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工业物联网技术的兴起你都了解清楚吗?

编辑:长沙研高电子科技有限公司时间:2021-08-18

物联网的概念被市场津津乐道已经有一段时间了,而当工业物联网的快速发展及其在工业环境中优化操作、生产力和效率的前景,关注的人越来越多看,特别是现在有了更多的方式去连接工业物联网设备,全球工业物联网市场预计至2025年将达到近1万亿美元。下面由长沙研高电子科技有限公司来跟为详细聊聊!

 

虽然工业物联网从技术上看是属于更大的物联网概念的子类别,但它主要涉及在工业环境中使用的数字设备,如仪表、传感器、执行器和控制器,通过智能技术 (通常称为工业4.0) 为自动化系统打造基础。

 

从网络的角度来看,工业物联网设备通常与操作技术 (OT) 网络相关联,这些网络通过工业以太网处理面向机器的监视、控制和管理数据。相比之下,物联网已成为与信息技术 (IT) 网络相关的商业和消费设备的同义词,这些网络主要通过商业以太网处理面向商业和消费者的数据。虽然ITOT网络在共享数据以优化工艺流程方面正在融合,但物联网和工业物联网设备的通信方式、所需带宽和使用的组件之间仍存在一些根本性的差异。

 

虽然物联网和工业物联网设备都利用以太网数据帧向联网设备发送和接收数据包,工业物联网设备需要时间敏感网络 (TSN) 。与此不同的是,商业以太网由于冲突检测机制 (即,当传输数据时发现另一个设备也在尝试传输就需要等待) 而无法确定给定数据包到达目的地所需的时间,而工业设备之间的通信不能有任何延迟,需要通过特定的工业以太网协议进行优先级排序和时间同步机制。

 

跟很多物联网设备需要1 Gb/s或更高的高速数据速率来传输更多的数据 (如高清视频) 不一样,大多数工业物联网设备是低速的,只需要低于100 Mb/s的数据传输速率。许多工业以太网应用使用总线拓扑,多个设备共享一个公共链路,而商业以太网几乎总是配置成星形拓扑,其中每个设备都有自己的链路。工业设备通常还需要更长的链路长度,才能有效地将制造空间延伸到更远的位置。

 

还需要注意的是,用于连接工业物联网设备的布线组件通常需要受到保护,以防受到恶劣环境因素的影响,如机械力 (如挤压和振动) 、液体和灰尘的进入、化学或气候问题 (如温度和腐蚀性溶剂) 以及电磁干扰 (EMI) 。这就是为什么许多工业物联网设备连接需要加固的电缆和接插件。

 

新的连接方式

 

工业物联网技术的部分驱动力来自于新兴的应用,这些应用将比传统的现场总线通信协议 (用于控制和自动化系统中的工业设备) 具有显著的优势。许多传统的现场总线系统需要各种不同长度的介质和不同连接器接口,这些介质通常是专有的,不通用。这不仅使得部署成本更高、更复杂,而且大大限制了工业设备在OTIT网络间有效传输和共享信息的的输入/输出等级。

 

商业企业中使用的传统4对以太网应用对于工业物联网设备连接来说成本过高。这就是为什么IEEE为单对以太网 (SPE) 开发了802.3cg 10BASE-T1L标准,该标准支持通过至少1000米的平衡单对电缆传输10 Mb/s以太网,并使用IEEE 802.3数据线供电 (PoDL) 技术传输直流电。

 

SPE的出现实际上提供了一个融合的通信应用,它解决了使用非专有类别的布线来支持高达10Mb/s的工业物联网连接的需要,同时也为IT/OT融合提供了一个通用的网络平台。

 

另一个用于连接工业物联网设备的新兴应用是新一代Wi-Fi 6/6E,它提供了大于5 Gb/s的实际数据传输速率、更长的设备电池工作时间、连接更多设备的能力以及改进的安全性,从而使连接无线工业物联网设备成为可能。这对于连接位于偏远工业环境和难以到达区域的无线传感器和设备,以及移动工业物联网设备 (例如用于库存管理和资产跟踪和监控的设备) 非常有利。事实上,Guidehouse Insights发表的一份名为“Wi-Fi 6和工业物联网”的新报告研究了工业物联网和Wi-Fi基础设施如何用于工业场地,并预计工业Wi-Fi基础设施市场将从2021年的17亿美元增长到2030年的69亿美元,年复合增长率为16.8%。该报告的摘要可在Guidehouse Insights网站上免费下载。

 

5G蜂窝网络具有更高频率的无线电波,可提供高达10 Gb/s的速度和更低的延迟,因此也有很大潜力连接到工业物联网设备,特别是用于分布式遥测应用、远程采矿、挖掘、智能电网/变电站以及轨道交通应用的设备。虽然Wi-Fi是永久位于建筑物内的无线工业物联网设备的理想选择,但分布式天线系统 (DAS) 可以将5G信号扩展到建筑物内,从而有效地支持需要在设施内外运行的移动工业物联网设备的无缝无线通信。例如,被用来跟踪和监测新的COVID-19疫苗运输和温度的传感器,这些疫苗必须保持在零下70度°C以保证有效性。

 

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