Sistemas de sensores na IoT industrial

Os principais componentes dos sistemas industriais modernos são os sensores que fornecem dados aos controladores, monitores e outras tecnologias operacionais que operam na planta. A rede de sensores tem sido usada há anos, mas o advento da Internet expandiu as oportunidades e os desafios do uso de sistemas de sensores. As oportunidades e desafios de design também se expandiram à medida que os sensores se tornaram parte da Internet das coisas industrial (IIoT).

Os sensores desempenham uma variedade de funções na fábrica moderna. Além de fornecer dados para controle de processos, auxiliam na avaliação da qualidade, rastreamento de ativos e até mesmo na segurança do trabalhador. O advento de software analítico poderoso baseado em nuvem e inteligência artificial também permitiu o uso de dados do sensor para reduzir os custos de produção por meio da otimização de processos e manutenção preditiva. E, uma vez encaminhados para a Internet, os dados do sensor podem ser colocados em uma variedade de usos, desde o gerenciamento de suprimentos até a coordenação global dos recursos de produção.

Para atender a esses muitos propósitos, há uma grande variedade de tipos de sensores disponíveis, com versões novas e aprimoradas surgindo continuamente. Iluminação, temperatura, movimento, posição, presença, visão, força, fluxo e composição química estão entre os tipos de sensores mais comuns. Praticamente todo tipo de processo ou condição ambiental tem um tipo de sensor adequado para sua medição, disponível em empresas de amplo portfólio, como TE Connectivity e fornecedores especializados como Aceinna .

Há uma grande variedade de tipos de sensores usados ​​na indústria que precisam de conexão com a IoT. (Imagem:Postscapes)



Tradicionalmente, as informações que essa variedade de tipos de sensores fornece permanecem um recurso local, confinado a uma única instalação ou mesmo a uma única máquina. O advento de opções de conectividade de baixo custo e ampla área, entretanto, abriu a porta para o acesso aos dados do sensor de qualquer lugar do globo. Essa acessibilidade desbloqueou uma grande variedade de opções para a utilização de dados e informações do sensor. Um que despertou interesse imediato e generalizado é a manutenção preditiva, em que computadores remotos (em algum lugar na nuvem) executando poderosos algoritmos analíticos usam dados do sensor para determinar a integridade do maquinário em tempo quase real para identificar necessidades urgentes de manutenção antes que o equipamento falhe. Mas muitas outras aplicações estão sendo identificadas para alavancar a capacidade de conectar sensores industriais individuais a todos os recursos e partes interessadas do mundo.

Infelizmente, não é especialmente fácil conectar um sensor à internet e fazer algo útil com os dados, especialmente se estiver lidando com sistemas de sensores legados. Os sensores industriais usam uma variedade de protocolos para enviar seus dados aos usuários tradicionais. A internet, no entanto, requer dados no formato TCP / IP, portanto, é necessária pelo menos uma conversão de protocolo. Um hub ou gateway pode ser necessário para consolidar e concentrar os dados, especialmente se muitos sensores precisarem de conectividade. E os dados devem ter um destino, o que significa usar algum tipo de serviço em nuvem para pelo menos armazenar os dados para recuperação posterior e, muitas vezes, para realizar o processamento dos dados.

A conexão funciona nos dois sentidos, é claro, portanto, conectar o sensor à web oferece uma oportunidade para configuração e controle remotos. Ele também aciona a necessidade de garantir a segurança dos dados enviados e dos comandos de controle recebidos (consulte EE Times: O dia em que a IoT industrial é hackeada ) Autenticar, provisionar e monitorar o status de uma multidão de sensores são necessidades adicionais que surgem da conectividade. Portanto, um sensor industrial IIoT é, na verdade, uma coleção complexa de hardware e software que abrange a lacuna do dispositivo na extremidade aos serviços na nuvem. A maneira como se estabelece essa coleção varia consideravelmente de acordo com a situação. Felizmente, também há uma grande variação nos produtos e serviços disponíveis para os designers aplicarem.

Trazer um sistema de sensor para a IIoT requer um ecossistema complexo de hardware e software. (Imagem:tecnologias disruptivas)



Para muitos desenvolvedores, os sistemas de sensores legados serão os candidatos à IIoT. Os equipamentos industriais normalmente têm uma vida útil medida em décadas, portanto, há uma enorme base de sensores instalada que precisa ser convertida para conectividade com a Internet. Os desenvolvedores podem começar adicionando módulos de rádio inteligente, como os do Link Labs , que pode acessar interfaces de sensores existentes e fornecer a conversão de protocolo necessária, bem como conectividade. Há uma variedade de redes de rádio disponíveis para escolher, incluindo Wi-Fi, Bluetooth, LoRaWAN e celular. Os desenvolvedores que conectam sistemas legados precisarão então selecionar entre os muitos provedores de serviços em nuvem e provedores de software de análise que oferecem serviços industriais.

Para novos designs de sistema, existem várias opções disponíveis. Uma, é claro, é usar uma abordagem de design como a de um sistema legado, começando com o sensor vazio. Um controlador deve ser adicionado para fornecer a interface do sensor e segurança de dados, junto com um rádio para lidar com a conectividade da rede. Assim como no sistema legado, os designers devem providenciar os serviços em nuvem.

Os desenvolvedores não precisam trabalhar inteiramente do zero ao criar um novo sistema. Surgiram várias abordagens baseadas em plataforma que simplificam a combinação do sensor, controlador e componentes de rádio, permitindo uma montagem mix-and-match de componentes compatíveis. Um exemplo é a plataforma M2.COM desenvolvido em conjunto pela Arm, Advantech, Bosch Sensortec, Sensirion e Texas Instruments. Esta plataforma usa um fator de forma padronizado e interfaces para permitir que os desenvolvedores escolham um sensor em conformidade e um módulo sem fio de um dos muitos fornecedores diferentes, em seguida, simplesmente conecte-os, instale o agente de software IoT da plataforma e desenvolva seu programa de aplicativo para criar um sensor módulo que pode então ser usado com uma variedade de plataformas de nuvem.

Montar um sistema de sensor IIoT é mais simples ao usar blocos de construção padronizados, como com a plataforma M2.COM. (Imagem:M2.COM)