工業(yè)有線感測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接轉(zhuǎn)變物聯(lián)網(wǎng)裝置

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，制造商將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到云端并利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能夠立即檢測(cè)過(guò)程中所發(fā)生的問(wèn)題，而不是等到進(jìn)入后期階段，避免需要重新生產(chǎn)或現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障所造成的昂貴金錢(qián)損失。

「工業(yè) 4.0」正在利用計(jì)算和自動(dòng)化技術(shù)來(lái)改造工廠。科技巨頭IBM表示，數(shù)字技術(shù)正在推動(dòng)生產(chǎn)流程改良自行優(yōu)化，并且推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域達(dá)到前所未見(jiàn)的高效率和高回應(yīng)水平。

因此，工廠管理者急于實(shí)施工業(yè)4.0準(zhǔn)則也不足為奇。但許多人面臨的問(wèn)題是，他們的生產(chǎn)設(shè)施配備了有線傳感器網(wǎng)絡(luò)，雖然可靠、經(jīng)濟(jì)且安全，但是難以輕松連接到IIoT。

從有線連接到無(wú)線連接

位于美國(guó)賓州州立大學(xué)的TZero公司提供IIoT網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品MachineMailbox，此蜂巢式物聯(lián)網(wǎng)解決方案是基于Nordic nRF9160低功耗系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）產(chǎn)品，可為有線傳感器網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)云端連接功能。這個(gè)網(wǎng)關(guān)通過(guò)有線全雙工RS485數(shù)據(jù)傳輸端口連接到外部的傳感器。RS485在工業(yè)系統(tǒng)方面的安裝使用廣泛，因?yàn)樗胶庑院?，本身具有一定的抗干擾能力，并且在長(zhǎng)電纜距離上具有高穩(wěn)健性。

MachineMailbox為關(guān)鍵性系統(tǒng)帶來(lái)了連接功能，在這些系統(tǒng)中，龐大的舊有安裝設(shè)備基礎(chǔ)是重大的資本投資。此外，它還為例如制造設(shè)備、機(jī)器人或化工廠監(jiān)控等網(wǎng)絡(luò)接取有困難的地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了連接性。這款專(zhuān)有網(wǎng)關(guān)解決方案通過(guò)LTE-M或NB-IoT蜂巢式網(wǎng)絡(luò)，將IIoT系統(tǒng)連接到云端。

TZero選擇使用蜂巢式物聯(lián)網(wǎng)而非Wi-Fi等其他無(wú)線協(xié)議，原因在于工業(yè)服務(wù)必須提供十分可靠的無(wú)線連接；此外，該公司還表示使用蜂巢網(wǎng)絡(luò)連接，能夠提供開(kāi)箱即用的連接解決方案，既安全又易于部署。

MachineMailbox采用的nRF9160 SiP，除了提供LTE-M/NB-IoT連接性能之外， 其64MHz Arm Cortex-M33處理器具有1MB閃存和256kB RAM，可以分析和處理原始傳感器數(shù)據(jù)，確定有哪些數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)發(fā)到云端。這有助于保持低功耗、增強(qiáng)安全性并降低數(shù)據(jù)成本。

可準(zhǔn)確了解情況

采用TZero的IIoT網(wǎng)關(guān)解決方案的用戶(hù)結(jié)合蜂巢式連接和云端計(jì)算，可以快速準(zhǔn)確地了解工業(yè)過(guò)程中發(fā)生的情況。例如在啤酒廠環(huán)境中，時(shí)間和控制極為重要，但傳統(tǒng)上測(cè)量都是以手動(dòng)進(jìn)行。

現(xiàn)今啤酒廠可以部署MachineMailbox來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化的發(fā)酵監(jiān)測(cè)。利用TZero的網(wǎng)關(guān)聚合和處理來(lái)自有線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，并發(fā)送到云端。釀酒商使用來(lái)自云端服務(wù)器的回饋信息，能夠協(xié)助改善流程以獲得優(yōu)化成品。

MachineMailbox可以用作從傳感器接收資料的「接收器（sink）」添加到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，還可以查詢(xún)?nèi)魏芜B接的外圍設(shè)備。例如一旦連接完成，網(wǎng)關(guān)就可以配置為Modbus設(shè)備，從而提供外部控制器可讀取或?qū)懭氲拇罅勘３志彺嫫?。然后，可以將緩存器的?nèi)容同步傳輸?shù)皆贫朔?wù)器。

一旦進(jìn)入云端之后，用戶(hù)的應(yīng)用程序就可以對(duì)緩存器進(jìn)行存取，實(shí)施遠(yuǎn)程可視性功能。透過(guò)這樣的系統(tǒng)，幾乎是任何可程序化邏輯控制器（PLC）或工業(yè)控制器，都可以使用常見(jiàn)的協(xié)議或數(shù)據(jù)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)云端連接。

TZero公司表示，MachineMailbox毋須任何設(shè)定，便可將任何產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為IIoT傳感器/機(jī)器的連接解決方案，這項(xiàng)功能不僅可以協(xié)助工業(yè)客戶(hù)進(jìn)行流程優(yōu)化，還有助于進(jìn)行設(shè)備診斷和預(yù)測(cè)性維護(hù)。

已裝設(shè)舊式有線連接工廠系統(tǒng)的制造企業(yè)不必等待昂貴的工廠升級(jí)，即可享用工業(yè)4.0的好處。在MachineMailbox等產(chǎn)品的協(xié)助下，他們可以將工廠車(chē)間連接到云端并充分利用機(jī)器學(xué)習(xí)的功能，以相對(duì)低廉的成本快速改造裝配生產(chǎn)操作。

 (本文作者Lorenzo Amicucci任職于Nordic Semiconductor公司)