狀態(tài)監(jiān)測在智能工業(yè)中的重要性

隨著制造商和工廠運(yùn)營商希望提高產(chǎn)量，同時(shí)降低維護(hù)成本和資產(chǎn)停機(jī)時(shí)間，實(shí)時(shí)、連續(xù)、狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)解決方案的重要性與日俱增。狀態(tài)監(jiān)測可以延長設(shè)備壽命，提高制造質(zhì)量，并提高制造工廠的安全性。

鑒于計(jì)劃外停機(jī)可能占總制造成本的近四分之一，預(yù)測性維護(hù)有可能節(jié)省大量成本并提高生產(chǎn)力。

行業(yè)市場報(bào)告?zhèn)戎赜跔顟B(tài)監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)項(xiàng)目復(fù)合年增長率（CAGR）為25%至40%，由兩個(gè)增長領(lǐng)域推動。首先是增加智能傳感器的部署，以監(jiān)控資產(chǎn)健康狀況。第二個(gè)增長領(lǐng)域是越來越多地使用人工智能和高級分析，將資產(chǎn)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為預(yù)測性維護(hù)的可操作見解，并創(chuàng)造新的基于服務(wù)的預(yù)測性維護(hù)業(yè)務(wù)模式機(jī)會。新狀態(tài)監(jiān)測部署的增長將涉及多個(gè)行業(yè)，包括：

廢物和廢水處理

制造業(yè)

紙張和紙漿

食品與飲料

藥

金屬和采礦

能源

石油和天然氣裝置

在這些行業(yè)中，狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用正在從傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備應(yīng)用（泵、壓縮機(jī)和風(fēng)扇）擴(kuò)展到數(shù)控機(jī)床、機(jī)床、編碼器、傳送帶、機(jī)器人和儀器的新應(yīng)用。

現(xiàn)有的通信挑戰(zhàn)

從智能傳感器到更高級別的管理系統(tǒng)的連接一直是狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)之一。迄今為止，狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用已根據(jù)最終應(yīng)用要求使用有線或無線連接解決方案。無線連接解決方案在易于部署方面具有優(yōu)勢，但在帶寬和/或電池壽命方面通常受到限制。有線連接解決方案有時(shí)在數(shù)據(jù)帶寬方面受到限制，并且并不總是支持惡劣工業(yè)環(huán)境中的長距離連接，并且通常需要單獨(dú)的電纜供電。

基于 100BASE-TX/10BASE-T 的現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)解決方案提供高達(dá) 100 Mb 的高數(shù)據(jù)帶寬，并通過帶 PoE 的 Cat-5 或 Cat-6e 電纜供電，但僅限于 100 米距離，并且不支持危險(xiǎn)區(qū)域用例，因?yàn)樗鼈兪歉吖β式鉀Q方案。狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用需要支持潛在的遠(yuǎn)程傳感器，這些傳感器需要長距離的可靠通信，其中傳感器節(jié)點(diǎn)位于空間和功率受限的IP66/IP67外殼中，因?yàn)樗渴鹪趷毫拥墓I(yè)環(huán)境中。這些受限的傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用需要低功耗、高數(shù)據(jù)帶寬的通信解決方案，通過低成本、易于安裝的電纜和傳感器節(jié)點(diǎn)上的小型電纜連接器提供電源和數(shù)據(jù)。

采用單對以太網(wǎng)的新型連接解決方案

IEEE開發(fā)的新型單對以太網(wǎng)（SPE）物理層標(biāo)準(zhǔn)提供了新的連接解決方案，用于為狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用傳達(dá)資產(chǎn)運(yùn)行狀況見解。10BASE-T1L是IEEE于2019年11月7日批準(zhǔn)的新的以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.3cg-2019）。它將通過與現(xiàn)場級資產(chǎn)的無縫以太網(wǎng)連接顯著提高運(yùn)營效率，從而極大地改變自動化行業(yè)。10BASE-T1L解決了迄今為止將以太網(wǎng)的使用限制在現(xiàn)場資產(chǎn)上的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括電源、帶寬、布線、距離、數(shù)據(jù)孤島和本質(zhì)安全區(qū) 0（危險(xiǎn)區(qū)域）應(yīng)用。通過解決棕地升級和新綠地安裝的這些挑戰(zhàn)，10BASE-T1L將實(shí)現(xiàn)以前不可用的新資產(chǎn)運(yùn)行狀況洞察，并將其無縫傳達(dá)給控制層和云/專用服務(wù)器。這些新見解將通過從現(xiàn)場資產(chǎn)到云或?qū)Ｓ梅?wù)器的融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，為數(shù)據(jù)分析、運(yùn)營見解和生產(chǎn)力改進(jìn)帶來新的可能性。

10BASE-T1L 以太網(wǎng)連接的優(yōu)勢

10BASE-T1L消除了傳統(tǒng)通信連接到控制和管理網(wǎng)絡(luò)所需的復(fù)雜、耗電網(wǎng)關(guān)的需求，并實(shí)現(xiàn)了跨信息技術(shù)（IT）和運(yùn)營技術(shù)（OT）網(wǎng)絡(luò)的融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。這種融合網(wǎng)絡(luò)簡化了安裝，簡化了設(shè)備更換，并加快了網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和配置。這樣可以加快軟件更新速度，簡化根本原因分析和字段級資產(chǎn)維護(hù)。10BASE-T1L物理層與消息傳輸協(xié)議（MQTT）相結(jié)合，為現(xiàn)場資產(chǎn)提供消息傳遞協(xié)議，為低功耗智能傳感器提供低內(nèi)存占用。MQTT 提供資產(chǎn)運(yùn)行狀況見解與云或?qū)Ｓ梅?wù)器的直接連接，用于預(yù)測性維護(hù)技術(shù)的高級數(shù)據(jù)分析。

要與啟用 10BASE-T1L 的現(xiàn)場資產(chǎn)通信，需要具有集成介質(zhì)訪問控制 （MAC） 的主機(jī)處理器、無源媒體轉(zhuǎn)換器或具有 10BASE-T1L 端口的交換機(jī)。不需要其他軟件、特殊驅(qū)動程序或自定義的 TCP/IP 堆棧（請參閱圖 3）。這為10BASE-T1L設(shè)備帶來了明顯的優(yōu)勢：

10BASE-T1L是一種超低功耗物理層技術(shù)，可通過高數(shù)據(jù)帶寬連接解決方案實(shí)現(xiàn)超低功耗智能傳感器部署。

與10BASE-T1L連接的智能傳感器可通過網(wǎng)絡(luò)訪問，并且可以隨時(shí)隨地進(jìn)行遠(yuǎn)程更新。隨著傳感器變得越來越復(fù)雜，軟件更新的可能性也在增加。現(xiàn)在可以通過快速以太網(wǎng)連接在實(shí)際時(shí)間內(nèi)進(jìn)行更新。

訪問高級以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)診斷工具，簡化根本原因分析。

通過單根雙絞線電纜提高智能傳感器安裝靈活性，最遠(yuǎn)可達(dá) 1 公里及更遠(yuǎn)，并在單根雙絞線上供電和數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在，可通過現(xiàn)場資產(chǎn)上運(yùn)行的 Web 服務(wù)器遠(yuǎn)程獲取資產(chǎn)運(yùn)行狀況洞察，從而減少了維護(hù)技術(shù)人員在現(xiàn)場監(jiān)控資產(chǎn)運(yùn)行狀況的需要，從而節(jié)省了大量成本。

10BASE-T1L，兩根線上的電源和數(shù)據(jù)

ADI的10BASE-T1L PHY （ADIN1100）和獨(dú)特的MAC PHY（ADIN1110）產(chǎn)品組合可在超過1700米的單根雙絞線電纜上實(shí)現(xiàn)低功耗以太網(wǎng)連接，功耗分別僅為39 mW和43 mW。單對以太網(wǎng)供電 （SPoE） 或工程電源解決方案與 10BASE-T1L PHY 或 MAC PHY 相結(jié)合，通過單根雙絞線電纜提供電源和數(shù)據(jù)。10 Mb數(shù)據(jù)帶寬通信鏈路在同一根電纜上具有顯著的功率能力，使具有電源和連接帶寬的智能傳感器能夠支持新的狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用。ADIN1110有助于業(yè)界功耗最低的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而簡化了向傳感器添加以太網(wǎng)的過程，減輕了處理器技術(shù)的負(fù)擔(dān)，無需集成MAC。ADI獨(dú)特的MAC PHY技術(shù)為超低功耗處理器提供SPI接口，以實(shí)現(xiàn)更低的整體系統(tǒng)功耗，這對于傳感器節(jié)點(diǎn)至關(guān)重要。借助 10BASE-T1L 連接，資產(chǎn)運(yùn)行狀況見解現(xiàn)在更易于訪問，因?yàn)檫@些見解可通過融合的 IT/OT 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)獲得。10BASE-T1L 支持用于過程自動化部署的危險(xiǎn)區(qū)域用例應(yīng)用（本質(zhì)安全區(qū) 0），有時(shí)也稱為以太網(wǎng) APL。10BASE-T1L/Ethernet-APL將實(shí)現(xiàn)新的低功耗解決方案，將資產(chǎn)健康監(jiān)測智能傳感器連接到更高級別的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。這將使人工智能和高級分析系統(tǒng)能夠?qū)①Y產(chǎn)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的見解，并部署新的預(yù)測。 維修服務(wù)。

系統(tǒng)級解決方案和 AI 平臺可加速狀態(tài)監(jiān)測部署

用于狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用的完整系統(tǒng)級解決方案將是實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量數(shù)據(jù)和見解的關(guān)鍵，從而顯著改善制造流程。10BASE-T1L/以太網(wǎng)APL的進(jìn)步，以及ADI OtoSense等實(shí)時(shí)人工智能驅(qū)動的傳感技術(shù)?，可以在客戶系統(tǒng)的各個(gè)級別實(shí)現(xiàn)AI集成。ADI OtoSense平臺可感測和解釋任何聲音、振動、壓力、電流或溫度，以提供基于狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)控和按需診斷。它在邊緣實(shí)時(shí)在線和離線地對現(xiàn)場資產(chǎn)進(jìn)行操作。ADI OtoSense系統(tǒng)檢測異常，并從與狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域?qū)＜业幕又袑W(xué)習(xí)，同時(shí)創(chuàng)建數(shù)字指紋以幫助識別機(jī)器中的故障，從而在故障導(dǎo)致代價(jià)高昂的停機(jī)、損壞或?yàn)?zāi)難性故障之前預(yù)測故障。

傳感、信號處理、連接、機(jī)械封裝技術(shù)和邊緣人工智能的進(jìn)步正在實(shí)現(xiàn)新的狀態(tài)監(jiān)測解決方案和預(yù)測性維護(hù)服務(wù)，從而顯著節(jié)省成本并提高生產(chǎn)率。

用于狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用的新系統(tǒng)級解決方案將包括用于振動和沖擊檢測的MEMS傳感器、用于數(shù)據(jù)采集的精密轉(zhuǎn)換器技術(shù)以及用于創(chuàng)建高質(zhì)量資產(chǎn)健康數(shù)據(jù)的邊緣處理。低功耗、強(qiáng)大的有線和無線通信解決方案提供對資產(chǎn)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)的訪問。無線通信解決方案包括SmartMesh或Wireless HART。有線通信解決方案包括RS-485或10BASE-T1L單對以太網(wǎng)，可在兩條線上提供電源和數(shù)據(jù)。這些技術(shù)與高性能電源管理相結(jié)合，結(jié)合在資產(chǎn)監(jiān)控解決方案（如OtoSense技術(shù)）中，這些解決方案是完整的硬件和AI監(jiān)控解決方案，可以安裝在設(shè)備上進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)。

更高質(zhì)量的資產(chǎn)運(yùn)行狀況洞察和更快的連接將延長設(shè)備使用壽命，降低維護(hù)成本，消除計(jì)劃外停機(jī)，同時(shí)保持智能工廠最高水平的制造質(zhì)量和安全性。

審核編輯：郭婷