从石油和天然气、炼油厂和化学品到制药和食品饮料,流程制造商都面临着同样的挑战,即市场需求波动和提高运营绩效的持续压力。对于许多企业而言,未能达到最佳绩效可能会导致巨大的收入损失。随着物联网引领下一次工业革命,流程制造商将是最先赶上这波数字化转型浪潮的制造商之一。

物联网的核心是从成千上万台设备的智能传感器中收集数据。数据被传输到本地、内部数据库或控制系统和/或云平台,可以从中获得可操作的见解,以实现运营透明度和智能决策。这些强大的物联网应用由新的无线连接驱动,而这种新的无线连接支持数据点之间低功耗且价格合理的“最后一公里”通信。

低功耗广域网(LPWAN)

与时间敏感的自动化应用不同,大量物联网远程监测用例不需要高带宽来传输数据,例如,筒仓填充水平或环境温度的数据通常不需要以毫秒级的延迟来更新。对于物联网传感器网络,更重要的是能够以经济实惠且节能的方式连接更多数据点。

鉴于许多流程和资产位于偏远且具有挑战性的位置,通信范围是另一个关键要求。此外,易于安装提供了适应和扩展动态业务需求的灵活性。在这种情况下,有线解决方案——实施、改造和扩展既昂贵又繁琐——很难交付。

低功耗广域网 (LPWAN) 专门为依靠独立电池运行的大规模、低数据速率传感器网络而构建,并正在颠覆物联网格局。57% 的工业物联网专业人士表示他们正在研究或开发 LPWAN 解决方案。

LPWAN 的一个有趣方面是其数公里覆盖范围和深度穿透能力,其性能优于 Wi-Fi、蓝牙和工业无线网状网络。这使得它们成为地理分散和/或结构密集型工业园区(如油田、炼油厂和加工厂)的可行解决方案。同时,超低功耗设计可维持多年的电池寿命,从而有助于降低总拥有成本和环境足迹。与工业网状解决方案相比,LPWAN 无需复杂的网络配置即可实现,并且设备和运营成本都很低。

请注意,不同LPWAN选项之间的网络性能可能会有很大差异。对于在具有许多共存无线电系统中运行的解决方案来说,抗干扰能力是确保无线电链路最佳可靠性的先决条件。不熟悉LPWAN的流程制造商可能会发现,比较和评估市场上的多种可用选项具有挑战性。根据经验,建立在严格行业标准之上的技术可提供经过验证的质量、可扩展性和工业级可靠性。到目前为止,Telegram Splitting——在ETSI低吞吐量网络标准(ETSI电信标准103 357)中得到了认可——是第一个也是唯一一个在无许可LPWAN市场上的全球标准化技术。

流程工业需要低功耗广域网的5个原因

物联网的核心价值是对当前运营的无与伦比可见性。这方面,多功能 LPWAN 网络可以连接一切,从工厂的固定资产到走动的工人及其周围环境。它尤其擅长于在难以接近的位置和危险的环境中,在这些环境中,手动监测风险太大且效率低下。

1、管道监测

管道负责在整个生产流程中输送气体和液体,是石油和天然气、化工和其他加工行业不可或缺的资产。由于严重的财务和环境后果,管道泄漏是主要的运营风险。除了资产损失外,石油和其他有毒物质的泄露还会导致严重的污染和相关的巨额罚款。同样,气体和化学物质泄漏也可能成为灾难性爆炸的触发点,从而造成不可逆转的后果。

使用 LPWAN,制造商可以从多个传感器数据点收集振动、应变、流量和声音读数,以远程监测其管道系统的健康和完整性。这使得手工活动自动化,例如定期现场访问以进行检查和记录数据。更重要的是,可以从一开始就识别结构损坏和故障,以便进行早期干预,以减少维修和停机成本,同时最大限度地减少负面后果。

2、筒仓液位监测

筒仓和储罐用于储存重要的加工原料和最终产品。出于多种目的,包括生产计划、库存控制和安全管理,需要对这些资产进行持续监测。然而,这通常具有挑战性。许多筒仓和储罐远离作业中心,并大多位于地形复杂的不方便位置。

即使可以手动读取数据,这也是劳动密集型和耗时的,但仍然无法提供对当前填充水平的准确见解。因此,重新灌装或排空要么太早要么太晚,这会导致生产力下降、成本高昂的生产中断或浪费和危险的过量灌装。此外,在收集数据时,含有有毒化学品的环境还会给工作人员带来健康风险。

强大的LPWAN 解决方案可以通过有效连接远程储罐和筒仓上的低功率传感器来解决这些问题。借助实时填充水平数据,工厂经理可以根据需要策略性地安排现场检查和所需资源,以优化员工的生产力和安全性。

3、预测性维护

由于流程制造是资产密集型的,因此不能以最佳性能运行的设备会显著降低生产力。预防性维护——在预先定义的、定期的基础上进行——本质上是低效的,因为它不符合设备运行状况。很多时候,这种维护过于频繁或更糟,不够及时——导致昂贵和不必要的生产损失。

随着对预测性维护的需求不断增多,多功能 LPWAN 为设备的状态监测提供了通信基础设施。关键资产的电流、温度、压力、振动和其他健康参数的测量值可以经济高效地从大量端点传输到基于云的或内部分析工具,然后对输入的数据进行解读,以诊断任何异常偏差以及零件和部件的潜在磨损。因此,制造商可以仅在需要时安排维护,从而提高资产可靠性,同时降低服务和停机成本。

4、环境和冷链监测

在许多流程中,环境因素对产品质量和安全有着重要的影响。具体而言,制药、化工和食品饮料行业都在努力无缝监测其冷链,以保持最终产品的特性和最佳保质期。此外,保持良好的湿度在最大限度地减少霉菌和细菌滋生,同时不影响产品质量方面也起着决定性的作用。同样,在制药工业,适当的粉尘控制对于避免产品污染和减轻对工人健康的有害影响至关重要。

制造商不仅可以依靠暖通空调系统的可靠性,而且还可以利用支持 LPWAN 的传感器网络在整个生产和存储流程中获得对关键环境因素的前所未有可见性。可以在小问题变成灾难之前及早发现破坏性状况及其根本原因(例如冰箱和暖通空调设备故障),以采取应对措施。

5、员工安全

加工厂的员工面临无数迫在眉睫的危险——从经常接触有毒化学品到检查和维护期间的致命坠落、设备事故和爆炸风险等。除了严格的培训和正确使用防护设备外,随时了解员工的健康状况和工作环境可以降低发生致命事故和慢性病的风险。

通常,智能可穿戴设备可以通过 LPWAN 将现场工作人员的重要指标(例如脉搏和位置)传送到运营中心。结合来自环境传感器的上下文数据(例如空气质量、热量、湿度、辐射),可以及时提醒员工长期暴露于危险、过度劳累和事故中,以便采取预防措施。例如,鼓励员工在需要时休息一下,可以大大提高员工的工作效率,同时避免与疲劳有关的伤害和事故。

通过预测性维护确保关键安全设备处于最佳状态也可以降低设备事故的风险。同样,支持 LPWAN 的远程监测消除了定期的人工检查,从而减少了员工与危险设备的接触。

总结

工业物联网本质上是多方面的。虽然有线解决方案仍然是工厂和流程自动化的支柱,但 LPWAN 提供了一个互补的无线基础设施,以实现一系列新的、强大的物联网应用。虽然无线连接对于许多流程制造商来说并不陌生,但 LPWAN可以通过多种方式降低成本和提高效率,从而帮助增强其竞争优势。

这些网络的覆盖范围、功耗和成本优势使以前无法访问的资产能够以前所未有的规模连接起来。除此之外,简单的安装和管理消除了与网络配置、实施和扩展相关的费用和麻烦。然而,并非所有 LPWAN 都是一样的,选择基于成熟行业标准的解决方案将确保物联网架构的运营商级可靠性、安全性和长期互操作性。(作者:behrtech;编译:iothome)

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