Сенсорные системы в промышленном IoT

Ключевыми компонентами современных промышленных систем являются датчики, которые передают данные в контроллеры, мониторы и другие операционные технологии, управляющие заводом. Сеть датчиков используется в течение многих лет, но появление Интернета расширило как возможности, так и проблемы использования систем датчиков. Возможности и задачи проектирования также расширились, поскольку датчики стали частью промышленного Интернета вещей (IIoT).

Датчики играют самые разные роли на современном заводе. Помимо предоставления данных для управления процессами, они помогают в оценке качества, отслеживании активов и даже безопасности работников. Появление мощного облачного аналитического программного обеспечения и искусственного интеллекта также позволило использовать данные датчиков для снижения производственных затрат за счет оптимизации процессов и профилактического обслуживания. А после перенаправления в Интернет данные датчиков можно использовать в различных целях - от управления поставками до глобальной координации производственных ресурсов.

Для решения этих многих задач доступно большое количество различных типов датчиков, постоянно появляются новые и улучшенные версии. Освещение, температура, движение, положение, присутствие, видение, сила, поток и химический состав являются одними из наиболее распространенных типов датчиков. Практически для каждого типа процесса или условий окружающей среды есть датчик, подходящий для его измерения, который можно приобрести у компаний из широкого портфеля, таких как TE Connectivity . и специализированные провайдеры, такие как Aceinna .

В отрасли используется множество типов датчиков, которым требуется подключение к IoT. (Изображение:Postscapes)

Традиционно информация, которую предоставляет это множество типов датчиков, оставалась локальным ресурсом, ограниченным одним объектом или даже одной машиной. Однако появление недорогих широкополосных возможностей подключения открыло двери для доступа к данным датчиков из любой точки земного шара. Эта доступность открыла огромное количество возможностей для использования данных и информации датчиков. Одна из тех, что вызвали немедленный и повсеместный интерес, - это профилактическое обслуживание, при котором удаленные компьютеры (где-то в облаке), на которых работают мощные аналитические алгоритмы, используют данные датчиков для определения состояния оборудования в режиме, близком к реальному времени, для выявления срочных потребностей в обслуживании до того, как оборудование выйдет из строя. Но многие другие приложения определяются для использования возможности подключения отдельных промышленных датчиков ко всем ресурсам и заинтересованным сторонам по всему миру.

К сожалению, не так-то просто подключить датчик к Интернету и сделать что-нибудь полезное с данными, особенно при работе с устаревшими системами датчиков. Промышленные датчики используют множество протоколов для отправки данных традиционным пользователям. Интернет, однако, требует данных в формате TCP / IP, поэтому требуется как минимум преобразование протокола. Для консолидации и концентрации данных может потребоваться концентратор или шлюз, особенно если многим датчикам требуется подключение. И данные должны иметь место назначения, что означает использование какой-либо облачной службы, по крайней мере, для хранения данных для последующего извлечения и, часто, для выполнения обработки данных.

Разумеется, соединение работает в обоих направлениях, поэтому подключение датчика к Интернету дает возможность удаленной настройки и управления. Это также вызывает потребность в обеспечении безопасности как отправляемых данных, так и входящих команд управления (см. EE Times: День, когда промышленный Интернет вещей взломан ). Аутентификация, инициализация и мониторинг состояния множества датчиков - это дополнительные потребности, которые возникают в связи с возможностью подключения. Таким образом, промышленный датчик IIoT на самом деле представляет собой сложную совокупность аппаратного и программного обеспечения, которая охватывает промежуток от устройства на границе до сервисов в облаке. То, как собираются создать эту коллекцию, значительно зависит от ситуации. К счастью, существует большое разнообразие продуктов и услуг, доступных дизайнерам.

Для внедрения сенсорной системы в IIoT требуется сложная экосистема аппаратного и программного обеспечения. (Изображение:Disruptive Technologies)

Для многих разработчиков устаревшие сенсорные системы будут кандидатами на IIoT. Промышленное оборудование обычно имеет срок службы, измеряемый десятилетиями, поэтому существует огромная база установленных датчиков, которые необходимо преобразовать для подключения к Интернету. Разработчики могут начать с добавления интеллектуальных радиомодулей, например, из Link Labs . , который может подключаться к существующим интерфейсам датчиков и обеспечивать необходимое преобразование протокола, а также возможность подключения. Существует множество доступных радиосетей, включая Wi-Fi, Bluetooth, LoRaWAN и сотовую связь. Разработчики, подключающие устаревшие системы, затем должны будут выбрать из множества поставщиков облачных услуг и поставщиков аналитического программного обеспечения, предлагающих промышленные услуги.

Для новой конструкции системы доступно несколько вариантов. Один из них, конечно же, - использовать подход к проектированию, подобный подходу унаследованной системы, начиная с голого датчика. контроллер должен быть добавлен для обеспечения интерфейса датчика и безопасности данных, а также радиомодуля для управления подключением к сети. Как и в случае с унаследованной системой, проектировщики должны затем организовать облачные сервисы.

Однако разработчикам не нужно работать полностью с нуля при создании новой системы. Возникло несколько платформенных подходов, которые упрощают комбинирование датчика, контроллера и радиокомпонентов, позволяя смешивать и согласовывать сборку совместимых компонентов. Примером может служить платформа M2.COM . совместная разработка Arm, Advantech, Bosch Sensortec, Sensirion и Texas Instruments. Эта платформа использует стандартизованный форм-фактор и интерфейсы, позволяющие разработчикам выбрать соответствующий датчик и беспроводной модуль от одного из множества различных поставщиков, а затем просто подключить их вместе, установить программный агент IoT платформы и разработать свою прикладную программу для создания датчика. модуль, который затем можно использовать с различными облачными платформами.

Сборка сенсорной системы IIoT проще при использовании стандартных строительных блоков, например, с платформой M2.COM. (Изображение:M2.COM)