基于 PC 的控制系統(tǒng)和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件一起為先進(jìn)的工業(yè) 4.0 和物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高度智能化的機(jī)械。TwinCAT Analytics 軟件是綜合分析功能的基礎(chǔ)，同時(shí)也是這類(lèi)架構(gòu)的一個(gè)重要組成部分。例如，它能夠檢查機(jī)器的優(yōu)化潛力，便于實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)和隨后的行為分析，并且能夠管理長(zhǎng)期數(shù)據(jù)歸檔。TwinCAT Analytics 軟件也幫助具有創(chuàng)新意識(shí)的機(jī)器制造商打造全新的機(jī)器型號(hào)。

　　即使是一臺(tái)智能機(jī)械，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)故障。在這樣一個(gè)時(shí)代，真正的智能可以通過(guò)用于分析問(wèn)題的機(jī)器提供的方法進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)然，故障通常既昂貴又耗時(shí)。而且，如果重要的機(jī)器數(shù)據(jù)和生產(chǎn)參數(shù)無(wú)法獲取，會(huì)很討厭，因?yàn)檫@樣就無(wú)法使用它進(jìn)行分析和避免這些故障再次出現(xiàn)。最終的結(jié)果往往是，有問(wèn)題的行為不能被分析，必須實(shí)施額外的數(shù)據(jù)記錄機(jī)制。即使這樣，也不能繼續(xù)進(jìn)行分析，直到問(wèn)題再次發(fā)生。TwinCAT Analytics 軟件專(zhuān)門(mén)定位用于解決這一信息缺乏問(wèn)題，它可以為每個(gè)機(jī)器周期采集所有過(guò)程相關(guān)的數(shù)據(jù)。這樣可以完整記錄所有機(jī)器處理程序。根據(jù)具體要求，數(shù)據(jù)的采集和分析，可以在機(jī)器所帶的計(jì)算機(jī)本地進(jìn)行，也可以在內(nèi)網(wǎng)或者通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)采用云解決方案進(jìn)行?；谠频慕鉀Q方案特別適合用來(lái)開(kāi)發(fā)新的業(yè)務(wù)模式，因?yàn)橛脩舨粌H能夠在事件結(jié)束后使用它們來(lái)分析行為，而且還可以分析數(shù)據(jù)本身，從而在合適的機(jī)器上采取預(yù)防性措施。在這里，關(guān)鍵的想法是“預(yù)測(cè)性維護(hù)”，機(jī)器制造商可以將其作為一個(gè)創(chuàng)收服務(wù)提供給他們的最終客戶。

　　沒(méi)有數(shù)據(jù)?無(wú)法分析。

　　有效分析的基礎(chǔ)是無(wú)縫數(shù)據(jù)采集;用戶可以通過(guò)在控制計(jì)算機(jī)上運(yùn)行 TwinCAT Analytics Logger 來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。它也可以在 TwinCAT 3 的工程環(huán)境中輕松配置：在配置界面，用戶只需簡(jiǎn)單地激活復(fù)選框，即可從過(guò)程映像或者應(yīng)用程序周期性地采集數(shù)據(jù)。用戶可以指定是本地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還是使用通訊協(xié)議傳輸這些數(shù)據(jù)。對(duì)于這兩者中的任何一種情況，人們都可以設(shè)置一個(gè)環(huán)形緩存區(qū)，以確保本地存儲(chǔ)不會(huì)超過(guò)最大可能的存儲(chǔ)容量。如果數(shù)據(jù)直接通訊，環(huán)形緩存區(qū)也可以臨時(shí)存放接收到的數(shù)據(jù)。

　　IoT 通訊和云技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)非常靈活的分析架構(gòu)

　　使用 TwinCAT Analytics Logger 直接傳輸數(shù)據(jù)特別適合用于開(kāi)發(fā)新的業(yè)務(wù)模型。它依賴“IoT 通訊協(xié)議”，該協(xié)議具有出色的云服務(wù)使用功能，IoT 協(xié)議總是會(huì)建立與消息代理的外連接。這樣可以實(shí)現(xiàn)通訊解耦，從而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) — 與那些使用傳統(tǒng)客戶端/服務(wù)器通訊協(xié)議的節(jié)點(diǎn)不同 — 不需要彼此了解，通訊參與者都作為客戶端運(yùn)行。在這種情況下，一臺(tái) PC 控制器上運(yùn)行的 TwinCAT Analytics Logger 就是一個(gè) IoT 客戶端，“發(fā)布”數(shù)據(jù)給消息代理并將數(shù)據(jù)保存在一個(gè)名為“主題” 的地方。請(qǐng)注意，主題是可以分層的。

　　消息代理為相應(yīng)的主題保存一個(gè)“有關(guān)各方”的列表，其它 IoT 客戶端可以訂閱這些主題及它們的數(shù)據(jù)。例如，一臺(tái)分析服務(wù)器可能對(duì)記錄器中的數(shù)據(jù)或甚至一臺(tái)智能手機(jī)上的移動(dòng)應(yīng)用程序感興趣。這兩者都是 IoT 客戶端，兩周都會(huì)訂閱一個(gè)合適的主題，且每個(gè)都會(huì)接收到一份拷貝數(shù)據(jù)。IoT 協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)在于外連接，因?yàn)榉阑饓νǔＶ粫?huì)阻止接入連接，不再需要特意開(kāi)放端口。IoT 技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它非常靈活：用戶可以充分利用相同的機(jī)制，其包含一個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及基于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)通訊。諸如 Amazon Web Services 及 Microsoft Azure 等云服務(wù)供應(yīng)商都有他們自己的可以用于通訊的 IoT 消息代理。目前最著名的協(xié)議要數(shù) MQTT(MQ Telemetry Transport，消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸)和 AMQP(Advanced Message Queuing Protocol，高級(jí)消息隊(duì)列協(xié)議)，TwinCAT 都可以支持這些協(xié)議。

　　TwinCAT Analytics 讓?xiě)?yīng)用變得更加靈活：存儲(chǔ)和分析可以直接在控制器上本地進(jìn)行，也可以在個(gè)人網(wǎng)絡(luò)或公共云中進(jìn)行。Analytics Server 也可以分析一座工廠內(nèi)的大量機(jī)器。相關(guān)的機(jī)器制造商或外部分析師可以訪問(wèn)各種文件格式的過(guò)程數(shù)據(jù)或從 TwinCAT Analytics Cloud Storage 獲取數(shù)據(jù)

　　TwinCAT Analytics 基礎(chǔ)架構(gòu)

　　如前所述，IoT 接口讓機(jī)器制造商和最終用戶在設(shè)置 TwinCAT Analytics 時(shí)有很大的自由度。當(dāng)然，TwinCAT Analytics PLC 軟件庫(kù)可以用于在任何一臺(tái)機(jī)器上分析本地所記錄的數(shù)據(jù)。如果一臺(tái)控制器的能力還不足以在本地進(jìn)行分析，最終用戶可以借助 IoT 的連通性在本地云中分析數(shù)據(jù)。這表示操作員可以在他們自己的內(nèi)網(wǎng)中分析他們的機(jī)器。在這種情況下，TwinCAT Analytics 可以運(yùn)行在一臺(tái)服務(wù)器上并分析在這一生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的大量機(jī)器。

　　您可以選擇在一臺(tái)虛擬機(jī)上安裝 TwinCAT Analytics。很顯然，這里可以使用一個(gè)公共云。在這里，您可以靈活地租借和利用處理器性能、存儲(chǔ)空間及供應(yīng)商的 IT 基礎(chǔ)架構(gòu)，如微軟 Azure。這樣可以顯著簡(jiǎn)化機(jī)器與分析系統(tǒng)的全局連接。而作為一個(gè)機(jī)器制造商，您同時(shí)也可以是一個(gè)機(jī)器服務(wù)供應(yīng)商，既可以分析云中生成的數(shù)據(jù)，也可以將云僅用作“傳輸介質(zhì)”并在他們自己的 IT 基礎(chǔ)架構(gòu)內(nèi)的一臺(tái)服務(wù)器上進(jìn)行分析。如果最終用戶 — 當(dāng)然他們希望擁有機(jī)器的高可用性、高生產(chǎn)效率以及高產(chǎn)品品質(zhì) — 更傾向于雇傭外部分析師，他們就可以給這些分析師提供所需的用于消息代理、主題架構(gòu)及數(shù)據(jù)加密的存取數(shù)據(jù)。這樣，第三方分析師可以訪問(wèn)所需的數(shù)據(jù)，并為其客戶提供合適的服務(wù)。

　　大數(shù)據(jù)具有大優(yōu)勢(shì)

　　TwinCAT Analytics 不僅使用 IoT 協(xié)議提供數(shù)據(jù)，它還會(huì)告訴您如何使用數(shù)據(jù)。僅僅生成大量數(shù)據(jù)是不夠的，還必須對(duì)這些數(shù)據(jù)量加以管理。核心組件 TwinCAT Analytics Workbench 能夠直接在線或離線分析數(shù)據(jù)，因此可以完全滿足這一需要。在線分析表示 Analytics Workbench 使用 IoT 通訊協(xié)議在消息代理上訂閱與待分析的機(jī)器相應(yīng)的主題。如果機(jī)器之前已經(jīng)使用倍福的云存儲(chǔ)功能保存了數(shù)據(jù)，也可以選擇離線分析。

　　云存儲(chǔ)可以方便地將其自身無(wú)縫集成到上述 Analytics 架構(gòu)的所有類(lèi)型中，不管是云還是本地 IT 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。Workbench 隨后可以訪問(wèn)這一歷史數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析。 TwinCAT Analytics Workbench TwinCAT Analytics Workbench 基于 TwinCAT Runtime 系統(tǒng)，它可以通過(guò)使用 TwinCAT Engineering Environment 配置和編程。其最大優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)在控制器的編程環(huán)境和分析軟件的環(huán)境之間切換時(shí)，設(shè)備制造商無(wú)需進(jìn)行任何修改。在使用 Workbench 時(shí)，他們可以直接運(yùn)用他們多年積累的編程知識(shí)。這樣可以更輕松地實(shí)施他們自己的分析算法，重新使用之前為不同機(jī)器使用的算法，或者選擇使用 TwinCAT Analytics PLC 軟件庫(kù)中的算法。這包括計(jì)算側(cè)邊、分析最大最小值、分析機(jī)器周期時(shí)間以及計(jì)算所選組件每單位時(shí)間內(nèi)的能耗。

　　特別是在分析機(jī)器周期時(shí)間時(shí)，它對(duì)于識(shí)別最短、最長(zhǎng)及平均運(yùn)行時(shí)非常有幫助。這樣可以讓您識(shí)別潛在優(yōu)化能力或者提取預(yù)測(cè)性維護(hù)指標(biāo)。例如，可以輕松進(jìn)行一個(gè)狀態(tài)分析，分析旋轉(zhuǎn)銑頭是否固定，運(yùn)行速度是 a、b 還是 c，或者是否處于故障狀態(tài)。這些結(jié)果可以清晰地以柱狀圖形式顯示，這也是為什么 TwinCAT Charting Tool 為人所熟知的原因，因此 “TwinCAT Scope”是 Analytics Workbench 中的重要功能。這特別適用于與嵌入在 TwinCAT 工程環(huán)境中的 Analytics Configurator 交互。這表示您可以預(yù)編譯一個(gè) Scope 配置環(huán)境來(lái)做好數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)備工作，以獲得更高效的圖形顯示曲線。

　　Analytics Configurator

　　對(duì)于查看數(shù)據(jù)，Analytics Configurator 使用的是 Analytics 中相同的算法。所選時(shí)期的數(shù)據(jù)流在 Configurator 中分析并直接顯示。以這種方式獲得的重要數(shù)據(jù)可以簡(jiǎn)單地拖放到 TwinCAT Scope 的圖表界面中。 Scope 隨后自動(dòng)導(dǎo)航到相應(yīng)的位置，以便以圖表方式說(shuō)明它們與其它信號(hào)之間的關(guān)系。這樣就不用在“大數(shù)據(jù)堆里”海底撈針了。使用 Analytics Configurator 也可以顯著簡(jiǎn)化工程工作。由于所有算法都來(lái)自相同的源，您可以獲得在 Configurator 中設(shè)置的配置，以及所有所選的變量及它們相應(yīng)的限值，然后將它發(fā)送給 PLC。這樣可以通過(guò)使用云服務(wù)器中的數(shù)據(jù)流從離線分析切換到在線分析。 TwinCAT Analytics Workbench Base 這里所描述的功能指的是 TwinCAT Analytics Workbench Base。它包含一個(gè) TwinCAT PLC Runtime 系統(tǒng)、Analytics PLC 軟件庫(kù)、一個(gè)用于流數(shù)據(jù)的 IoT 接口、Analytics Configurator 和 ScopeView Professional。Workbench 也可以通過(guò)安裝狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件包、C++ 和 MATLAB?/Simulink? 進(jìn)行擴(kuò)展。特別是將 MATLAB?/Simulink? 集成到 TwinCAT Runtime 系統(tǒng)中，提供了全面有用的工具箱，可以解決棘手的分析方面問(wèn)題。例如，這樣一個(gè)工具箱可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)和優(yōu)化。

　　除了專(zhuān)門(mén)的 TwinCAT Analytics 擴(kuò)展工具之外，也可以使用其它 TwinCAT 標(biāo)準(zhǔn)工具。TwinCAT Database Server 可以在各種數(shù)據(jù)庫(kù)中保存在線和離線數(shù)據(jù)。Analytics 系統(tǒng)也可以使用應(yīng)用廣泛的自動(dòng)化協(xié)議 OPC UA 獲取數(shù)據(jù)。除此之外，倍福提供從 OPC UA 轉(zhuǎn)到 IoT 協(xié)議的轉(zhuǎn)換器，以便讓第三方控制器實(shí)現(xiàn)分析功能。另外一個(gè)重要的解決方案是 TwinCAT 3 HMI，有了它，您就可以在 HTML5 基礎(chǔ)上為 Analytics Workbench 設(shè)計(jì)直觀的應(yīng)用程序控制臺(tái)(dashboard)。這樣可以創(chuàng)建一個(gè) Analysis Cockpit，然后可以用來(lái)為一臺(tái)給定的機(jī)器或一批機(jī)器顯示所有結(jié)果。分層結(jié)構(gòu)使得它可以顯示更深層的細(xì)節(jié)。

　　借助 TwinCAT Analytics 實(shí)現(xiàn)前瞻性自動(dòng)化

　　工業(yè) 4.0 和 IoT 技術(shù)，特別是云的使用，越來(lái)越不需要使用傳統(tǒng)的通訊架構(gòu)的分層結(jié)構(gòu)。所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，從實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)總線到 ERP 系統(tǒng)，現(xiàn)在相互之間都可以通訊了。TwinCAT Analytics 特別適合這一趨勢(shì)，因?yàn)樗粌H包含一個(gè)產(chǎn)品，而且還包含一個(gè)完整的解決方案。所使用的 IoT 通訊協(xié)議處理數(shù)據(jù)輸送任務(wù)，并為基礎(chǔ)架構(gòu)提供了很高的靈活性。Analytics Workbench 自己接管機(jī)器相關(guān)的數(shù)據(jù)分析、可視化及預(yù)處理工作以及長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)?？梢酝ㄟ^(guò)無(wú)縫集成 MATLAB?/ Simulink? 或其它可以通過(guò) IoT 協(xié)議實(shí)現(xiàn)的云服務(wù)在 TwinCAT 中實(shí)施針對(duì)機(jī)器優(yōu)化目的的擴(kuò)展數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)。Analytics Workbench 可以提供所有這些功能，并將其自身直接集成到 Visual Studio? 框架下的 TwinCAT 環(huán)境中。這種強(qiáng)大的機(jī)器數(shù)據(jù)分析功能是大量新型業(yè)務(wù)模式，以及面向未來(lái)和效率優(yōu)化的自動(dòng)化的關(guān)鍵因素。

（轉(zhuǎn)載）