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什么是工业物联网(IIoT)?定义、用例和应用实例

什么是工业物联网,或IIoT?

工业物联网是在工业应用中使用连接的智能设备,用于自动化、远程监控和预测性维护等目的。IIoT是物联网的一个更强大的版本,即物联网,是商业和消费应用中的连接设备领域。在工业物联网用例中,智能设备可能被部署在建筑车辆、供应链机器人、太阳能和风能、农业传感器系统、智能灌溉等方面。这些IIoT应用往往有一个共同点:它们都被部署在具有挑战性的环境中。

有轻工业IIoT用例,如仪表,也有重工业用例,如采矿业使用的输送机,这些设备可能会受到各种环境因素的影响,从极热和极冷到潮湿和振动。

工业物联网是关于部署智能机器来捕捉和移动数据,感知温度、流量或体积的变化,实现程序自动化,以提高效率、准确性和安全性,将数据传递到正确的人手中进行分析和决策,并确保所有这些过程按时、可靠和安全地发生。

IIoT与工人的安全和生产力

智能设备的使用已经迅速扩大,今天--随着物联网和IIoT趋势的巨大增长--很难找到一个行业不受这种现象的影响。这就导致了一些问题。

  • 为什么物联网和IIoT的发展如此迅速?
  • 这对工人和工作意味着什么?

第一个问题的答案是,物联网和IIoT正在应对效率低下、收入损失,以及组织需要更聪明地工作,而不是更努力地工作。自动化可以创造出前所未有的改进和效率,而人类劳动力根本不可能做到。这并不是说人类不需要。相反,需要来自各行各业的工程师、应用开发人员、数据科学家和工人来落实这些解决方案并加以利用。

举个简单的例子,考虑一下农场工人,他以前不得不从农场的一个偏远角落开车到另一个角落,以确保浇灌系统或防霜风扇在正确的时间打开。今天,该工人可以通过笔记本电脑检查系统,确保一切工作正常,只需前往实际需要服务的地点。例如,如果一个中心枢纽灌溉系统偏离了方向,工人可以使用GPS快速确定其位置,然后确保其返回到正确的位置。换句话说,工业物联网就是要在降低成本的同时提高效率和准确性。

这导致了对第二个问题的回答。IIoT对工人和工作的影响是,它使他们更有效率,提高生产力。它还减少了 "繁忙的工作",以及在数据记录等任务中出现错误的可能性,这些任务由智能设备来处理会更好。从危险和难以到达的地方进行自动感应和数据收集,甚至可以减少对人类生命的风险。而且它能更快地将正确的数据送到正确的地方进行评估。当一个员工可以得到一个智能手机的提醒,告诉他一个油罐低了或者一个设备需要维护,这就提高了问题可以及早解决的可能性,以免它们变得更加昂贵或灾难性。

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工业物联网使用案例的例子

深入了解商业和工业企业如何使用物联网的最佳方式之一是通过许多IIoT应用实例。让我们来看看其中的几个例子。

预测性维护

预测性维护应用试图确定关键业务流程或设备何时面临故障风险,因此可以安排主动和预防性维护,以提前修复问题并阻止停机。传统的方法可能是非常昂贵的,而且工人可能无意中错过了设备出现问题的迹象。在许多情况下,技术人员和维修工人传统上不得不前往远程站点进行人工检查,而后又不得不带着工作单、替换零件或电池再去一趟。得到一个问题正在发展的警报,就有可能通过一次卡车滚动来排除和解决一个问题,往往在最终客户意识到问题之前。其结果是改进了维护方法,降低了成本,提高了客户满意度。

这里有几个跨行业的IIoT预测性维护应用的例子。

  • 过程监控 - 采矿。在经典游戏 "石头、剪子、布 "中,石头可以被纸打败。然而,在现实世界中,石头能打败一切。在采矿应用中,大型传送带将泥土(大量岩石)从一个区域运送到另一个区域,距离很长,在某些情况下超过一英里,材料在那里被加工以提取有价值的矿物。如果传送带和支持设备 "瘫痪 "或停止,它可能会使一个矿山损失数百万美元的收入。为了确保传送带不间断地工作,24小时不间断地工作,在传送带上增加了传感器,以收集数据点,并通过无线电设备(如Digi XBee®)将这些数据发送到网关,然后再发送到远程监控应用程序。Digi Remote Manager®可以帮助监测不同矿场和采石场的这些网关和设备,以防止出现不必要的停机时间。
  • 设备维护 - 电梯。一家电梯公司希望确保安装其产品的客户得到最优质的服务。该公司没有等到影响日常运营和客户满意度的问题发生,而是在数十万台已安装的电梯上安装了传感器。这些传感器通过网关将数据点传送到云环境,为现场技术人员提供洞察力和自动通知。
  • 资产监测 - 建筑业。一家能源管理公司为建筑公司等客户提供解决方案。他们开发了一系列物联网工具,帮助这些组织确保他们优化车辆的使用,并在导致收入损失之前发现问题。为了在液压软管故障导致设备故障、昂贵的液压油清理和潜在的伤害之前预测它,该公司开发了一个连接解决方案,监测设备,识别和报告表明潜在故障的数据点,并使客户能够设置警报条件和接收自动通知。

预测性维护应用实例

在下面这个预测性维护的例子中,一个无线电模块从谷物升降机的设备中收集数据,并将其发送到工业路由器,然后将这些数据传送到基于云的应用中,以便进行观察和进一步处理。如果数据显示某些情况,技术人员可以在在线应用中看到,或从Digi Remote Manager®等应用中收到警报。技术人员可以通过远程方式进行故障排除,或派人到现场进行所需的维护。

IIoT预测性维护

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远程监控

远程监控是许多工业应用的核心,因为传统上,要想掌握现场设备的情况,效率低下,费用昂贵,而且往往具有挑战性或风险性。需要监测的设备可能位于偏远的前哨、路灯顶部、井内或矿井深处,这使得定期监测该资产不仅不切实际,而且成本高、风险大。

以下只是工业应用中远程监控的许多例子中的一部分。

  • 油罐监测--石油和天然气。向油罐投掷石块或用棍子敲击油罐以确定液位是过去常见的做法,通过IIoT应用可以得到极大的改善。生产油井的油罐需要被监测,以确保没有溢出,这可能会导致高额罚款和清理费用。监测井下注入化学品的现场油罐,以减少管道腐蚀,也是日常操作的一个重要部分。为了降低风险和优化效率,公司可以安装一个自动储罐监测解决方案,根据需要发送液位读数(如按分钟、每小时或每天),让现场管理人员根据实际数据和液位读数来管理取货或交货以及预防性维护电话。采取这一步骤还可以防止按轮流时间表向每个油罐派遣人员的费用,而不管油罐的水平如何。相反,他们只在需要时才派人。
  • 流量监测--农业。农业中的中心支轴是在农田中分配水的一种常见方式。水通过管道,在中心支轴缓慢地绕圈移动时通过喷头进行分配。中心支轴或任何其他灌溉管线的泄漏会造成重大损失,花费数千美元的维修和资源损失。对压力和运动的远程监测可以帮助主动发现灌溉管道的问题。堵头、漏水甚至是断开的配件都能被及早察觉,并发出警报,帮助农民避免问题,维持作物生长,并限制修复问题的资金投入。
  • 化学过程监控 - 炼油厂。远程管理不一定要在100英里以外。在许多情况下,它可能只有100英尺,或一个足球场的距离。传统上,加工设施的监测是通过有线装置完成的。一个挑战是,电缆的安装和维护费用很高。另一个挑战是,有线系统可能会受到腐蚀性环境和其他因素的影响,如地震和灾难性天气事件。一家加工厂可能有成百上千个传感器来收集数据,例如监测一批化学品,确保其处于控制之下,避免溢出或爆炸。今天,诸如此类的企业正在转向工业物联网,以进一步监测和自动化流程,例如采取读数并将其记录在基于云的系统中,用于分析、报告和警报,可从移动设备访问。

远程监控应用实例

在这个远程监控的例子中,一个无线电模块从一个工业罐中收集数据,并通过一个嵌入式处理器将其传送到基于云的应用程序,以进行监控、警报和调整。

IIoT远程监控

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过程自动化

将原本需要人工干预、卡车滚动或低效手工劳动的流程自动化,是在工业领域部署互联应用的另一个常见原因。使用案例的范围很广,但将这些工业物联网流程到位的原因又归结为几个关键的驱动因素:效率、降低成本和减少风险。

以下是IIoT中自动化的几个例子。

  • 智能灌溉--过去那种因为有水就按计划浇水的好日子正在慢慢消失(双关语)。今天,农民正在采用技术来监测土壤条件和天气等因素,以确定何时何地需要用水。连接到无线模块的土壤水分传感器将传感器数据转发到网关,然后转发到云端,使农民能够监测生长条件。根据湿度读数自动浇水,确保水资源得到有效利用--在需要浇水的地点、时间和期限。
  • 自动修改- 今天的能源部门正在转向自动化,根据条件修改设备行为。例如,在炎热的夏日,风往往能使事物降温。但是太多的风会在各种环境中造成破坏,如农业、风车和太阳能装置。当强风在太阳能场中掀起时,气象站可以监测风速何时可以达到破坏性的阈值。来自网关的无线通信可以向太阳能电池板发送命令,使其移动到安全位置,从而帮助减少或避免损坏这些高成本资产。
  • 霜冻爱好者--没有什么比早期的霜冻更能毁掉你的年终收获。同样,春天的晚霜也可能损害准备开花的植物。无线传感器技术与果园和葡萄园中高价值作物上的巨型风扇相结合,使农民能够监测天气状况,以便他们能够打开风扇,限制早/晚霜的损害。这有点像为你的农作物配备一个加热和空调系统。然而,这些风扇传统上需要在意外的霜冻温度到来时手动打开。这意味着农民必须在他们的耕地周围安装风扇的每个点进行巡视,而且往往是在半夜。一个能使这些过程自动化的应用程序不仅能感知温度走向霜冻范围,还能触发启动风扇的过程。同时,农民在晚上可以高枕无忧,并且可以从移动设备上一目了然地看到哪些风扇已经被打开,以及它们是否正常运行。

过程自动化应用实例

在下面的过程自动化例子中,土壤传感器收集数据,这些数据由带有MicroPython的Digi XBee 模块路由到Digi XBee 工业网关,然后到基于云的远程监测和控制应用程序。其中一个应用程序自动启动进程,而另一个允许网络管理员或管理人确保所有设备和进程按预期工作。

IIoT过程自动化

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工业物联网应用的重要考虑因素

在为您的工业物联网应用评估正确的设备和设置时,有许多事情需要考虑。这些问题包括您的IIoT设备需要传输数据的距离以及数据提交的频率,射频或蜂窝技术是否适合您的应用,以及其他许多影响您项目的整体规划、部署、可扩展性和管理并最终影响您的总拥有成本的决定。

在你准备设计、构建和部署你的项目时,我们将介绍一些需要考虑的事项。如果您有疑问或准备评估解决方案,Digi团队成员可以与您合作,对您的应用需求进行全面评估。Digi的设计和工程团队也可以在开发IIoT应用时提供任何级别的支持。请与我们联系,以开始这一对话。

工业设备与原型开发工具

工业物联网应用的一个关键步骤--事实上,任何将面临环境挑战的专业产品,如波动的温度或振动--是为工作找到合适的产品。例如,如果你为城市自行车骑行共享服务等应用开发一个产品,该应用在技术上可能不被视为工业应用,但其要求是类似的,因为它需要能够处理颠簸的运动、温度变化和潮湿。有些类型的设备可以处理具有挑战性的环境因素,而有些则不太适合。因此,评估产品的坚固性以及它是否为预期的应用而设计是至关重要的。

有许多低成本的模块,对于快速原型设计和学生项目来说是非常好的,如Raspberry Pi和Arduino。有吸引力的成本是在初始阶段使用这些产品的一个很好的理由。但是,在寻求适合IIoT应用的产品时,你会想要一个工业等级的产品,为在苛刻的环境中长期生存而设计。



对产品进行评估的一些因素包括。

  • 制造质量控制
  • 产品的长期可用性和稳定性
  • 测试的温度范围
  • 设计的灵活性和可编程性
  • 支持工具和代码库的可用性
  • 主动更新固件的能力,特别是当你的部署规模超过几个设备的时候
  • 在你的应用程序将被部署的地区获得认证。

从原型工具开始是证明概念的好方法;但当你准备在现场部署设备时,一定要选择工业等级的设备。

远程管理策略

当你有几十、几百、甚至几千台设备需要维护时,派一辆卡车到现场监测或管理设备的传统维护方法很快就变得不切实际,而且成本很高。就像你的手机有定期推送的固件升级一样,设备有固件更新和安全补丁,必须发送到你的IIoT网络中的每个设备,以保持这些设备的最新和安全。远程管理解决方案允许你向现场的所有设备发送错误修复和功能增强,无论你的网络有多大。

要实施远程管理策略,要寻找一种解决方案,使你能够在任何地方使用智能设备进行远程固件升级、设备连接和远程诊断。比如说。 Digi Remote Manager是一个基于云的解决方案,提供这些功能和更多,使你能够为一系列条件设置警报,下载文件,自动监测设备配置,并在发生篡改时将其重置为正确的版本。

与派一辆铲车去手动升级安装在标志牌或路灯上的设备的固件的费用相比,安装一个远程管理系统是非常经济的,它使你的网络经理能够掌握所有设备的情况,无论你的网络中有多少设备或它们在世界何处。

总结

开发和部署IIoT应用所需的评估和决策可能令人生畏。从最初的项目范围到完整的工程和认证服务,Digi可以支持你的探索,以确定适合你的需求的解决方案,在这一过程中的任何一点。无论您是想证明新产品的投资回报率,还是需要在严格的期限内满足合规性或市场压力,Digi都可以与您合作,实现这些目标。当有一个短暂的机会窗口来领先于竞争时,上市时间可能特别关键。与一家拥有成熟的专业咨询和工程支持的公司合作,不仅能保证你能在最后期限和上市日期前完成任务,还能帮助你在资源紧张时完成设计审查并获得认证援助。联系我们以评估各种选择。
 

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