工业传感器和IIoT

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工业传感器和IIoT

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工业物联网准备改变传感器市场 - 但是要多少?
工业互联网我们生活在智慧时代。我们的手机,我们的车,甚至我们的冰箱变得聪明。我们的工厂也变得聪明了。智能工厂拥有详细的条件和性能数据,提供了新的工具来改进操作,支持预测性维护,缩短停机时间并提高总体生产率。无论您称之为工业物联网IoT),工业4.0还是网络物理系统,连接工厂概念易于操作和业务洞察力都将重塑工业景观。

在可见的工厂的核心是一个传感器网络,监测温度,振动,能量消耗等特点。这些传感器将物理现象转换成电信号,将其传送到监控和数据采集(SCADA)系统或企业网络进行分析。充分发挥IIoT的潜力将需要很多,一些分析师预计,到2023年,市场每年将增长24.5%,达到34.75亿美元。

其他的,像IHS的MEMS团队负责人JérémieBouchaud,更加谨慎。他说:“我不认为传感器在工业应用中的大量部署将在10左右。” “你已经在监控很多你需要监控的。 我认为这个故事更多的是使用已经存在的传感器。“

”美国国家仪器公司(Austin,Texas)的嵌入式系统产品营销高级组长尼克·巴特勒(Nick Butler)说,“IIoT真的是数据的全部。“这是数据,承诺提供的见解,将提高公司的效率或产量,安全或正常运行时间。”

监控机器健康
宕机的成本可能非常高。例如,在汽车行业,每分钟估计约为20,000美元。感应可以提供关于机器健康的基本信息。考虑振动监测。每个机器在其振动频谱中显示特征谐振频率,可以使用加速度计映射。诸如拉伸输送带或磨损轴承之类的机械问题引入新的振动频率。加速度计可以创建详细的振动光谱。作为连接网络的一部分,并结合自动数据采集和分析,他们可以提醒维护,出现可能表明问题的新的共振频率。

类似地,由温度传感器检测到的异常加热可以警告齿轮箱或致动器中的润滑损坏等问题。压电振动传感器坚持将一层压电材料放置在中心柱和一对彼此正交定向的测试块之间。振动使质量振荡,压缩压电陶瓷产​​生电信号。轴的方向使系统能够将力分解成其组成部件。

真正实现IIoT的承诺要求传感器紧凑,坚固,易于部署,也便宜。压电传感器每个成本几百美元。因此,它们通常作为测试设备利用,通过机器间的维护来移动。MEMS技术,如果可以实现,将是一个更好的适合。增加创新

MEMS振动传感器基于固定和独立的微悬臂组合进行操作。振动导致固定悬臂与独立悬臂之间的距离发生变化。读出技术是基于电容感测,因为两组悬臂之间的距离发生变化,电容也随之变化。基于MEMS的传感器的主要优点之一是它们与半导体制造技术兼容。传感器不仅是平版印刷的,传感器作为一个整体可以作为片上系统器件生产。鉴于现有技术已经成熟,制造商或者需要开发新的方法或者找到实际上不同的方式来实现预先存在的版本。

MEMS传感器的优点传统上是低频应用,如车辆安全气囊传感器。为了对机器健康有用,他们需要多种类型的改进。Butler说:“他们需要变小,便宜,分布更多,这就是无线方面所在。” “添加收音机会面临一系列挑战。将这些设备联网在一起,同步它们,在工业部署中常见的高EMI环境中运行它们,并为这些设备获得能力,都面临着自己的挑战。当然,所有这些挑战产生了创新。“

根据Bouchaud的说法,为了完成一些更加美观的预测,传感器技术需要大幅降价。这是一个在振动传感器领域已经进行的过程,目前可用的振动监测系统由两个传感器组成,发射机的成本约为6000美元。他说:“这是一个真正的投资,而在你把它放在电机上之前,你就会想到两次。” 与ABB的新型电机传感器相反。他说:“一旦你去了ABB所声称的50欧元,那就是一个真正的游戏规则。”

除此之外,Bouchaud目前看到的主要趋势是运动供应商之一增加了与标准传感器产品线的连接。这可能与向其标准设备添加连接芯片相当。更高级的条目可能包括芯片和软件堆栈。在这两种情况下,增加的成本都以客户的最低成本。这是为未来需求做准备的过程,已经进行了五到八年。至于预测的巨兽市场是否会实现,他还没有发现制造商之间的共识。Bouchaud说:“有些人说,由于连接性,他们的客户会想知道更多,并添加传感器和他们以前没有的地方。”

“其他人更保守,认为这不是真的。”

成功的道路
挑战不仅仅是价格。所有这些无线传感器目前使用电池供电。根据数字和效率,这可能会加剧维护头痛。这是传感器制造商已经在开展工作的一个问题。Butler说:“我们与客户进行了相当多的研究,并设计了无线产品,在电池寿命上运行了三年。” “我们与客户进行了相当多的研究,我们发现其中90%以上已经在进行年度维护工作。

采用的主要驱动力将是开发简单的技术,易于集成到专业技术更多地在机械,电气和控制设计领域而不是嵌入式技术领域的OEM。易于安装的集成解决方案可能会引起怀疑的部分过程。由于半导体行业系统级芯片设计的趋势,解决方案今天可用,无需深入嵌入式感应技术。OEM不需要学习C ++或机器代码,或者如何从处理器到FPGA获得IAO。例如,National Instruments和Analog Devices提供解决方案。

Butler说的一个常见的误解是,无线技术对于工业环境还不够成熟。他说:“人们说,他们不能在工业环境中部署它,它的强度不够强大,不安全,无法同步,他们无法获取数据速率。” “那些事情是不正确的。National Instruments等公司提供了非常强大的无线传感解决方案。他们可以进行扩频跳频以避免EMI。它们可以同步。他们可以通过行业标准协议和专有协议来回发送高速数据。基础和可部署的产品今天在这里。

也许最大的错误是没有进行现场调查。很容易忽略潜在的问题。即使是微波炉也是一个问题。水共振2.4GHz,这是工业,科学和医疗网络常用的频段之一。

在这一点上,传感器无线技术的采用开始走过早期采用阶段。开始在过程自动化部门中看到重要的部署。巴特勒指出,电气客户在其资产超过10,000台上安装了振动监测器。这些远程传感器设计用于检测什么时候需要维修发电机或涡轮机的轴承或风扇叶片或其他部件。在离散自动化领域,该技术的部署范围不大,但在汽车等应用中已经开始站稳脚跟。巴特勒是一个信徒。“这不是一个时尚,”他说。

“传感器可能要小一点,便宜一些,但是今天我们在这里就可以了。”

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