Преодоление препятствий на пути к повсеместному зондированию, связанных с аккумулятором - наконец,

Почему датчики с автономным питанием меняют правила игры

Оснащение объектов вычислительными устройствами, позволяющими им передавать данные через Интернет, на протяжении многих лет обещало произвести революцию в способах работы предприятий и жизни людей. И хотя Интернет вещей (IoT) явно влияет на нашу личную жизнь - через смартфоны, подключенные термостаты, носимые фитнес-трекеры и даже бутылки с водой, которые отслеживают наши привычки питья, - он медленнее, чем предсказывали эксперты, и далеко медленнее, чем ожидалось, будет распространяться среди промышленных предприятий.

Проблема триллиона батарей

В 2012 году IBM прогнозировала 1 триллион подключенных устройств к 2015 году . Мир не приблизился к этой цифре. Одно из следствий прогноза IBM о триллионе устройств - это объем - это триллион батарей, необходимых для того, чтобы триллион датчиков Интернета вещей собирал, анализировал и отправлял данные. Время автономной работы до сих пор было в центре внимания большинства инноваций. В документе, представленном на симпозиуме по схемам СБИС в Киото в 2017 году, описаны новые методы, над которыми работает промышленность, чтобы продлить срок службы батарей для устройств IoT.

Предположим, отрасль в конечном итоге достигает своей цели - 10-летнего срока службы средней батареи Интернета вещей. Сколько батарей нужно будет заменять каждый день в мире, где есть триллион устройств? Ответ:273 972 603 человека. Хуже того, если промышленность не достигает этой цели и обеспечивает только двухлетний срок службы батареи, это означает, что каждый человек на планете (все 7,4 миллиарда) меняет батарею каждые пять дней.

Мы не можем заменять более 1 миллиарда батарей каждый день. Даже в лучшем случае для питания 1 триллиона устройств IoT потребуется заменять 274 миллиона батарей каждый день. И это при условии, что все эти батареи достигают своего полного 10-летнего срока службы. Ясно, что это невыполнимый план.

Можем ли мы заменить первые 137 миллионов батарей до обеда?

Давайте представим это в реальных условиях, чтобы отразить, как вы на самом деле можете использовать IoT в своем собственном бизнесе.

Представьте, что вам нужно развернуть 10000 промышленных устройств Интернета вещей на своих объектах - датчики, стратегически размещенные для передачи данных в реальном времени о состоянии и производительности ваших машин и оборудования, для мониторинга температуры и качества воздуха в различных секторах, для проверки на наличие токсинов, которые могут быть утечки, чтобы передать состояние вашей паровой системы, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и другой жизненно важной инфраструктуры.

Если исходить из оптимистичного представления о 5-летнем среднем сроке службы этих 10 000 батареек, ваша команда будет заменять примерно 2 000 батареек каждый год или около 5 каждый день (подумайте о проблеме с домашним детектором дыма, но на стероидах). В зависимости от типов устройств, о которых мы говорим, замена самих батарей может стоить от нескольких долларов до нескольких сотен долларов каждая. Возможно, еще большее беспокойство вызывает то, что стоимость доступа к удаленному датчику для замены батареи часто намного выше, чем стоимость самой батареи.

Все это помогает объяснить, почему, согласно отчету 2017 года, процитированному Институтом инженеров-механиков, « для процветания Интернета вещей необходимо отказаться от батарей . » Это самая основная проблема - промышленность сосредотачивается на сроке службы батарей, вместо того, чтобы полностью отказываться от батарей.

5 причин, по которым батареи ограничивают рентабельное развертывание IIoT

Датчики с батарейным питанием требуют ручного обслуживания
Наиболее очевидная проблема заключается в том, что со временем необходимо заменить все батареи. Как мы указывали ранее, стоимость доступа к разряженным батареям и их замены - поскольку такие процессы все еще должны выполняться вручную - часто намного больше по ресурсам и человеко-часам, чем стоимость самой новой батареи. Необходимость частых ручных усилий сразу же сводит на нет основную ценность подключенных датчиков.

Ограниченный срок жизни может привести к появлению пробелов в критически важных данных
Неизбежность разряда батареи может иметь последствия, выходящие за рамки предельных трудозатрат и капитальных ресурсов, необходимых для проверки и замены батарей. Если команда, контролирующая датчики IoT на предприятии, немедленно не обнаружит разряженную батарею и не сможет быстро добраться до датчика и заменить его, предприятие навсегда потеряет все данные, которые датчик собирал и передавал за это время. Что еще хуже, в беспроводных сенсорных сетях батареи быстро изнашиваются, даже при тщательном обращении.

Поскольку некоторые датчики промышленного предприятия записывают и передают данные, которые критически важны для безопасности и соблюдения нормативных требований, разрядка аккумуляторов может стать серьезной угрозой для бизнеса.

Чтобы продлить срок службы батареи, датчики часто настраивают на менее частую передачу данных
В идеале устройство Интернета вещей на промышленном предприятии - скажем, датчик, расположенный рядом с химическим производством предприятия для непрерывного мониторинга атмосферы на предмет утечек токсичных веществ - должно передавать свои данные чрезвычайно часто. Идеально обновлять несколько раз в минуту.

Но каждая передача данных потребляет энергию. Таким образом, чтобы продлить срок службы батареи, многие датчики Интернета вещей настроены на передачу данных гораздо реже, чем хотелось бы, - иногда даже не чаще, чем раз в 24 часа.

Это может дать операторам предприятия неточное представление о данных, которые собирает датчик.

Физические размеры могут ограничивать функциональность датчика
Батареи часто являются самой большой частью сенсорной системы IoT, что оставляет инженерам ограниченный выбор, какие батареи добавить в свои сенсоры. Более того, размер, вес и габариты батареи часто ограничивают полезность датчика. Это связано с тем, что физические характеристики батареи могут ограничивать как типы приложений, которые может выполнять датчик, так и другие компоненты, с которыми батарея может сосуществовать на плате датчика, а также места ее развертывания (со встроенными местоположениями, недоступными из-за необходимости замена батареи).

Возможные риски для безопасности и вред окружающей среде
Отчеты Национального института здоровья США (NIH) что литиевые батареи, обычно используемые в датчиках Интернета вещей, «могут вносить существенный вклад в загрязнение окружающей среды и неблагоприятное воздействие на здоровье человека из-за потенциально токсичных материалов».

Дальнейшее развертывание устройств Интернета вещей с батарейным питанием по всему миру - особенно если эти устройства будут развернуты миллиардами или десятками миллиардов, как и прогнозировалось, - вызывает особую озабоченность.

Решение без батареи
Решение для революции в области промышленного Интернета вещей:комплексная система, которая объединяет все необходимые компоненты для полностью разработанного и повсеместного сенсорного решения, построенного на основе беспроводных датчиков Интернета вещей с полным автономным питанием.

Новые запатентованные основные полупроводниковые и беспроводные сетевые технологии позволяют устройствам работать с низкими уровнями энергии, собираемой из окружающей среды, генерируя достаточно энергии, чтобы обеспечить их сверхнизкое энергопотребление на неопределенный срок. Датчики работают непрерывно, и батарейки не потребуются.

Энергия извлекается из нескольких источников, включая низкоуровневую солнечную энергию внутри помещений, солнечную энергию на открытом воздухе, термоэлектрический эффект (захват энергии окружающей среды, генерируемой градиентом температуры), а также вибрацию пьезоэлектрических материалов (таких как определенные кристаллы и керамика) и даже от радиоволны, распространяющиеся через окружающую среду. В отличие от других «маломощных», но одноцелевых электронных компонентов, использующих сбор энергии, новые полные сенсорные устройства могут не только собирать массив данных с помощью нескольких датчиков, но также обрабатывать, анализировать и передавать эти данные по беспроводной сети - все на одном устройстве. та же батарея меньше бюджета мощности.

Думайте о системах с автономным питанием как о «вечных датчиках», потому что их можно развернуть, не беспокоясь о физическом осмотре их для обслуживания или проверки уровня заряда батареи.

Проблема с батареями помешала внедрению промышленного Интернета вещей (IIoT) и лишила промышленные компании значительных преимуществ, таких как широкие возможности распознавания, которые могут генерировать действенные аналитические данные, которые ранее были недоступны. Это решение представляет собой интегрированную платформу с полным набором функций всепроникающего зондирования, в которой вся среда - физический датчик, функции сбора и обработки данных, программная платформа для беспроводной связи, аналитики и отчетности - предназначена для работы как настоящая экосистема. Эти инновации могут, наконец, помочь предприятиям реализовать стоимость в триллионы долларов, обещанную IIoT.

Рафаэль Рейес в настоящее время является директором по маркетингу продуктов в Everactive, технологической компании, которая объединяет беспроводные датчики без батарей и облачную аналитику для предоставления комплексных промышленных решений IoT, где он руководит стратегиями вывода новых продуктов на рынок, ориентированными на клиента, и стратегией продвижения. для существующих продуктов.
Рафаэль обладает более чем 10-летним опытом в области маркетинга и разработки продуктов; в сочетании с 5-летним опытом стратегического планирования и 5-летним опытом управления бизнес-единицами на предприятиях B2C и B2B.