傳感器，構(gòu)建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)

Cliff Ortmeyer

過(guò)去幾十年間，工業(yè)自動(dòng)化助力制造商和流程型企業(yè)降低了成本，并為客戶創(chuàng)造了更多價(jià)值。實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的投入使用，讓機(jī)器人、輸送機(jī)及工藝設(shè)備之間能夠及時(shí)通報(bào)各自的狀態(tài)，進(jìn)一步確保順暢運(yùn)行。

隨著成本和上市時(shí)間的壓力不斷增加，行業(yè)用戶不僅需要提高系統(tǒng)的可見性，還需為這些系統(tǒng)賦能，讓系統(tǒng)能夠更加智能化地應(yīng)對(duì)外力或內(nèi)部因素帶來(lái)的變化。由于這些系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，往往會(huì)導(dǎo)致緊急情況的發(fā)生，因而具備快速甚至預(yù)先檢測(cè)故障的能力至關(guān)重要。若能提早發(fā)出問(wèn)題警報(bào)，便可實(shí)施預(yù)防性維護(hù)來(lái)防止停機(jī)，并將生產(chǎn)任務(wù)無(wú)縫轉(zhuǎn)移至備用系統(tǒng)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）可實(shí)時(shí)測(cè)量決定系統(tǒng)健康狀況的諸多參數(shù)，進(jìn)而提升企業(yè)應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況的能力。

而傳感器則可為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行提供所需的關(guān)鍵信息及測(cè)量數(shù)據(jù)。雖然許多機(jī)械工具本身已集成了大量不同類型的傳感器，但它們提供的數(shù)據(jù)往往形成彼此隔離的信息孤島，只能被那些直接連接的設(shè)備使用。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開啟了行業(yè)組織機(jī)構(gòu)收集數(shù)據(jù)的新篇章，將遺留系統(tǒng)捕獲數(shù)據(jù)與專用智能傳感器節(jié)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)相結(jié)合。借助工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，新一代傳感器節(jié)點(diǎn)在釋放機(jī)構(gòu)組織已有數(shù)據(jù)資源的潛能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這些數(shù)據(jù)因缺乏條件而無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)應(yīng)用。云分析平臺(tái)則可以訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)，并能分析輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，同時(shí)在各不同數(shù)據(jù)源之間進(jìn)行比較，以便為指定系統(tǒng)計(jì)算出最佳操作路徑。

以垃圾回收車車隊(duì)為例，這些卡車需要定期清空散布在繁忙且擁擠的城市中的垃圾箱。按照慣例，卡車會(huì)沿著每日或每周固定路線逐個(gè)清空每個(gè)垃圾桶，不論其中的垃圾多或寡。由于垃圾回收計(jì)劃并沒有考慮到實(shí)際使用人數(shù)，因此很多時(shí)候，一些垃圾箱可能幾乎是空的，而另外一些垃圾箱卻出現(xiàn)滿溢的情況。若將超聲波傳感器安裝到各個(gè)垃圾桶中，它便能定期發(fā)送垃圾量狀態(tài)更新。

在云服務(wù)器上運(yùn)行的軟件可以將垃圾箱狀態(tài)數(shù)據(jù)與獲取的其他信息結(jié)合起來(lái)，例如城市不同地點(diǎn)的交通擁堵情況和天氣情況，這樣便可根據(jù)之前讀數(shù)預(yù)測(cè)各個(gè)垃圾箱被裝滿的時(shí)間。然而，如果沒有垃圾箱實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，天氣和交通數(shù)據(jù)就只能用于預(yù)估哪些卡車可能需要花費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間才能走完預(yù)定路線。

利用垃圾箱實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，軟件可以動(dòng)態(tài)調(diào)整不同卡車的路線，跳過(guò)那些無(wú)需緊急處理的垃圾箱。這樣不僅可以縮短卡車的行駛距離，也有助于確保垃圾回收工作不會(huì)因交通狀況而被耽擱。因此，僅通過(guò)添加一個(gè)新型傳感器就能大幅提升垃圾回收服務(wù)的靈活性。同時(shí)，若為卡車安裝定位跟蹤傳感器，也就可以實(shí)時(shí)對(duì)卡車進(jìn)行重定向。

在制造環(huán)境中，物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)可通過(guò)不同傳感器模態(tài)的組合應(yīng)用，大大提升響應(yīng)能力和靈活性，增加整體正常運(yùn)行時(shí)間。在工廠環(huán)境中，傳感器可以通過(guò)分析振動(dòng)和溫度以及原材料填充狀態(tài)來(lái)監(jiān)控電機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。裝配產(chǎn)品時(shí)，傳感器還可以對(duì)車間周邊的材料進(jìn)行引導(dǎo)。每個(gè)托盤都有RFID標(biāo)簽，能夠?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行識(shí)別，以便當(dāng)其導(dǎo)向的工具RFID界面讀取到代碼時(shí)，清楚下一步需采取什么操作。

云端系統(tǒng)的重要性

對(duì)于想通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)增強(qiáng)運(yùn)營(yíng)能力的機(jī)構(gòu)組織來(lái)說(shuō)，一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是要確定最優(yōu)傳感器類型以及如何將讀數(shù)傳人分析引擎。為了最大程度地提升實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，并非所有分析都亟需進(jìn)行。本地網(wǎng)關(guān)通常會(huì)處理原數(shù)據(jù)并將指令傳送至附近的執(zhí)行器及其他設(shè)備，以保持系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。同時(shí)，它們會(huì)篩選和組織數(shù)據(jù)，以便遠(yuǎn)程云分析引擎可以更加輕松地引入數(shù)據(jù)。云平臺(tái)使各組織機(jī)構(gòu)能夠便捷地按需利用高性能計(jì)算傳遞實(shí)時(shí)情況，從而實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)價(jià)值最大化。

施耐德電氣的EcoStruxure系統(tǒng)就是一個(gè)處理工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的云端系統(tǒng)。這款解決方案包括應(yīng)用、分析和服務(wù)層，已針對(duì)各行業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行了調(diào)整，包括建筑管理、數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)、工業(yè)控制以及能源網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。由于互操作性對(duì)于支持上述四大領(lǐng)域所用的各種硬件和系統(tǒng)來(lái)說(shuō)很關(guān)鍵，EcoStruxure啟用大量不受設(shè)備限制的應(yīng)用、分析和服務(wù)以實(shí)現(xiàn)企業(yè)無(wú)縫集成。

EcoStruxure支持云端及邊緣控制層處理，可提供用于管理本地運(yùn)行及支持高級(jí)自動(dòng)化和操作功能的關(guān)鍵能力。本地服務(wù)器會(huì)為距離最近的傳感器充當(dāng)無(wú)線網(wǎng)關(guān)。然而，利用Sigfox和LoRa等低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)支持，單一網(wǎng)關(guān)就能覆蓋廣大區(qū)域，從而讓工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)能夠?yàn)槟茉淳W(wǎng)和公用設(shè)施應(yīng)用以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的用戶提供支持。遠(yuǎn)程管道閘門上的安全監(jiān)控器的可用性與工廠或變電站的門狀態(tài)監(jiān)控器一樣，憑借Sigfox和LoRa的RF通信范圍，可擴(kuò)展數(shù)十公里以上。

在校園或大樓內(nèi)，Schneider Server平臺(tái)可為使用Zigbee和類似無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)的傳感器提供支持。為了實(shí)現(xiàn)最大靈活性，Telemecanique RIOT傳感器可與兼容收發(fā)器配合使用，以支持上述WLAN或LPWAN協(xié)議。低功耗網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使電池供電傳感器裝置能夠執(zhí)行測(cè)量并傳輸所采集到的數(shù)據(jù)。它們可以持續(xù)執(zhí)行此類任務(wù)達(dá)5至10年，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)外部電力支持。每個(gè)傳感器都包含各自的處理邏輯，以便不過(guò)量傳輸數(shù)據(jù)并保持服務(wù)器更新。閾值條件及其他警報(bào)類，例如關(guān)鍵設(shè)置存在或缺失，都可編程至傳感器中。多種類型的無(wú)線傳感器均可在網(wǎng)絡(luò)中使用，其中包括用于監(jiān)控潛在危險(xiǎn)設(shè)備的安全開關(guān)、RFID接口模塊、超聲波傳感器、壓力傳感器以及位置傳感器等。

許多行業(yè)可組合使用RIOT傳感器和Ecostruxure云。在某個(gè)應(yīng)用中，傳感器安裝在公用設(shè)施管道和排水管中，用于監(jiān)控所用閥門是否如預(yù)期的那樣通過(guò)網(wǎng)絡(luò)幫助輸送雨水。雖然一些地方可使用光伏板為傳感器裝置提供電力，但無(wú)法獲得電氣連接。除了為用戶提供分析支持外，這個(gè)采用了1000個(gè)傳感器的系統(tǒng)還能夠避免溢流，并減少了對(duì)閥門的人工檢查工作，每年可節(jié)省費(fèi)用超10萬(wàn)歐元。

農(nóng)業(yè)方面，安裝在移動(dòng)灌溉系統(tǒng)的限位開關(guān)現(xiàn)可用于探測(cè)各機(jī)器路徑中的障礙，了解何時(shí)完成各灌溉周期。壓力傳感器可用于檢查有無(wú)管道破損或泄漏，數(shù)據(jù)經(jīng)LP WAN傳輸，以便單一云系統(tǒng)就能監(jiān)控廣大區(qū)域灌溉設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程，無(wú)需耗費(fèi)人力定期查看。

同樣的方法也適用于資源開采，可使用限位開關(guān)及其他傳感器監(jiān)控用于在露天采礦作業(yè)任務(wù)中運(yùn)輸鐵礦石的長(zhǎng)輸送機(jī)，同時(shí)利用門位和RFID傳感器保障礦場(chǎng)重要區(qū)域的安全。如果有人未通過(guò)RFID驗(yàn)證或在一個(gè)意料之外的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)人某區(qū)域，分析軟件能夠檢測(cè)到異常并發(fā)出警報(bào)。這樣就能夠更好地了解現(xiàn)場(chǎng)的活動(dòng)，而以往要進(jìn)行監(jiān)控是極為困難的?？傊?，綜合利用不同類型的傳感器可充分發(fā)揮工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的力量，讓行業(yè)用戶能夠更加全面、及時(shí)地查看運(yùn)行情況。作為全球電子元器件與開發(fā)服務(wù)分銷商，e絡(luò)盟積累了深厚的專業(yè)知識(shí)，能夠?yàn)榭蛻魪某跏几拍钤O(shè)計(jì)直至大規(guī)模量產(chǎn)各階段提供強(qiáng)有力支持。

空氣產(chǎn)品公司完成收購(gòu)?fù)ㄓ秒姎鈿饣瘶I(yè)務(wù)和技術(shù)

空氣產(chǎn)品公司宣布已經(jīng)完成對(duì)通用電氣公司發(fā)電集團(tuán)旗下氣化業(yè)務(wù)的收購(gòu)。交易的財(cái)務(wù)條款不對(duì)外披露。

空氣產(chǎn)品公司主席、總裁兼首席執(zhí)行官葛思民表示：“對(duì)通用電氣氣化技術(shù)的成功收購(gòu)將進(jìn)一步支持我們專注于氣化領(lǐng)域長(zhǎng)期和戰(zhàn)略性的發(fā)展。這一收購(gòu)，結(jié)合我們其它專業(yè)能力，使我們可以向客戶提供完整的解決方案，包括大規(guī)模合成氣項(xiàng)目的融資、技術(shù)、工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。我們非常歡迎富有經(jīng)驗(yàn)和才華的通用電氣氣化團(tuán)隊(duì)的加人，并期待給予他們支持來(lái)進(jìn)一步發(fā)展這一亞務(wù)。”

空氣產(chǎn)品公司收購(gòu)的氣化業(yè)務(wù)包括了通用電氣在其與中國(guó)神華煤制油化工有限公司組成的50-50合資公司中所持有的股份。中國(guó)神華煤制油化工有限公司是世界級(jí)能源公司國(guó)家能源集團(tuán)的子公司。該合資公司成立于2012年，為中國(guó)的氣化項(xiàng)目提供技術(shù)。

收購(gòu)涉及包括合資公司人員在內(nèi)的約50名員工。

在空氣產(chǎn)品公司的氣體銷售業(yè)務(wù)模式下，公司投資、建造、擁有、運(yùn)營(yíng)并維護(hù)氣體生產(chǎn)工廠，使客戶得以將資本和精力放在主業(yè)上。公司較大規(guī)模、投資數(shù)十億美元的氣化項(xiàng)目包括中國(guó)的潞安、久泰和充礦集團(tuán)項(xiàng)目，以及在沙特阿拉伯的吉贊項(xiàng)目。