從石油和天然氣、煉油廠和化學(xué)品到制藥和食品飲料，流程制造商都面臨著同樣的挑戰(zhàn)，即市場(chǎng)需求波動(dòng)和提高運(yùn)營(yíng)績(jī)效的持續(xù)壓力。對(duì)于許多企業(yè)而言，未能達(dá)到最佳績(jī)效可能會(huì)導(dǎo)致巨大的收入損失。隨著物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)下一次工業(yè)革命，流程制造商將是最先趕上這波數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮的制造商之一。
物聯(lián)網(wǎng)的核心是從成千上萬(wàn)臺(tái)設(shè)備的智能傳感器中收集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)被傳輸?shù)奖镜?、?nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)或控制系統(tǒng)和/或云平臺(tái)，可以從中獲得可操作的見(jiàn)解，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)透明度和智能決策。這些強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用由新的無(wú)線連接驅(qū)動(dòng)，而這種新的無(wú)線連接支持?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)之間低功耗且價(jià)格合理的“最后一公里”通信。
低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)
與時(shí)間敏感的自動(dòng)化應(yīng)用不同，大量物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)用例不需要高帶寬來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，例如，筒倉(cāng)填充水平或環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)通常不需要以毫秒級(jí)的延遲來(lái)更新。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)，更重要的是能夠以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且節(jié)能的方式連接更多數(shù)據(jù)點(diǎn)。
鑒于許多流程和資產(chǎn)位于偏遠(yuǎn)且具有挑戰(zhàn)性的位置，通信范圍是另一個(gè)關(guān)鍵要求。此外，易于安裝提供了適應(yīng)和擴(kuò)展動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)需求的靈活性。在這種情況下，有線解決方案——實(shí)施、改造和擴(kuò)展既昂貴又繁瑣——很難交付。
低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)專門為依靠獨(dú)立電池運(yùn)行的大規(guī)模、低數(shù)據(jù)速率傳感器網(wǎng)絡(luò)而構(gòu)建，并正在顛覆物聯(lián)網(wǎng)格局。57%的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人士表示他們正在研究或開(kāi)發(fā)LPWAN解決方案。
LPWAN的一個(gè)有趣方面是其數(shù)公里覆蓋范圍和深度穿透能力，其性能優(yōu)于Wi-Fi、藍(lán)牙和工業(yè)無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。這使得它們成為地理分散和/或結(jié)構(gòu)密集型工業(yè)園區(qū)（如油田、煉油廠和加工廠）的可行解決方案。同時(shí)，超低功耗設(shè)計(jì)可維持多年的電池壽命，從而有助于降低總擁有成本和環(huán)境足跡。與工業(yè)網(wǎng)狀解決方案相比，LPWAN無(wú)需復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置即可實(shí)現(xiàn)，并且設(shè)備和運(yùn)營(yíng)成本都很低。
請(qǐng)注意，不同LPWAN選項(xiàng)之間的網(wǎng)絡(luò)性能可能會(huì)有很大差異。對(duì)于在具有許多共存無(wú)線電系統(tǒng)中運(yùn)行的解決方案來(lái)說(shuō)，抗干擾能力是確保無(wú)線電鏈路最佳可靠性的先決條件。不熟悉LPWAN的流程制造商可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，比較和評(píng)估市場(chǎng)上的多種可用選項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，建立在嚴(yán)格行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之上的技術(shù)可提供經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的質(zhì)量、可擴(kuò)展性和工業(yè)級(jí)可靠性。到目前為止，Telegram Splitting——在ETSI低吞吐量網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)(ETSI電信標(biāo)準(zhǔn)103 357)中得到了認(rèn)可——是第一個(gè)也是唯一一個(gè)在無(wú)許可LPWAN市場(chǎng)上的全球標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。
流程工業(yè)需要低功耗廣域網(wǎng)的5個(gè)原因
物聯(lián)網(wǎng)的核心價(jià)值是對(duì)當(dāng)前運(yùn)營(yíng)的無(wú)與倫比可見(jiàn)性。這方面，多功能LPWAN網(wǎng)絡(luò)可以連接一切，從工廠的固定資產(chǎn)到走動(dòng)的工人及其周圍環(huán)境。它尤其擅長(zhǎng)于在難以接近的位置和危險(xiǎn)的環(huán)境中，在這些環(huán)境中，手動(dòng)監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)太大且效率低下。
1、管道監(jiān)測(cè)
管道負(fù)責(zé)在整個(gè)生產(chǎn)流程中輸送氣體和液體，是石油和天然氣、化工和其他加工行業(yè)不可或缺的資產(chǎn)。由于嚴(yán)重的財(cái)務(wù)和環(huán)境后果，管道泄漏是主要的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。除了資產(chǎn)損失外，石油和其他有毒物質(zhì)的泄露還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的污染和相關(guān)的巨額罰款。同樣，氣體和化學(xué)物質(zhì)泄漏也可能成為災(zāi)難性爆炸的觸發(fā)點(diǎn)，從而造成不可逆轉(zhuǎn)的后果。
使用LPWAN，制造商可以從多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)點(diǎn)收集振動(dòng)、應(yīng)變、流量和聲音讀數(shù)，以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)其管道系統(tǒng)的健康和完整性。這使得手工活動(dòng)自動(dòng)化，例如定期現(xiàn)場(chǎng)訪問(wèn)以進(jìn)行檢查和記錄數(shù)據(jù)。更重要的是，可以從一開(kāi)始就識(shí)別結(jié)構(gòu)損壞和故障，以便進(jìn)行早期干預(yù)，以減少維修和停機(jī)成本，同時(shí)最大限度地減少負(fù)面后果。
2、筒倉(cāng)液位監(jiān)測(cè)
筒倉(cāng)和儲(chǔ)罐用于儲(chǔ)存重要的加工原料和最終產(chǎn)品。出于多種目的，包括生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)存控制和安全管理，需要對(duì)這些資產(chǎn)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。然而，這通常具有挑戰(zhàn)性。許多筒倉(cāng)和儲(chǔ)罐遠(yuǎn)離作業(yè)中心，并大多位于地形復(fù)雜的不方便位置。
即使可以手動(dòng)讀取數(shù)據(jù)，這也是勞動(dòng)密集型和耗時(shí)的，但仍然無(wú)法提供對(duì)當(dāng)前填充水平的準(zhǔn)確見(jiàn)解。因此，重新灌裝或排空要么太早要么太晚，這會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力下降、成本高昂的生產(chǎn)中斷或浪費(fèi)和危險(xiǎn)的過(guò)量灌裝。此外，在收集數(shù)據(jù)時(shí)，含有有毒化學(xué)品的環(huán)境還會(huì)給工作人員帶來(lái)健康風(fēng)險(xiǎn)。
強(qiáng)大的LPWAN解決方案可以通過(guò)有效連接遠(yuǎn)程儲(chǔ)罐和筒倉(cāng)上的低功率傳感器來(lái)解決這些問(wèn)題。借助實(shí)時(shí)填充水平數(shù)據(jù)，工廠經(jīng)理可以根據(jù)需要策略性地安排現(xiàn)場(chǎng)檢查和所需資源，以優(yōu)化員工的生產(chǎn)力和安全性。
3、預(yù)測(cè)性維護(hù)
由于流程制造是資產(chǎn)密集型的，因此不能以最佳性能運(yùn)行的設(shè)備會(huì)顯著降低生產(chǎn)力。預(yù)防性維護(hù)——在預(yù)先定義的、定期的基礎(chǔ)上進(jìn)行——本質(zhì)上是低效的，因?yàn)樗环显O(shè)備運(yùn)行狀況。很多時(shí)候，這種維護(hù)過(guò)于頻繁或更糟，不夠及時(shí)——導(dǎo)致昂貴和不必要的生產(chǎn)損失。
隨著對(duì)預(yù)測(cè)性維護(hù)的需求不斷增多，多功能LPWAN為設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了通信基礎(chǔ)設(shè)施。關(guān)鍵資產(chǎn)的電流、溫度、壓力、振動(dòng)和其他健康參數(shù)的測(cè)量值可以經(jīng)濟(jì)高效地從大量端點(diǎn)傳輸?shù)交谠频幕騼?nèi)部分析工具，然后對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，以診斷任何異常偏差以及零件和部件的潛在磨損。因此，制造商可以僅在需要時(shí)安排維護(hù)，從而提高資產(chǎn)可靠性，同時(shí)降低服務(wù)和停機(jī)成本。
4、環(huán)境和冷鏈監(jiān)測(cè)
在許多流程中，環(huán)境因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和安全有著重要的影響。具體而言，制藥、化工和食品飲料行業(yè)都在努力無(wú)縫監(jiān)測(cè)其冷鏈，以保持最終產(chǎn)品的特性和最佳保質(zhì)期。此外，保持良好的濕度在最大限度地減少霉菌和細(xì)菌滋生，同時(shí)不影響產(chǎn)品質(zhì)量方面也起著決定性的作用。同樣，在制藥工業(yè)，適當(dāng)?shù)姆蹓m控制對(duì)于避免產(chǎn)品污染和減輕對(duì)工人健康的有害影響至關(guān)重要。
制造商不僅可以依靠暖通空調(diào)系統(tǒng)的可靠性，而且還可以利用支持LPWAN的傳感器網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)生產(chǎn)和存儲(chǔ)流程中獲得對(duì)關(guān)鍵環(huán)境因素的前所未有可見(jiàn)性?？梢栽谛?wèn)題變成災(zāi)難之前及早發(fā)現(xiàn)破壞性狀況及其根本原因（例如冰箱和暖通空調(diào)設(shè)備故障），以采取應(yīng)對(duì)措施。
5、員工安全
加工廠的員工面臨無(wú)數(shù)迫在眉睫的危險(xiǎn)——從經(jīng)常接觸有毒化學(xué)品到檢查和維護(hù)期間的致命墜落、設(shè)備事故和爆炸風(fēng)險(xiǎn)等。除了嚴(yán)格的培訓(xùn)和正確使用防護(hù)設(shè)備外，隨時(shí)了解員工的健康狀況和工作環(huán)境可以降低發(fā)生致命事故和慢性病的風(fēng)險(xiǎn)。
通常，智能可穿戴設(shè)備可以通過(guò)LPWAN將現(xiàn)場(chǎng)工作人員的重要指標(biāo)（例如脈搏和位置）傳送到運(yùn)營(yíng)中心。結(jié)合來(lái)自環(huán)境傳感器的上下文數(shù)據(jù)（例如空氣質(zhì)量、熱量、濕度、輻射），可以及時(shí)提醒員工長(zhǎng)期暴露于危險(xiǎn)、過(guò)度勞累和事故中，以便采取預(yù)防措施。例如，鼓勵(lì)員工在需要時(shí)休息一下，可以大大提高員工的工作效率，同時(shí)避免與疲勞有關(guān)的傷害和事故。
通過(guò)預(yù)測(cè)性維護(hù)確保關(guān)鍵安全設(shè)備處于最佳狀態(tài)也可以降低設(shè)備事故的風(fēng)險(xiǎn)。同樣，支持LPWAN的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)消除了定期的人工檢查，從而減少了員工與危險(xiǎn)設(shè)備的接觸。
總結(jié)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是多方面的。雖然有線解決方案仍然是工廠和流程自動(dòng)化的支柱，但LPWAN提供了一個(gè)互補(bǔ)的無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)一系列新的、強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。雖然無(wú)線連接對(duì)于許多流程制造商來(lái)說(shuō)并不陌生，但LPWAN可以通過(guò)多種方式降低成本和提高效率，從而幫助增強(qiáng)其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
這些網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍、功耗和成本優(yōu)勢(shì)使以前無(wú)法訪問(wèn)的資產(chǎn)能夠以前所未有的規(guī)模連接起來(lái)。除此之外，簡(jiǎn)單的安裝和管理消除了與網(wǎng)絡(luò)配置、實(shí)施和擴(kuò)展相關(guān)的費(fèi)用和麻煩。然而，并非所有LPWAN都是一樣的，選擇基于成熟行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的解決方案將確保物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的運(yùn)營(yíng)商級(jí)可靠性、安全性和長(zhǎng)期互操作性。（編譯iothome）
