作者：Rich Quinnell，特別項目編輯

現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)的關(guān)鍵組件是向控制器、監(jiān)視器和其他運行工廠的操作技術(shù)提供數(shù)據(jù)的傳感器。傳感器聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)使用多年，但互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)擴大了使用傳感器系統(tǒng)的機遇和挑戰(zhàn)。隨著傳感器成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 的一部分，設(shè)計機遇和挑戰(zhàn)也隨之?dāng)U大。

傳感器在現(xiàn)代工廠中扮演著各種各樣的角色。除了為過程控制提供數(shù)據(jù)外，它們還有助于質(zhì)量評估、資產(chǎn)跟蹤甚至工人安全。強大的基于云的分析軟件和人工智能的出現(xiàn)還允許使用傳感器數(shù)據(jù)通過流程優(yōu)化和預(yù)測性維護來降低生產(chǎn)成本。一旦路由到互聯(lián)網(wǎng)，傳感器數(shù)據(jù)就可以用于從供應(yīng)管理到全球生產(chǎn)資源協(xié)調(diào)的各種用途。

為了滿足這些眾多目的，有多種傳感器類型可供選擇，并且不斷推出新的和改進的版本。照明、溫度、運動、位置、存在、視覺、力、流量和化學(xué)成分是最常見的傳感器類型。幾乎每種類型的過程或環(huán)境條件都有適合其測量的傳感器類型，可從TE Connectivity 等廣泛的投資組合公司和Aceinna等專業(yè)供應(yīng)商處獲得。

行業(yè)中使用的傳感器類型多種多樣，需要連接到物聯(lián)網(wǎng)。（圖片：后景）

傳統(tǒng)上，眾多傳感器類型提供的信息仍然是本地資源，僅限于單個設(shè)施甚至單個機器。然而，低成本、廣域連接選項的出現(xiàn)為從全球任何地方訪問傳感器數(shù)據(jù)打開了大門。這種可訪問性為利用傳感器數(shù)據(jù)和信息解鎖了大量選項。立即引起廣泛關(guān)注的是預(yù)測性維護，其中運行強大分析算法的遠程計算機（在云中的某處）使用傳感器數(shù)據(jù)近乎實時地確定機器的健康狀況，以便在設(shè)備發(fā)生故障之前識別緊急維護需求。

不幸的是，將傳感器連接到互聯(lián)網(wǎng)并對數(shù)據(jù)做一些有用的事情并不是特別容易，尤其是在處理遺留傳感器系統(tǒng)時。工業(yè)傳感器使用多種協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送給傳統(tǒng)用戶。然而，互聯(lián)網(wǎng)需要 TCP/IP 格式的數(shù)據(jù)，因此至少需要進行協(xié)議轉(zhuǎn)換。可能需要集線器或網(wǎng)關(guān)來整合和集中數(shù)據(jù)，尤其是在許多傳感器需要連接的情況下。并且數(shù)據(jù)必須有目的地，這意味著使用某種云服務(wù)至少存儲數(shù)據(jù)以供以后檢索，并且通常執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。

當(dāng)然，這種連接方式是雙向的，因此將傳感器連接到網(wǎng)絡(luò)提供了遠程配置和控制的機會。它還引發(fā)了確保發(fā)送的數(shù)據(jù)和傳入的控制命令的安全性的需求（請參閱 EE Times：?工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)被黑客入侵的那一天）。驗證、配置和監(jiān)控傳感器群的狀態(tài)是連接性產(chǎn)生的額外需求。因此，IIoT 工業(yè)傳感器實際上是硬件和軟件的復(fù)雜集合，跨越了從邊緣設(shè)備到云端服務(wù)的鴻溝。建立這個集合的方式因情況而異。幸運的是，可供設(shè)計師申請的產(chǎn)品和服務(wù)也有很大差異。

將傳感器系統(tǒng)引入 IIoT 需要復(fù)雜的硬件和軟件生態(tài)系統(tǒng)。（圖片：顛覆性技術(shù)）

對于許多開發(fā)人員而言，傳統(tǒng)傳感器系統(tǒng)將成為 IIoT 候選者。工業(yè)設(shè)備的使用壽命通常以幾十年來衡量，因此有大量已安裝的傳感器基礎(chǔ)需要轉(zhuǎn)換為互聯(lián)網(wǎng)連接。開發(fā)人員可以從添加智能無線電模塊開始，例如來自Link Labs的那些，這些模塊可以利用現(xiàn)有的傳感器接口并提供必要的協(xié)議轉(zhuǎn)換和連接。還有多種無線電網(wǎng)絡(luò)可供選擇，包括 Wi-Fi、藍牙、LoRaWAN 和蜂窩網(wǎng)絡(luò)。然后，連接遺留系統(tǒng)的開發(fā)人員將需要從眾多提供工業(yè)服務(wù)的云服務(wù)提供商和分析軟件提供商中進行選擇。

對于新的系統(tǒng)設(shè)計，有多種選擇。當(dāng)然，一種是使用類似于遺留系統(tǒng)的設(shè)計方法，從裸傳感器開始。必須添加一個控制器來提供傳感器接口和數(shù)據(jù)安全，以及一個無線電來處理網(wǎng)絡(luò)連接。與遺留系統(tǒng)一樣，設(shè)計人員必須隨后安排云服務(wù)。

然而，開發(fā)人員在創(chuàng)建新系統(tǒng)時不需要完全從頭開始工作。已經(jīng)出現(xiàn)了幾種基于平臺的方法，它們通過允許兼容組件的混合和匹配組裝來簡化傳感器、控制器和無線電組件的組合。例如由 Arm、Advantech、Bosch Sensortec、Sensirion 和 Texas Instruments 聯(lián)合開發(fā)的M2.COM 平臺。該平臺使用標(biāo)準(zhǔn)化的外形和接口，允許開發(fā)人員從眾多不同供應(yīng)商中選擇符合要求的傳感器和無線模塊，然后簡單地將它們連接在一起，安裝平臺的物聯(lián)網(wǎng)軟件代理，并開發(fā)他們的應(yīng)用程序來創(chuàng)建傳感器然后可以與各種云平臺一起使用的模塊。

使用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建塊（例如 M2.COM 平臺）時，組裝 IIoT 傳感器系統(tǒng)會更簡單。（圖片：M2.COM）

有幾個這樣的云平臺是專門為滿足不自己制造傳感器模塊的供應(yīng)商的工業(yè)傳感器需求而創(chuàng)建的。其中包括Akoom和Kaa IoT Technologies等較小的公司，PTC ThingWorx平臺等更成熟的參與者，以及GE 的物聯(lián)網(wǎng)軟件和西門子的 Mindsphere平臺等行業(yè)巨頭。

開發(fā)人員也可以選擇放棄開發(fā)自己的智能傳感器模塊，而選擇從更高級別的構(gòu)建塊開始。Disruptive Technologies、Episensor和Zenseio等公司提供具有內(nèi)置控制器和無線電功能的完全集成的智能傳感器。Axzon（前身為 RFMicro）的一種不同尋常的方法是在傳感器模塊中使用 RFID，從而避免了無線頻譜管理的需要，但需要使用手持設(shè)備進行主動掃描以檢索數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)。M2.COM 的創(chuàng)始人之一研華科技還通過其Wzzard系列提供完整的智能傳感器模塊，其中包括 LoRA 和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)方法。

一個完整的 IIoT 傳感器系統(tǒng)，例如 Advantech Wzzard 系列的這個成員，將傳感器、控制器和無線鏈路集成到一個堅固的封裝中。（圖片：研華）

然而，所有這些集成智能傳感器產(chǎn)品的共同點是，供應(yīng)商不僅僅提供智能連接傳感器。他們還提供網(wǎng)關(guān)和軟件，以與云平臺服務(wù)提供商兼容的形式將數(shù)據(jù)安全地傳輸?shù)皆贫?。如果可用模塊之一滿足他們的傳感需求，這將減輕設(shè)計人員建立 IIoT 傳感器系統(tǒng)所需的所有硬件工作量。

將智能傳感器系統(tǒng)與確保安全以及從 IIoT 傳感器系統(tǒng)管理和提取可操作情報所需的許多軟件服務(wù)結(jié)合起來所需的系統(tǒng)集成仍然很重要。為了減輕設(shè)計人員的這種負(fù)擔(dān)，許多公司現(xiàn)在提供完整的端到端軟件包，從傳感器到云設(shè)備管理和分析服務(wù)。有些是較小的產(chǎn)品，例如?IoTiniI2OT 系列，它主要提供環(huán)境傳感器以及通用模擬和數(shù)字傳感器接口。QBurst將其傳感器專注于監(jiān)控應(yīng)用而不是工業(yè)控制。

但邊緣通過云的 IIoT 傳感器系統(tǒng)市場也有一些主要參與者。這些公司通常提供各種傳感器和配置，通常還提供定制設(shè)計支持。例如， ABB通過其 ABB Ability 計劃提供端到端和閉環(huán)系統(tǒng)。Bosch-Sensortec提供多種通用傳感器模塊并支持 M2.COM 開發(fā)方法。羅克韋爾自動化的Allen-Bradley部門還利用其 IO-Link 無線電技術(shù)提供通用傳感器以及更專業(yè)的壓力和圖像傳感器。

無論是將傳統(tǒng)傳感器系統(tǒng)連接到互聯(lián)網(wǎng)還是創(chuàng)建新系統(tǒng)，設(shè)計人員都可以為 IIoT 傳感器系統(tǒng)提供多種選擇。（圖片：范思哲）

關(guān)閉循環(huán)是Versasense。該公司的眾多產(chǎn)品包括完整的邊緣到云端傳感器系統(tǒng)以及網(wǎng)關(guān)設(shè)備和云服務(wù)。它還提供允許連接到傳統(tǒng)傳感器的設(shè)備，將其協(xié)議轉(zhuǎn)換為將它們從工廠網(wǎng)絡(luò)帶入 IIoT。然后，這些傳統(tǒng)連接可以利用構(gòu)成 Versasense 系列一部分的云管理和分析服務(wù)。

不管怎樣，收集數(shù)據(jù)并將其輸入云中，在那里它可以轉(zhuǎn)化為信息和可操作的情報，具有幫助優(yōu)化和降低工業(yè)運營成本的巨大潛力。開發(fā)人員需要從眾多可用的方法中選擇最適合其特定需求的方法。

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審核編輯 黃昊宇