在工業(yè) 4.0 時(shí)代之前，在系統(tǒng)中添加新傳感器需要將其直接連接到控制器，并且通常它只能為工程師提供基本的模擬和二進(jìn)制信號(hào)。全球使用的通信標(biāo)準(zhǔn) IO-Link 解決了這些限制，IO-Link技術(shù)可以讓傳感器以數(shù)字方式額外提供有價(jià)值的狀況數(shù)據(jù)，不受干擾，成本更低。用于測(cè)量過(guò)程壓力、流量或液位的傳感器如今還可以利用傳感器的自我診斷功能提供溫度、設(shè)備數(shù)據(jù)和事件。更好地了解機(jī)器和過(guò)程對(duì)于提高系統(tǒng)性能和可用性起著重要作用。

IO-Link 傳感器可以配置為提供最佳準(zhǔn)備的過(guò)程信息。例如，通過(guò)在傳感器中記錄事件觸發(fā)的原始數(shù)據(jù) (BLOB) 并通過(guò) IO-Link 轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行深入分析，可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)診斷。易于改裝的無(wú)線解決方案（也可在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中自主工作）對(duì)于優(yōu)化現(xiàn)有系統(tǒng)也很重要。

“為了讓這些優(yōu)勢(shì)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)可控且實(shí)用，將智能傳感器視為智能整體系統(tǒng)的一部分比以往任何時(shí)候都更加重要”?！安煌男袠I(yè)要求在橫向和縱向集成方面具有高度靈活性。現(xiàn)代 IO-Link 傳感器和 IO-Link 主站的 Y 路徑有助于實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。一條信號(hào)路徑照常通向控制器，設(shè)置后通常不會(huì)更改。Y 的第二條路徑可靈活用于所有工業(yè) 4.0 主題，并可集成到現(xiàn)代軟件應(yīng)用程序中。通過(guò)預(yù)測(cè)性維護(hù)、能源監(jiān)控、性能指標(biāo)、云連接等，可以輕松產(chǎn)生額外的效率，并與傳統(tǒng)控制世界無(wú)縫共存?！?/p>

Kathan 認(rèn)為，當(dāng)今的傳感解決方案提供商需要能夠提供完整的硬件、軟件和服務(wù)組合，以便以簡(jiǎn)單且面向應(yīng)用的方式將智能傳感器數(shù)據(jù)從機(jī)器傳輸?shù)侥繕?biāo)系統(tǒng)。例如，ifm 提供了一個(gè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 平臺(tái)，該平臺(tái)涵蓋了所有領(lǐng)域——從傳感器參數(shù)設(shè)置和設(shè)備管理到數(shù)據(jù)分析和處理——使現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜性更易于管理。得益于無(wú)代碼配置向?qū)Ш陀糜跀?shù)據(jù)流的圖形建模工具，用戶無(wú)需深入了解——這非常智能。

數(shù)據(jù)窗口

SICK UK 高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理 Seb Strutt 解釋了他認(rèn)為傳感器之所以成為“智能傳感器”的確切原因：“硬件和軟件技術(shù)的進(jìn)步使得先進(jìn)的智能能夠嵌入到傳感器本身中。智能傳感器的使用已經(jīng)很成熟，其內(nèi)置的處理能力使得更復(fù)雜的生產(chǎn)任務(wù)可以在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行，同時(shí)減輕機(jī)器控制器的原始數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)。智能傳感器還為機(jī)器核心的數(shù)據(jù)打開了一扇窗戶?！?/p>

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)代，傳感器已成為可幫助管理工程和業(yè)務(wù)流程的智能工具?！懊總€(gè)傳感器都會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)作為原材料，然后工程師的任務(wù)就是解釋數(shù)據(jù)并利用數(shù)據(jù)增加業(yè)務(wù)價(jià)值，”Strutt 說(shuō)?！拔覀兊目蛻舨辉僦皇且笪覀儙椭麄兘鉀Q經(jīng)典的自動(dòng)化問(wèn)題。他們還想知道如何充分利用所有這些數(shù)據(jù)，以及如何充分利用這些數(shù)據(jù)來(lái)提高產(chǎn)品、機(jī)器或流程的可用性、響應(yīng)能力，并最終提高盈利能力。”

工業(yè) 4.0 的愿景是每天 24 小時(shí)透明地提供來(lái)自機(jī)器上所有設(shè)備的信息，監(jiān)控所有資產(chǎn)的數(shù)字化表示，并使用實(shí)時(shí)虛擬環(huán)境操縱和控制所有數(shù)據(jù)。

Strutt 繼續(xù)解釋道，許多數(shù)字化干預(yù)措施無(wú)需對(duì)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行任何更改，也不會(huì)干擾現(xiàn)有的機(jī)器和控制系統(tǒng)?！爸恍璋惭b傳感器，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)就會(huì)將數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸?shù)交谠频能浖脚_(tái)或更高級(jí)別的管理系統(tǒng)，然后可以通過(guò)任何設(shè)備輕松實(shí)時(shí)查看，”Strutt 說(shuō)?！翱梢詫?shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)并做出預(yù)測(cè)。當(dāng)然，傳感器生成的數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)應(yīng)用而有所不同。這樣做的商業(yè)價(jià)值可能是更好地預(yù)測(cè)客戶需求或供應(yīng)鏈需求，為更高效的生產(chǎn)流程提供信息，或者最終使運(yùn)營(yíng)更加敏捷和適應(yīng)性更強(qiáng)?！?/p>

Strutt 舉了智能傳感器技術(shù)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)例子，他提到了一位 SICK 客戶，他想要查明壓縮空氣泄漏是否、在哪里以及在多大程度上導(dǎo)致了整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施的能源成本浪費(fèi)。如何在沒有頻繁且昂貴的外部評(píng)估的情況下識(shí)別和預(yù)防能源損失？

SICK 在工廠周圍的戰(zhàn)略要地部署了智能流量計(jì)，并配備了數(shù)據(jù)收集網(wǎng)關(guān)，用于收集和預(yù)處理所需數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)使用專門開發(fā)的監(jiān)控應(yīng)用程序可視化，該應(yīng)用程序使用易于使用和解釋的圖形顯示一系列關(guān)鍵參數(shù)和趨勢(shì)?！霸撓到y(tǒng)提供對(duì)壓縮空氣的持續(xù)、實(shí)時(shí)能源監(jiān)控，并允許設(shè)置預(yù)設(shè)警報(bào)、報(bào)警和維護(hù)建議。因此，例如，可以實(shí)時(shí)調(diào)整多臺(tái)壓縮機(jī)的峰值負(fù)載以最大限度地降低能源需求，并且可以提高流程和機(jī)器的啟動(dòng)和關(guān)閉管理效率”。

連接與互動(dòng)

霍尼韋爾互聯(lián)工業(yè)首席產(chǎn)品官 Anand Vishnubhotla 表示，智能設(shè)備是工業(yè) 4.0 背后最重要的驅(qū)動(dòng)因素之一，如果設(shè)備能夠與其他智能設(shè)備和用戶連接或交互，則通?？梢苑Q為智能設(shè)備。“有兩個(gè)因素使它們變得智能 - 嵌入智能傳感器以收集和共享輸入，以及連接到其他設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的能力”。

智能傳感器通常能夠測(cè)量壓力、距離、熱量、光、容量、平衡或速度等屬性。傳感器可能包括用于分析壓力的換能器、用于記錄光的熱讀取器、用于測(cè)量熱量的溫度計(jì)，以及用于分析距離、平衡和速度的加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)。“它們通?？梢酝ㄟ^(guò)藍(lán)牙、NFC、Wi-Fi、LiFi 或 5G 等無(wú)線協(xié)議將信號(hào)傳輸?shù)骄哂兄悄苓B接的其他設(shè)備。它們還可以與云計(jì)算系統(tǒng)集成，以實(shí)現(xiàn)快速而強(qiáng)大的處理能力”。

他接著說(shuō)，對(duì)于工業(yè)部門來(lái)說(shuō)，智能傳感器和設(shè)備是 IIoT 的關(guān)鍵要素。工業(yè)工作場(chǎng)所通常涉及使用智能傳感器作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備一部分的制造或加工設(shè)施。“它們不僅能夠從工業(yè)流程中收集信息，還能夠處理這些數(shù)據(jù)，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法做出決策，”Vishnubhotla 說(shuō)?！爸悄軅鞲衅骺梢员O(jiān)控流程，甚至通過(guò)調(diào)整流程來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流程控制，以實(shí)現(xiàn)最佳產(chǎn)出、質(zhì)量和安全目標(biāo)。例如，它們可以監(jiān)控壓力以確保管道不會(huì)泄漏，或者調(diào)節(jié)溫度以確保設(shè)備不會(huì)過(guò)熱?！?/p>

至關(guān)重要的作用

橫河電機(jī)歐洲公司營(yíng)銷總監(jiān) Tim-Peter Henrichs 指出，在工業(yè)應(yīng)用中，傳感器發(fā)揮著與人體感覺器官同樣重要的作用。Henrichs 表示：“過(guò)程工業(yè)擁有一組機(jī)器或系統(tǒng)以及相互連接的設(shè)備，它們嚴(yán)重依賴傳感器才能正常運(yùn)行。傳感器在過(guò)程流程中聯(lián)網(wǎng)，負(fù)責(zé)連續(xù)檢測(cè)、測(cè)量和傳輸物理環(huán)境中任何變化的電信號(hào)。電信號(hào)被傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)并進(jìn)一步指導(dǎo)過(guò)程。

“如今的智能傳感器能夠提供的信息遠(yuǎn)不止設(shè)備狀態(tài)，還能更好地控制設(shè)備。它們除了提供過(guò)程數(shù)據(jù)外，還提供診斷數(shù)據(jù)，防止意外問(wèn)題的發(fā)生。相比之下，作為人類，如果不能從感覺器官獲取信息，我們就會(huì)陷入困難或危險(xiǎn)的境地，例如，無(wú)法在危險(xiǎn)的情況下奔跑，或者無(wú)法迅速扔下熱物體?！?/p>

亨里克斯認(rèn)為，隨著傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于愿意積極擁抱數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程的企業(yè)來(lái)說(shuō)，新的機(jī)遇正在涌現(xiàn)。

傳統(tǒng)上，維護(hù)人員會(huì)在操作員巡檢時(shí)使用便攜式設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，并將結(jié)果寫在紙上。如今，傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)工廠設(shè)備的健康狀況，數(shù)據(jù)可輕松在線獲取?！斑@些智能傳感器有助于減少操作員巡檢、定期檢查和維護(hù)的工作量。它們量化和可視化檢查結(jié)果并穩(wěn)定檢查質(zhì)量，”Henrichs 說(shuō)?！耙虼?，可以全面了解工廠狀況，并按照消除風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)先順序有效投資設(shè)備維護(hù)。通過(guò)結(jié)合人工智能 (AI)、機(jī)器學(xué)習(xí)和云，傳感器可以提高操作效率，檢測(cè)異常跡象，并預(yù)測(cè)設(shè)備故障的可能性。”

了解智能設(shè)備

雖然智能設(shè)備的概念并不新鮮，但制造業(yè)智能設(shè)備的使用量激增才是新鮮事。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 在工業(yè)界蓬勃發(fā)展，如今，IIoT 正在改變企業(yè)創(chuàng)造、制造和支持產(chǎn)品的方式。FDT 集團(tuán)董事總經(jīng)理 Steve Biegacki 表示：“操作員需要從機(jī)器和生產(chǎn)流程中獲取更多信息，以便做出更好的實(shí)時(shí)決策，確保機(jī)器在可接受的參數(shù)范圍內(nèi)工作，預(yù)測(cè)潛在的停機(jī)時(shí)間，并提高效率?！?/p>

Biegacki 解釋說(shuō)，工業(yè)智能設(shè)備是智能機(jī)器必不可少的組件，也是捕獲操作數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。工廠車間可能由來(lái)自許多不同供應(yīng)商的數(shù)千臺(tái)智能設(shè)備組成。FDT 是一種通用集成標(biāo)準(zhǔn)，允許設(shè)備通過(guò)將所有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫集成到一個(gè)項(xiàng)目視圖中來(lái)連接和通信。FDT 是一種廣泛嵌入的系統(tǒng)和設(shè)備軟件解決方案，提供單一用戶界面，支持現(xiàn)場(chǎng)/滑軌到云的集成、配置和監(jiān)控。

FDT 統(tǒng)一環(huán)境 (UE) – 基于 FDT 3.0 標(biāo)準(zhǔn) – 實(shí)現(xiàn)了以數(shù)據(jù)為中心的分布式環(huán)境，具有統(tǒng)一的接口，可用于通用設(shè)備集成。智能設(shè)備豐富而強(qiáng)大的數(shù)據(jù)（可通過(guò) FDT 3.0 設(shè)備類型管理器 (DTM) 獲取）可幫助用戶實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)的好處，包括更有效、更高效的預(yù)測(cè)性維護(hù)和使用 NE 107 狀態(tài)符號(hào)的智能監(jiān)控，以及基于機(jī)器和流程分析的增強(qiáng)決策能力。

FDT 可從設(shè)備級(jí)擴(kuò)展到企業(yè)云級(jí)，使用戶能夠安全地訪問(wèn)整個(gè)企業(yè)的設(shè)備數(shù)據(jù)，而無(wú)需電力線通信 (PLC)/分布式控制系統(tǒng) (DCS) 主機(jī)干預(yù)。它支持所有無(wú)線移動(dòng)平臺(tái)，以提高生產(chǎn)力和靈活性，并完全支持所有功能的安全遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

這一統(tǒng)一的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為過(guò)程、離散和混合應(yīng)用中的設(shè)計(jì)、操作和維護(hù)解鎖了通用設(shè)備集成。FDT 實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)技術(shù) (OT) 和信息技術(shù) (OT) 的強(qiáng)大融合，從而消除了效率低下和互操作性障礙。智能設(shè)備提高了隨時(shí)隨地管理運(yùn)營(yíng)的能力。與這些智能設(shè)備一樣，F(xiàn)DT 的移動(dòng)性創(chuàng)造了更安全的智能設(shè)備，改善了工廠工人的工作流程，并提高了維護(hù)效率。