物聯網如何將數十億計的儀表連接起來？

在工業領域想要大規模地部署物聯網(IoT)，有一個明顯的障礙擺在眼前：在互聯網協議鞭長莫及的地方，如何將數十億計的傳感器、執行機構以及其他儀表連接起來？兩種創新的科技可以支持虛擬物聯網連接，擴展更多的生產數據，提升生產能力，并改善與物聯網相關的可靠性。

        
　　連接物聯網zui后一米的方式包括用于離散應用的IO-Link設備通訊（由Profibus以及Profinet International(PI)組織推出）以及用于過程應用通訊的HART和WirelessHART（來自于FieldComm集團——現場總線基金會HART通訊基金會合并后的組織）。兩種通訊協議都可以通過基于EtherNet/IP（一種來自ODVA的以太網協議）網絡將傳感器與控制系統和商業級企業系統連接起來。
　　通過EtherNet/IP獲取到的儀表數據，工廠生產人員可以從中得到他們所需的實時的、可操作的信息，以用于提高運營效率和增加產量，從而讓物聯網的優勢真正惠及制造業。
　　適用于離散應用的IO-Link
　　在不斷進化的物聯網世界里，公司希望每一個設備都可以變得更加智能。但是對于像包裝或汽車制造這種使用大量傳感器的離散應用場合，簡單的將現存的儀表替換成基于IP的設備并不是經濟有效的。IO-Link的誕生為傳感器與控制系統之間的無縫數據流提供了一種經濟有效的連接。
　　已經有很多方法使傳感器在各種不同的通訊協議下工作，例如Profibus或DeviceNet，他們都需要一個不同的網絡來連接設備。然而，許多傳感器用戶們都拒絕使用這些嘗試，因為它們會使支持機器運行的產品（聯網的以及未聯網的）數量翻倍。同時也需要學習新的協議，正如常見的情況，即便是全部傳感器的一個子部分，所需要的遠不止開/關這些信息。
　　IO-Link已經成為處理這種困境的合適的妥協方案，能夠以經濟有效的方式訪問大量的信息，并可以與現存IP網絡協調運行。
　　這種設備層面數據訪問意味著工業生產不需要為了等待所有傳感器具備IP訪問功能而推遲他們對于智能機器的需求。IO-Link為離散應用提供了一種*的提高連接性能的簡單解決方案，IO-Link可以使用相同的三芯電纜進行通訊，并利用目前被EtherNet/IP網絡所使用的相同的軟件配置，因此相對無縫的實現了傳感器數據的IP化。所有安裝在機器上的傳感器都支持IO-Link，那些連接到IO-Link主機接口的傳感器會利用診斷科技的優勢。這免去了學習新協議的煩惱，并減少了傳感器的額外費用。
　　使用工廠里現有技術來訪問IO-Link的功能，生產制造者只需要移除獨立卡件，并安裝IO-Link卡件，即上述提及的IO-Link主機。在連接到主機之前，許多具有內嵌IO-Link功能的傳感器的成本和作用與生產制造商正在使用的標準的I/O傳感器一樣。不過將這些傳感器與IO-Link主機連接起來會“喚醒"傳感器的功能，使傳感器獲得IO-Link能夠提供的對所有數據和配置能力的訪問。這意味著用戶可以靈活的選擇先以標準IO的方式安裝IO-Link傳感器，以后根據需要激活IO-Link功能，而不需要安裝昂貴的新的接線或傳感器。這使得IO-Link可以成為傳感器供應商和用戶的一種的向前及向后兼容的解決方案。
　　是否具有診斷功能
　　“標準的"和具有IO-Link功能的傳感器可以互換的靈活性為用戶提供了更大的選擇余地。并不是所有的機器或傳感器都需要額外的診斷功能。在有IO-Link主機的情況下，用戶可以選擇哪些傳感器啟用IO-Link功能。盡管所有的機器都可以從IO-Link中獲益，但是并不是所有機器都需要這樣。事實上，一臺機器上只有不到20%的傳感器具有典型的物理損傷的風險，在這些地方采用IO-Link提供的額外診斷功能會zui有效。
　　使用IO-Link，用戶可以訪問從設備經過IP流向更別系統的新信息。這可能包括關于已經損壞或者沒有運行在*狀態的傳感器的診斷信息。這樣的例子是在切割機附近安裝的光電傳感器監控，大量的碎片可能會堆積在傳感器鏡頭上。目前，絕大多數機器制造商不管傳感器多臟，都會定期采用壓縮空氣吹掉傳感器上的碎片。IO-Link傳感器只有在必要的時候會通知控制系統啟動壓縮空氣或派遣維護人員來清潔傳感器。由于其優化了預測性維護，減少了機器停機時間、減少壓縮空氣使用以及相關的費用。
　　另一個例子是想象一下接近傳感器是如何檢測沿著導軌移動的物體。如果機器沒有對準并削掉了標準傳感器的檢測頭，控制器不會再收到來自設備的關于產品被檢測到的更新數據。然而機器會繼續工作，可是操作員經常直到生產中斷才會知道關鍵數據沒有采集。可是如果那個接近傳感器是具有IO-Link功能的，就會觸發一個報警告訴控制系統傳感器的檢測頭損壞。診斷功能不是直接的測量，而會提醒系統數據已經無效了。除此以外，受損的傳感器可以更容易找到并迅速更換。
　　適用于過程應用的HART
　　通過使用HART儀表，貫穿企業的過程應用中的儀表數據已經發揮重要作用很多年了。然而，很多硬接線設備的安裝比較繁瑣。對于橫跨數英里的類似油庫或采礦生產這樣的應用，硬接線設備采用點到點連接方式很困難、花費時間、費用昂貴，尤其是需要冗余配置時更加明顯。
　　地形以及環境的復雜因素要求科技可以支持更大范圍的連接。WirelessHART為測量壓力、溫度以及過程應用中的流量提供了傳感器的無線連接。
　　WirelessHART的網關是具有IP功能的多變量，包括EtherNet/IP。與其他無線網絡類似，現有的設備可以轉化成WirelessHART，從而創造了耐用的設施以支持更大范圍的連接以及產生巨量的新數據。
　　WirelessHART為各種不同的應用提供了更大的靈活性，包括設備監控和診斷。例如，如果一個管道應該運送一種產品，可是它卻是空的，傳感器會提示操作員而不是顯示一個錯誤的測量值。這會幫助操作員將工廠的異常狀況定義成運行故障而不是維護故障。
　　與IO-Link類似，診斷功能也不是直接的測量。在HART設備內啟用的傳感器可以提供設備內部的景象，其提供的設備信息可以用于預測性維護。這提高了流程的可靠性、工廠的安全性、數據的保密性以及減少維護和非計劃停機的費用。
　　HART設備也會在提供*連接的IP網絡中采用EtherNet/IP方式無縫工作。從前，設備數據于控制系統使用，可是現在來自于過程設備的數據可以在整個工廠內共享，使操作員可以訪問更多的有價值的數據。大量的可用數據使生產的每一個方面都得到優化，從工廠設備的故障診斷到貿易方面的庫存和產能決策。如果操作員具有更多的設備知識，可以進行更多的審計和查證，這樣可以增加過程的安全性和數據的保密性。
　　工業控制系統通過網關進行IP連接（IO-Link或HART），完成了為現場設備提供連接的zui后一米。這兩種網絡使得工業生產近乎無縫的連接到IP網絡中，這樣今日的工廠就為將來的工業物聯網做了更好的準備。