Intelligente Fabrik – Vernetzte Steuerungslösung: Aufbau einer digitalen Basis für die vollständige Verknüpfung von „Cloud-Pipe-Edge-End“

1.Hintergrund und Ziele der Lösung

Unter dem Einfluss von Industrie 4.0 und intelligenter Fertigung stehen traditionelle Fabriken vor Problemen wie isolierten Geräten, Datenverzögerungen und ineffizientem Betrieb und Wartung. Diese Lösung, die auf der „Cloud-Pipe-Edge-End“-Architektur basiert, erreicht die vollständige Vernetzung von Fabrikausrüstung, intelligente Datenverarbeitung am Edge und cloudbasiertes visuelles Management durch Integration einer vollständigen Palette von IoT-Endprodukten. Sie hilft Unternehmen, Datensilos abzubauen und vier Hauptziele zu erreichen: Effizienzsteigerung (über 30 % höhere Geräteauslastung), Energieeinsparung (über 15 % geringerer Energieverbrauch), Sicherheit (über 95 % Genauigkeit bei Fehlerwarnungen) und Compliance (100 % Datenrückverfolgbarkeit).

2. Integrierte industrielle Netzwerkabdeckung: Aufbau einer hochzuverlässigen Kommunikationsbasis

2.1 Kabelgebundenes Backbone-Netzwerk

Industrieswitch: Nutzt das ERPS-Ringnetzwerk-Redundanzprotokoll, um eine Fehler-Selbstheilung auf Millisekundenebene zu erreichen und eine 24/7-unterbrechungsfreie Kommunikation auf Produktionslinien zu gewährleisten.
PoE-Switch: Bietet eine zentralisierte Strom- und Netzwerkversorgung für drahtlose APs (AP520X) und reduziert die Verkabelungskosten um 50 %.
AC-Controller (z. B. AC2000): Einheitliches Management von über 200 APs, das nahtloses WiFi-Signal-Roaming ermöglicht und eine stabile Konnektivität für AGVs und mobile Endgeräte gewährleistet.

2.2 Drahtloses Abdeckungsnetzwerk

5G-Zellular-Router (USR-G816): Stellt eine Verbindung zu 5G-Privatnetzwerken von Betreibern her, um eine fabrikweite Verbindung mit niedriger Latenz (<20 ms) und hoher Bandbreite (1 Gbps+) zu schaffen, die AR-Remote-Zusammenarbeit und hochauflösende Videoinspektionen unterstützt.
Drahtloser AP (AP520X): Nutzt Dual-Band-WiFi-6-Technologie mit starken Anti-Interferenz-Fähigkeiten und erfüllt die Anforderungen an den Zugriff von Geräten mit hoher Dichte (ein einzelner AP unterstützt 128 Geräte).

2.3 Protokollkonvertierung und -kompatibilität

Industrieller Bus-Konverter (PX/CAN-Serie): Unterstützt die Konvertierung von über 10 industriellen Protokollen, einschließlich EtherCAT, ProfiNET und CANopen, und ermöglicht die nahtlose Integration von alten und neuen Systemen.
Seriell-zu-Ethernet-Konverter (USR-TCP232-410s): Aktualisiert schnell alte serielle Geräte über RS485/232-Schnittstellen und ermöglicht die transparente TCP/IP-Protokollübertragung.

3. Vollständige Gerätevernetzung: Umfassende Datenerfassung von Geräten

3.1 Dezentralisierte Sensor-Datenaggregation

LoRa-Modem (z. B. USR-DR124): Erfasst drahtlos Daten von stromsparenden Sensoren wie Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren mit einem Abdeckungsradius von bis zu 1,5 Kilometern und löst Verkabelungsprobleme in komplexen Fabrikumgebungen.
Datenlogger (USR-SC-Serie): Verfügt über eine integrierte Batterieversorgung mit Solarladungsunterstützung und ermöglicht die Datenerfassung und den Cloud-Upload für Remote-Geräte (z. B. Außenlagertanks).

3.2 Nahtloses Roaming für mobile Geräte

Seriell-zu-Wi-Fi6-Konverter (USR-W660): Gewährleistet eine unterbrechungsfreie Datenübertragung für AGVs, die AP-Zonen überqueren, mit einer Latenz von <50 ms und einer Positionierungsgenauigkeit von ±5 cm.
Drahtlose Brücke (USR-ST208s): Ermöglicht eine punkt-zu-punkt-Drahtloskommunikation zwischen SPS und HMI, ersetzt traditionelle Kabel und verbessert die Bereitstellungseffizienz um 80 %.

3.3 Tiefgreifende Integration mit CNC-Maschinen

CNC-Datenerfassungsgateway: Vollständig kompatibel mit gängigen Marken wie Fanuc, Siemens und Mitsubishi, erfasst über 200 Parameter, einschließlich Spindellast und Werkzeugverschleiß, und unterstützt die Offenheit des OPC UA-Protokolls.

4. Edge-Datenerfassung und intelligente Steuerung: Lokale Datenverarbeitung und Entscheidungsfindung

4.1 Kern-Edge-Computing-Geräte

Industrie-Panel-PC (USR-EG628): Ausgestattet mit WukongEdge-Software, integriert er vier Funktionen: Datenerfassung, SPS-Logiksteuerung, Konfigurationsüberwachung und AI-Vision-Inspektion. Beispielsweise verbessert die Echtzeit-KI-basierte Identifizierung von Produktfehlern die Effizienz der Qualitätskontrolle um 60 %.
Edge-IoT-Gateway (USR-N720): Erfasst Daten von Hunderten von SPS-Protokollen in Millisekunden, unterstützt NodeRED-Logikprogrammierung und ermöglicht die Geräteinteraktion (z. B. automatische Anpassung des Kühlsystem basierend auf der Temperatur).

4.2 Fernüberwachung und -erweiterung

Remote-I/O-Modul (USR-M050): Unterstützt digitalen/analogen Ein-/Ausgang, kann auf bis zu 64 Kanäle erweitert werden und dient zur Überwachung des Motorbetriebsstatus oder von Flüssigkeitsstandsalarmen.
4G-Modem: Erfasst Daten von Modbus-Protokoll-Geräten wie Strom- und Wasserzählern und überträgt sie direkt über 4G-Netzwerke in die Cloud, ohne dass lokale Server erforderlich sind.

4.3 Stabile Stromversorgungsgarantie

Schaltnetzteil: Bietet eine stabile 24-V-DC-Stromversorgung für Edge-Gateways und Controller und verfügt über Blitzschutz, um einen stabilen Betrieb in Umgebungen mit Spannungsschwankungen zu gewährleisten.

5.Cloudbasierte Visualisierung und Fernbetrieb und -wartung: Datengetriebene Entscheidungsfindung

5.1 Kernfunktionen der IoT-Plattform

Konfigurationsüberwachung: Drag-and-Drop-Aufbau von digitalen Fabrikzwillingsmodellen, die Echtzeit-Gerätestatus, Produktionsleistung, Energieverbrauch und andere Schlüsselindikatoren anzeigen.
Alarmmanagement: Unterstützt duale Alarmmechanismen – Schwellenwertauslösung und KI-Anomalieerkennung – mit Mehrkanalbenachrichtigungen über WeChat, E-Mail und SMS.
API-Offenheit: Integriert sich in Unternehmens-ERP- und MES-Systeme und ermöglicht die automatische Verteilung von Produktionsplänen und das Daten-Closed-Loop-Management.

5.2 Fern-sichere Betrieb und Wartung

SD-WAN-Netzwerkplattform: Zusammen mit einem Industrierouter (USR-G806w) erstellt sie VPN-verschlüsselte Tunnel für das Fern-Hoch- und Herunterladen von SPS-Programmen und reduziert die Reaktionszeit für Betrieb und Wartung von 4 Stunden auf 10 Minuten.
SIM-Traffic-Plattform: Einheitliches Management von SIM-Karten von vier großen Betreibern, unterstützt die Freigabe von Datenpools und Massenerneuerungen und reduziert die Kommunikationskosten um 30 %.

5.3 Unterstützung für private Bereitstellung

Bietet lokale IoT-Plattform-Bereitstellungslösungen, um die Anforderungen an die Datenlokalisierung in hochsicheren Branchen wie Militär und Automobilindustrie zu erfüllen.

6. Vorteile und Wert der Lösung

Vollständige Zusammenarbeit: Von der Datenerfassung am „End“ über die Computing-Verarbeitung am „Edge“ bis hin zum Management in der „Cloud“ bildet sie einen Daten-Closed-Loop und vermeidet Informationssilos.
Hohe Kompatibilität: Unterstützt über 200 industrielle Protokolle und deckt über 90 % der Fabrikausrüstungstypen ab.
Schnelle Bereitstellung: Modulares Design reduziert den Vernetzungszyklus für neue Produktionslinien von 2 Wochen auf 3 Tage.
Kostenoptimierung: Vorausschauende Wartung reduziert ungeplante Ausfallzeiten und senkt die Kosten für Ersatzteilbestände um 25 %.

7. Typische Anwendungsszenarien

Automobilherstellung: Nutzt 5G + KI-Vision-Inspektion für die Qualität der Karosserieschweißung, kombiniert mit Edge-Controllern für die Echtzeit-Anpassung von Roboterparametern.
Chemische Industrie: Nutzt LoRa-Terminals zur Erfassung von Druckdaten in Tanklagern, wobei Edge-Gateways Alarme auslösen und Notventile automatisch aktivieren.
Elektronikmontage: AGVs erreichen nahtloses WiFi-6-Roaming für die werkstattübergreifende Materiallieferung, wobei die IoT-Plattform die Lieferrouten dynamisch optimiert.
Diese Lösung verbindet Fabrikausrüstung, Personal und Prozesse durch eine digitale Basis für die vollständige Verknüpfung von „Cloud-Pipe-Edge-End“ und treibt Fertigungsmodelle in Richtung Flexibilität und Intelligenz. Bis jetzt hat sie über 300 Unternehmen bei der digitalen Transformation unterstützt, die Betriebs- und Wartungskosten um durchschnittlich 40 % gesenkt und die Produktionseffizienz um 35 % gesteigert, und bietet damit einen replizierbaren Maßstab für Upgrades intelligenter Fertigung.