工业物联网中的传感器系统

现代工业系统的关键组件是将数据提供给运行工厂的控制器、监视器和其他操作技术的传感器。传感器联网已经使用多年，但互联网的出现扩大了使用传感器系统的机遇和挑战。随着传感器成为工业物联网 (IIoT) 的一部分，设计机遇和挑战也随之扩大。

传感器在现代工厂中扮演着各种各样的角色。除了为过程控制提供数据外，它们还有助于质量评估、资产跟踪，甚至工人安全。强大的、基于云的分析软件和人工智能的出现还允许使用传感器数据通过流程优化和预测性维护来降低生产成本。一旦路由到互联网，传感器数据就可以用于各种用途，从供应管理到生产资源的全球协调。

为了满足这些多种目的，有多种可用的传感器类型，并且不断出现新的和改进的版本。照明、温度、运动、位置、存在、视觉、力、流量和化学成分是最常见的传感器类型。几乎每种类型的过程或环境条件都有适合其测量的传感器类型，可从广泛的投资组合公司获得，例如 TE Con​​nectivity 以及像 Aceinna 这样的专业供应商 .

行业中使用的传感器类型多种多样，需要连接到物联网。 （图片：后景）

传统上，这种众多传感器类型提供的信息仍然是本地资源，仅限于单个设施甚至单个机器。然而，低成本、广域连接选项的出现为从全球任何地方访问传感器数据打开了大门。这种可访问性为利用传感器数据和信息提供了大量选择。一种立即引起广泛兴趣的是预测性维护，其中运行强大分析算法的远程计算机（在云中的某处）使用传感器数据近乎实时地确定机器的健康状况，从而在设备出现故障之前确定紧急维护需求。但是，正在确定许多其他应用程序，以利用将单个工业传感器连接到世界上所有资源和利益相关者的能力。

不幸的是，将传感器连接到互联网并利用数据做一些有用的事情并不是特别容易，尤其是在处理传统传感器系统时。工业传感器使用各种协议将数据发送给传统用户。但是，Internet 需要 TCP/IP 格式的数据，因此至少需要进行协议转换。可能需要集线器或网关来整合和集中数据，尤其是在许多传感器需要连接的情况下。并且数据必须有目的地，这意味着使用某种云服务至少存储数据以供以后检索，并且通常执行数据处理。

当然，连接是双向的，因此将传感器连接到网络提供了远程配置和控制的机会。它还需要确保发送的数据和传入的控制命令的安全性（参见 EE Times： 工业物联网遭到黑客攻击的那一天 ）。验证、配置和监控传感器的状态是连接性产生的额外需求。因此，IIoT 工业传感器实际上是一个复杂的硬件和软件集合，跨越了从边缘设备到云服务之间的差距。建立这个集合的方式因情况而异。幸运的是，可供设计师申请的产品和服务也存在很大差异。

将传感器系统引入 IIoT 需要一个复杂的硬件和软件生态系统。 （图片：颠覆性技术）

对于许多开发人员来说，传统传感器系统将成为 IIoT 的候选者。工业设备的使用寿命通常以几十年为单位，因此安装了大量传感器基础，需要转换为互联网连接。开发人员可以从添加智能无线电模块开始，例如来自 Link Labs 的模块 ，可以利用现有的传感器接口并提供必要的协议转换以及连接性。还有多种无线电网络可供选择，包括 Wi-Fi、蓝牙、LoRaWAN 和蜂窝网络。然后，连接遗留系统的开发人员需要从众多提供工业服务的云服务提供商和分析软件提供商中进行选择。

对于新的系统设计，有多种选择。一种当然是使用类似于传统系统的设计方法，从裸传感器开始。 控制器 必须添加以提供传感器接口和数据安全性，以及处理网络连接的无线电。与遗留系统一样，设计人员必须随后安排云服务。

开发人员在创建新系统时不需要完全从头开始工作。已经出现了几种基于平台的方法，通过允许兼容组件的混合匹配组装来简化传感器、控制器和无线电组件的组合。一个例子是M2.COM平台 由 Arm、研华、博世 Sensortec、Sensirion 和德州仪器共同开发。该平台使用标准化的外形和接口，允许开发人员从众多不同供应商中选择一个符合要求的传感器和无线模块，然后简单地将它们连接在一起，安装平台的物联网软件代理，并开发他们的应用程序来创建传感器模块，然后可以与各种云平台一起使用。

使用标准化构建块（例如 M2.COM 平台）时，组装 IIoT 传感器系统会更简单。 （图片：M2.COM）