從大約1760年到1840年,由蒸汽和水力推動(dòng)的工業(yè)活動(dòng)激增,使人們離開農(nóng)場(chǎng)并進(jìn)入工廠。第一次工業(yè)革命最終讓位于第二次浪潮,其特點(diǎn)是裝配線和大規(guī)模生產(chǎn),其中貨物制造比以往任何時(shí)候都更快,更便宜,并且電力的現(xiàn)成供應(yīng)推動(dòng)了努力。第三次“革命”,基于電子和IT系統(tǒng)的進(jìn)步,在上個(gè)世紀(jì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。今天,我們處于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),物理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信的交匯點(diǎn),將智能機(jī)器結(jié)合到真正智能的分布式系統(tǒng)中。將這些元素組合在一起形成第四階段 - 通常稱為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)或工業(yè)4.0--通過將機(jī)器和設(shè)備連接在一起來創(chuàng)建更智能,更具競(jìng)爭(zhēng)力的工廠,以提高我們制造設(shè)施的生產(chǎn)率,效率和運(yùn)營。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的前端和中心是通過企業(yè)云收集,傳遞和分析傳感器數(shù)據(jù)。云技術(shù),網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和連接的進(jìn)步使傳感器數(shù)據(jù)能夠從工業(yè)廣域網(wǎng)(WAN)傳輸?shù)皆?。持續(xù)監(jiān)控和快速處理大量數(shù)據(jù),使業(yè)界能夠執(zhí)行預(yù)測(cè)性和預(yù)防性維護(hù),以及提供流更新,警報(bào),配置設(shè)置更改和命令指令。正在開發(fā)許多傳感器以幫助應(yīng)對(duì)IIoT的挑戰(zhàn),包括與電機(jī),工業(yè)流程和云通信相關(guān)的挑戰(zhàn)。本文將介紹一些示例傳感器,并討論傳感器的進(jìn)步如何推動(dòng)名為工業(yè)4.0的革命。
網(wǎng)絡(luò)靈活性
挑戰(zhàn)圍繞從設(shè)備傳播到云端并再次傳播的大量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)過載是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn),因?yàn)楸仨氃赪AN中處理的數(shù)據(jù)包數(shù)量將成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸的明顯來源。因此,雖然傳感器已經(jīng)到位以收集數(shù)據(jù),但是將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆浦械呐f方法將無法工作。為了將數(shù)據(jù)帶回企業(yè),網(wǎng)絡(luò)必須具有靈活性,以挑選和選擇相關(guān)的數(shù)據(jù),并且需要減少網(wǎng)絡(luò)處理的數(shù)據(jù)包的數(shù)量。
安全也將成為首要任務(wù);一旦產(chǎn)品本身參與通信,惡意攻擊的可能性就會(huì)更大。
但是,機(jī)會(huì)很多。根據(jù)研究公司市場(chǎng)和市場(chǎng),今天的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(IWSN)由溫度,壓力,流量,水平,化學(xué)和氣體,運(yùn)動(dòng)和位置,以及圖像傳感器等傳感器組成,所有這些傳感器都可以被監(jiān)控,控制,和遠(yuǎn)程麻煩。應(yīng)用可以在各種行業(yè)中找到,包括采礦,食品和飲料,醫(yī)療和保健,以及電力和公用事業(yè)。 2013年市場(chǎng)和市場(chǎng)估值為4.0123億美元的IWSN系統(tǒng)市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到9.4442億美元,復(fù)合年增長率達(dá)到12.96%。
支持云的傳感器網(wǎng)絡(luò)允許多個(gè)IWSN互操作同時(shí)適用于許多應(yīng)用。該云虛擬化傳感器,并以比使用臨時(shí)方法更低的價(jià)格向客戶提供傳感即服務(wù)。
與20世紀(jì)80年代后期的CIM(計(jì)算機(jī)集成制造)時(shí)代不同,工業(yè)4.0的目標(biāo)不是將人們完全從工廠中驅(qū)逐出去。相反,工廠工作將變得更加靈活,以匹配流程的靈活性。靈活性對(duì)生產(chǎn)線也至關(guān)重要,因?yàn)樗腥藛T和所有機(jī)器都將聯(lián)網(wǎng)。對(duì)于從單個(gè)工作單元到最終裝配的生產(chǎn)過程中的每個(gè)步驟,工人們也將更加了解情況。
認(rèn)識(shí)到人類在監(jiān)督整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)和充當(dāng)創(chuàng)造性問題解決者方面發(fā)揮著重要作用,工業(yè)4.0旨在將人和先進(jìn)的機(jī)器融合在一起。 Omron HVC-P人臉識(shí)別模塊(圖1)采用10個(gè)OKAO Vision圖像傳感算法,其中一個(gè)新模塊體現(xiàn)了即時(shí)傳感器反饋的大部分優(yōu)勢(shì)和云的實(shí)時(shí)性。人體視覺組件(HVC)模塊將相機(jī),處理器和外部接口集成到一塊PCB上。該設(shè)備使用UART接口向其看到的人員或人員提供數(shù)據(jù)。在人員和機(jī)器交互的情況下,此數(shù)據(jù)捕獲很重要。
圖1:Omron B5T001001G HVC-P人臉識(shí)別模塊提供識(shí)別和監(jiān)控人機(jī)交互的算法。
包括十個(gè)不同的功能是面部檢測(cè)和識(shí)別,性別,年齡,表情和面部姿勢(shì),注視和眨眼估計(jì),以及手和人體檢測(cè)。目標(biāo)應(yīng)用包括工業(yè)設(shè)備,機(jī)器人和樓宇自動(dòng)化。
用于MAG3110的SparkFun Electronics SEN-12670評(píng)估板(圖2)可以訪問飛思卡爾MAG3110節(jié)能三軸數(shù)字磁力計(jì)。該板將MAG3110的所有引腳分解為標(biāo)準(zhǔn)的0.1“接頭,并提供必要的濾波電容。小型飛思卡爾器件可與3軸加速度計(jì)配合使用,用于獨(dú)立于方向的電子羅盤,可提供準(zhǔn)確的航向信息。
圖2:MAG3110的SparkFun評(píng)估板。
MAG3110測(cè)量帶有輸出的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)速率(ODR)高達(dá)80 Hz。輸出數(shù)據(jù)速率對(duì)應(yīng)于從12.5毫秒到幾秒的采樣間隔.Xtrinsic MAG3110磁力計(jì),MMA8451Q加速度計(jì)和eCompass軟件的組合可實(shí)現(xiàn)完整的補(bǔ)償電子羅盤解決方案。當(dāng)eCompass子系統(tǒng)與GPS或其他位置感知子系統(tǒng)耦合時(shí),可以執(zhí)行與方向相關(guān)的基于位置的資產(chǎn)分析。加固設(shè)備僅測(cè)量2 mm x 2 mm x 0.85 mm,間距為0.4 mm。
歐姆龍的E3FA系列光電傳感器(圖3)為不間斷的工業(yè)檢測(cè)應(yīng)用提供了簡(jiǎn)便性。該系列通常安裝在從食品和飲料到紡織品,陶瓷和磚生產(chǎn)的工業(yè)工廠中,具有各種型號(hào),包括直通和徑向版本的對(duì)射式,反向反射型和漫反射型。直接版本還提供背景抑制,有限反射檢測(cè)和特殊應(yīng)用的透明物體檢測(cè)類型。該系列具有堅(jiān)固耐用的防水外殼,高抗光性,高EMC保護(hù),易于安裝??梢詮倪h(yuǎn)距離和廣角觀察傳感器的LED狀態(tài)指示燈。
圖3:Omron E3FA系列光電傳感器的電纜連接。
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