智能传感器——实施工业4.0的驱动力

在帮助生产制造商实现工业4.0的目标方面，智能传感器发挥着关键作用。

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在工业4.0时代之前，为系统增加新的传感器需要将其直接连接到控制器，通常只能为工程师提供基本的模拟和二进制信号。

“可全球使用的通信标准IO-Link解决了这些限制，”ifm集团首席技术官Benno Kathan表示，“IO-Link技术可使传感器以数字方式额外提供有价值的状态数据，无干扰且成本更低。”

以用于测量过程的压力、流量或液位传感器为例。现在，除了基本的测量，这些传感器还可以使用传感器的自诊断功能提供温度、设备数据和事件。更好地了解设备和过程，在帮助提高系统性能和可用性方面发挥着重要作用。

经适当配置的IO-Link传感器，可以提供最佳的过程信息。例如，在传感器中记录的事件触发原始数据(BLOB)，通过IO-Link转发以进行深入分析，然后利用这些数据就可以进行振动诊断。易于改造的无线解决方案(也可以在网状网络中自主工作)对于优化现有系统也很重要。

“为了让这些优势对用户来说是可控的和实用的，将智能传感器视为智能整体系统的一部分，比以往任何时候都更重要。”Kathan说。不同的行业需求，要求在横向和纵向集成方面具有高度的灵活性。现代IO-Link传感器和IO-Link主机的Y路径有助于实现这一点。像通常一样，一条信号路径通向控制器，设置后通常不会更改。Y的第二条路径可灵活用于所有工业4.0组件，并可集成到现代软件应用中。通过预测性维护、能源监测、性能指标、云连接等，可以毫不费力地提高效率，并与传统控制无缝衔接。

现在的传感解决方案提供商，需要能提供完整的硬件、软件和服务组合，以便以简单且面向应用的方式，将智能传感器数据从设备传输到目标系统。例如，ifm提供了一个工业物联网(IIoT)平台，它涵盖了从传感器参数设置、设备管理到数据分析和处理的所有领域，这样就更易于管理现代基础设施的复杂性。Kathan说：“由于没有数据流的代码配置向导和图形建模工具，因此不需要深入的用户知识。”

01 智能传感器-机器数据的窗口

在解释是什么使得传感器成为“智能传感器”时，SICK英国高级产品经理Seb Strutt表示，硬件和软件方面的技术进步，使先进的智能能够嵌入传感器。智能传感器的应用已经很成熟，其内置的处理能力正在使更复杂的生产任务能够在现场执行，同时减轻设备控制器处理原始数据的负担。智能传感器也为设备核心的数据打开了一扇窗。

在数字化转型时代，传感器已成为智能工具，可以帮助管理工程和业务过程。Strutt说：“每个传感器都会产生数据，这些数据就是原始材料，工程师的任务就是解释这些数据并使用它来增加业务价值。客户不再只是简单地要求我们帮助解决经典的自动化问题。他们还想知道如何充分利用所有这些数据，以及如何充分利用这些数据，使产品、设备或过程更可用、更具响应性，并最终实现更高的利润。”工业4.0的愿景是使机器上所有的设备信息随时透明可用，以监控所有资产的数字表示，并使用实时虚拟环境操作和控制所有数据。

在很多情况下，对这些数据的干预都不需要对生产基础设施进行任何改变，也不会干扰现有的设备和控制。Strutt说：“只需安装传感器，IIoT网关就可以将数字化数据传输到基于云的软件平台或更高级别的管理系统，在那里，任何设备都可以轻松实现实时可视化。实时监控关键参数，并可以做出预测。当然，传感器生成的数据会因应用而异。这样做的商业价值，可能是更好地预测客户需求或供应链需求，为更高效的生产过程提供信息，或最终使运营更灵活和适应性更强。”

Strutt举例说明了智能传感器技术的好处，一位客户希望了解压缩空气是否泄漏、在何处泄露以及泄漏的程度，压缩空气的泄露会导致整个生产设施的能源成本浪费。如果没有频繁、昂贵的外部评估，如何识别和防止能源损失?

SICK在客户工厂周围的关键点部署了智能流量计，并配备了数据采集器网关，以收集和预处理所需数据。使用专门开发的监控应用程序对数据进行可视化，该应用使用易于使用和解释的图形，显示一系列关键参数和趋势。该系统提供压缩空气的连续实时能量监测，并能够设置预设提示、报警和维护建议。因此，可以实时调整多台压缩机的峰值负载，以最大限度地减少能源需求，并且可以提高过程和设备的启动和停机管理效率。

02 更多的连接和交互

根据霍尼韦尔互联工业首席产品官Anand Vishnubhotla的说法，智能设备是工业4.0背后最重要的驱动因素之一，如果设备能够与其它智能设备和用户进行连接或交互，它们通常会变得更智能。他说：“两个因素使它们变得智能——嵌入智能传感器以收集和共享输入，以及连接到其它设备或网络的能力。”

智能传感器通常能够测量压力、趋近、热、光、容量、平衡或速度等属性。这些传感器可能包括用于分析压力的变送器、用于记录光线的热读取器、用于测量热量的温度计，以及用于分析趋近度、平衡度和速度的加速计、陀螺仪和磁力计。它们通常可以通过蓝牙、NFC、Wi-Fi、LiFi或5G等无线协议，将信号传输到具有智能连接的其它设备。还可以与云计算系统集成，实现更快速和更强大的处理。

对于工业部门来说，智能传感器和设备是IIoT的关键要素。通常情况下，工业场所涉及制造或加工设施，它们会将智能传感器作为工业物联网的一部分。Vishnubhota表示：“它们不仅能够从工业过程中收集信息，还能够处理这些数据，并使用设备学习算法做出决策。智能传感器可以监控过程，甚至通过对过程进行调整来实现过程控制的自动化，以确保最佳输出、质量和安全目标。例如，它们可以监控压力以确保管道不会泄漏，或者调节温度以确保设备不会过热。”

03 充分利用智能设备

智能设备概念并不新鲜，尤其是近年来在制造业中激增的智能设备。如今，IIoT正在改变公司创建、制造和支持产品的方式。FDT集团董事总经理Steve Biegacki表示：“运营人员需要从设备和生产过程中获得更多信息，以做出更好的实时决策，确保设备在可接受的参数范围内工作，预测其潜在停机时间并提高效率。”

Biegacki解释说，工业智能设备是智能设备的基本组件，是采集运营数据的基础。工厂车间可以由来自不同供应商的数千台智能设备组成。FDT是一种通用集成标准，可以将所有工业网络无缝集成到一个项目视图中，从而允许设备进行连接和通信。FDT是一种广泛的嵌入式系统和设备软件解决方案，提供单一用户界面，支持现场/撬装到云的集成、配置和监控。

基于FDT 3.0标准的FDT统一平台(UE)，支持以数据为中心的分布式环境，具有通用设备集成的统一接口。通过FDT 3.0设备类型管理器(DTM)提供的智能设备丰富而可靠的数据，可帮助用户受益于数字化转型带来的好处，包括更有效和高效的预测性维护和带有NE 107状态符号的智能监控，以及基于设备和过程分析的增强决策能力。

根据Biegacki的说法，统一的工业自动化技术标准，为过程离散和混合应用中的设计、运行和维护开启了通用设备集成的大门。FDT实现了运营技术(OT)和信息技术(IT)的强力融合，消除了效率低下以及互操作的障碍。智能设备改善了随时随地管理运行的能力。与这些智能设备一样，FDT的移动性创建了更安全的智能设备，改善了工厂工人的工作流程，并提高了维护效率。