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)也隨之擴大。

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。

當然，這種連接方式是雙向的，因此將傳感器連接到網(wǎng)絡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雜集合，跨越了從邊緣設(shè)備到云端服務的鴻溝。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)品和服務也有很大差異。

將傳感器系統(tǒng)引入 IIoT 需要復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)絡可供選擇，包括 Wi-Fi、藍牙、LoRaWAN 和蜂窩網(wǎng)絡。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)服務的云服務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)絡連接。與遺留系統(tǒng)一樣，設(shè)計人員必須隨后安排云服務。

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。該平臺使用標準化的外形和接口，允許開發(fā)人員從眾多不同供應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。

使用標準化構(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)計人員的這種負擔，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。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。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。

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