《电子技术应用》

工业物联网的发展机遇与挑战

e络盟大中华区销售总监 作者:朱伟弟
2017/11/10 14:35:36

物联网为工业发展带来了变革,已有智慧工厂利用物联网技术实现了大规模工业物联网(IIoT)或工业4.0部署。据中国工业和信息化部报告显示,预计至2020年,中国工业物联网产值将增长至4500亿元。中国早前还曾发布一项发展规划,计划到2030年成为人工智能领域的世界领导者,在技术上超越其竞争对手,打造规模近1500亿美元的本土产业。

制造商迫切需要采用创新技术以提高生产力,保持竞争优势。工业4.0和物联网的发展让业界越来越关注数字化企业的发展前景,未来几年,生产设备必将因此经历颠覆性改变。

本文将介绍如何利用工业物联网(IIoT)构建智慧型远程控制系统以深入分析潜在问题,同时还将探讨设计人员在进行物联网部署时需关注的要点。

工厂维护往往是造成设备过早发生突发性停机的原因之一,且代价昂贵。尽管由计算机维修管理系统实施的预防性维修能够更好地替代这种被动式“故障”维修,但这种方案却无法完全有效地预防设备故障和生产中断的发生。基于此,一种全新的预测性维修方案应运而生,该方案通过在生产设施上部署工业物联网系统得以实现,能够解决工厂维护的高成本问题。

预测性维修可显著减少突发性停机时间,并能消除大量严重故障的发生,继而能够避免因随时可能发生的事故而造成目标产量锐减。只有全面采用工业物联网才能真正发挥预测性维修的作用。

微软公司认为,工业物联网是指组织机构利用智能设备及其采集的数据用于精简并改善企业运营。随着低功耗处理器、智能无线网络、低功耗传感器及‘大数据’分析的出现,业界对工业物联网的关注显著提升。

为了实现各种技术支持,工业物联网在各个角落部署大量传感器:不止限于通信和电源设施,凡可收集到有关“物体”重要信息,如部署方式、部署位置及物体属性的任何地点均部署传感器。将机器、泵、管道及轨道车等“物体”与传感器相连在业界并不是首创,特制传感器和网络已然在工业生产中激增,广泛覆盖炼油厂、生产线等。

传统意义上来说,这些运营技术(OT)系统均以独立网络的方式运营,对网络的可靠性和安全性有着很高的要求。这些高标准要求仅依靠消费级技术无法实现,必须选择那些最适用于业务关键型工业物联网应用的可用技术。具体而言,传感器的组网方式决定了其是否能够在恶劣的工业应用环境中以低成本方式实现安全部署。

据On World发布的一项有关工业无线传感器网络(WSN)用户的全球性调研报告显示,可靠性和安全性是最重要的两大问题,无论是企业生产商品的利润、品质及效率还是工人安全均与这些网络密切相关。

可靠性

实现网络可靠性的一个一般性原则是进行冗余设计,它可为一些可能出现的故障问题提供备援,在避免数据丢失的前提下让系统恢复工作。在无线传感器网络当中,冗余设计可以应用于两种基本层面。第一层是空间冗余概念,即每个无线节点至少配备两个进行通信的其他节点,及可将数据传输至其中任意节点的路由机制,但最终都能到达预期目的地。在合理构建的网状网中,每个节点可与两个或多个相邻节点进行通信,与点对点网络相比,其可靠性更强,它能够在第一条路径不可用时自动跳转到另一条路径上发送资料。第二层冗余可利用RF频谱中的多个可用信道来实现。信道跳频的概念是指成对节点每次传输资料时能够变换信道,因此,在工业应用不断变化的恶劣RF环境中,它能够在任何特定信道中避免突发故障问题。

安全性

安全性是工业无线传感器网络的另一个关键属性。e络盟近期进行的一项研究表明,多达64%的消费者对数字时代的隐私安全感到担忧。由于网络连接和资料共享增多,网络漏洞、网络犯罪及数据外泄等问题时有发生,网络安全和隐私保护急需提升。自物联网设备实现自主通信以来,隐私问题变得更加严峻。智慧城市、智慧家庭甚至工业4.0的成功与否取决于人们对强大且安全网络的信心。

此外,业界越来越关注如何让‘物体’更加智能化,但在工业物联网应用中,这并非‘智慧物体’存在的唯一之处。工业物联网网络需利用智能节点,以及企业信息技术(IT)与运营技术(OT)提供的最佳网络和安全管理功能。网络应设计为高度可配置,以满足特定应用需求。例如,为了满足低功耗需求以延长电池续航能力,应采用网络可用电源自动侦测功能及智能路由以实现全网络功耗使用最优化。同时,网络应可自动适应RF环境的变化,这有利于网络拓扑的动态改变。

幸运的是,只要工程师知道如何利用高级嵌入式处理器的嵌入式安全功能,加上半导体企业、分销商及其他供应商提供的相关技术和支持,便可开发具备更高安全性的物联网产品。e络盟也与众多工程师合作定制开发现有开发板以满足他们的具体需求。公司还开发定制化硬件满足特定需求,从而能够让更多工程资源用于编码,以集中打造产品差异化特点。e络盟社区设计中心资源提供有关处理器、开发平台、软体工具和中间件的详细信息。工程师还可就应用随时向如e络盟这样的分销商进行咨询,有助于做出正确设计和安全选择,并缩短学习使用工具和共享信息的时间。

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上图:朱伟弟,e络盟大中华区销售总监


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