không phải là một đại diện chung chung; nó được gắn đặc biệt với một thiết bị riêng lẻ, giống như một đầu nối duy nhất và theo dõi thiết kế, sản xuất và sử dụng trong toàn bộ vòng đời của thiết bị.
Bản sao kỹ thuật số có thể cung cấp khả năng theo dõi và phân tích hoạt động gần như theo thời gian thực trên sàn nhà máy cho đến từng máy, cảm biến và bộ phận riêng lẻ như đầu nối, đồng thời hỗ trợ phân tích cải tiến, tính linh hoạt của quy trình và chất lượng cao hơn.
Tại Hội chợ Hannover 2023, cùng với Microsoft (nhà cung cấp dịch vụ đám mây), SAP (đánh giá phần mềm và dữ liệu) và Siemens (với tư cách là người dùng), HARTING đã trình diễn một SmEC tận dụng OPC UA trong trình kết nối vật lý, dữ liệu OPC UA Pub/Sub, và AAS trên đám mây để hỗ trợ tích hợp dưới dạng bộ đôi kỹ thuật số thành một nhà máy ảo (Hình 1). Trình kết nối ghi lại dữ liệu về tình trạng và quy trình vận hành trong toàn bộ vòng đời của nó.
Trạng thái trình kết nối được truyền đạt gần như theo thời gian thực bằng cách sử dụng OPC UA tới bộ đôi kỹ thuật số trên đám mây và có thể được sử dụng để chủ động giám sát các quy trình của nhà máy. Tính sẵn có của dữ liệu kết nối, bao gồm điện áp và dòng điện, giúp bạn dễ dàng theo dõi trạng thái của máy được kết nối. Ngoài ra, ba trạng thái kết nối được theo dõi:
- Unplugged
- Cắm vào và khóa tại chỗ mà không cần tải
- Cắm vào và khóa tại chỗ dưới tải
Bộ đôi kỹ thuật số của đầu nối bao gồm dữ liệu như số chu kỳ kết nối/không kết nối và có thể được tích hợp với các dữ liệu khác về môi trường nhà máy, như nhiệt độ và độ ẩm xung quanh, thông qua bộ đôi kỹ thuật số của nhà máy. Thông tin đó có thể được sử dụng để lên lịch bảo trì phòng ngừa, tránh thời gian ngừng hoạt động và tăng năng suất.
Giao tiếp Pub/Sub
Giao thức truyền thông Pub/Sub trong OPC UA không dựa trên cấu trúc máy khách-máy chủ. Các máy khách OPC UA hỗ trợ Pub/Sub có thể là Nhà xuất bản gửi dữ liệu hoặc Người đăng ký nhận dữ liệu. Hệ thống phải bao gồm một “nhà môi giới” có thể nhận dữ liệu từ nhà xuất bản và cung cấp dữ liệu cho người đăng ký (Hình 2). Trong các ứng dụng như các nhà máy Công nghiệp 4.0 có số lượng lớn nhà xuất bản và người đăng ký, Pub/Sub hiệu quả hơn nhiều so với kết nối trực tiếp giữa người gửi và người nhận. OPC UA Pub/Sub độc lập với việc vận chuyển và có thể được truyền qua giao thức gói dữ liệu người dùng (UDP) hoặc vận chuyển đo từ xa xếp hàng tin nhắn (MQTT), tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng.
Vỏ quản lý tài sản
Hiệp hội song sinh kỹ thuật số công nghiệp (IDTA), nhà phát triển AAS, hiện đang tiêu chuẩn hóa thông số kỹ thuật AAS như một phần của IEC 62378. AAS là yếu tố chính hỗ trợ sự phát triển của kết nối kỹ thuật số song sinh. Cuộc trình diễn tại Hội chợ Hannover cho thấy nội dung được tích lũy trong AAS như thế nào. Đầu tiên, nhà sản xuất đầu nối cung cấp cho AAC của SmEC dữ liệu sản xuất cơ bản và trong trường hợp này là tận dụng hệ thống từ thiết kế đến sản xuất NX CAD của Siemens. Trong bước tiếp theo, đầu nối được cài đặt trong một máy cụ thể. Cuối cùng, máy được lắp đặt tại nhà máy. SmEC gửi bản sao kỹ thuật số số sê-ri và dữ liệu nhận dạng khác, trạng thái kết nối, các phép đo công suất được áp dụng và nhận dạng ổ cắm giao phối. Trong phần trình diễn, dữ liệu được gửi tới đám mây Microsoft Azure, nơi các dịch vụ Azure Digital Twin và Azure Data Explorer được sử dụng để phân tích.
Tổng kết
Dữ liệu OPC UA Pub/Sub có thể được gửi từ trình kết nối có AAS được nhúng để hỗ trợ triển khai bản song sinh kỹ thuật số của trình kết nối trong nhà máy Công nghiệp 4.0. Bản song sinh kỹ thuật số nằm trên đám mây và có thể được sử dụng để hỗ trợ phân tích gần thời gian thực, lên lịch bảo trì phòng ngừa và cung cấp thông tin cần thiết để liên tục cải tiến quy trình.
dự án
Hiệp hội song sinh kỹ thuật số công nghiệp
Khả năng tương tác công nghiệp với OPC UA và AAS, OPC Foundation
Đầu nối điện thông minh, Harting
Vỏ quản lý tài sản: Triển khai bản sao kỹ thuật số để sử dụng trong Công nghiệp 4.0, Nền tảng công nghiệp 4.0
Các trường hợp sử dụng cho Phương thức OPC UA, Thông số Pub/Sub và Đồng hành, OPC Foundation