流程工業需要低功耗廣域網的5個原因
從石油和天然氣、煉油廠和化學品到制藥和食品飲料，流程制造商都面臨著同樣的挑戰，即市場需求波動和提高運營績效的持續壓力。對于許多企業而言，未能達到最佳績效可能會導致巨大的收入損失。隨著物聯網引領下一次工業革命，流程制造商將是最先趕上這波數字化轉型浪潮的制造商之一。
物聯網的核心是從成千上萬臺設備的智能傳感器中收集數據。數據被傳輸到本地、內部數據庫或控制系統和/或云平臺，可以從中獲得可操作的見解，以實現運營透明度和智能決策。這些強大的物聯網應用由新的無線連接驅動，而這種新的無線連接支持數據點之間低功耗且價格合理的“最后一公里”通信。
低功耗廣域網(LPWAN)
與時間敏感的自動化應用不同，大量物聯網遠程監測用例不需要高帶寬來傳輸數據，例如，筒倉填充水平或環境溫度的數據通常不需要以毫秒級的延遲來更新。對于物聯網傳感器網絡，更重要的是能夠以經濟實惠且節能的方式連接更多數據點。
鑒于許多流程和資產位于偏遠且具有挑戰性的位置，通信范圍是另一個關鍵要求。此外，易于安裝提供了適應和擴展動態業務需求的靈活性。在這種情況下，有線解決方案——實施、改造和擴展既昂貴又繁瑣——很難交付。
低功耗廣域網 (LPWAN) 專門為依靠獨立電池運行的大規模、低數據速率傳感器網絡而構建，并正在顛覆物聯網格局。57% 的工業物聯網專業人士表示他們正在研究或開發 LPWAN 解決方案。
LPWAN 的一個有趣方面是其數公里覆蓋范圍和深度穿透能力，其性能優于 Wi-Fi、藍牙和工業無線網狀網絡。這使得它們成為地理分散和/或結構密集型工業園區(如油田、煉油廠和加工廠)的可行解決方案。同時，超低功耗設計可維持多年的電池壽命，從而有助于降低總擁有成本和環境足跡。與工業網狀解決方案相比，LPWAN 無需復雜的網絡配置即可實現，并且設備和運營成本都很低。
請注意，不同LPWAN選項之間的網絡性能可能會有很大差異。對于在具有許多共存無線電系統中運行的解決方案來說，抗干擾能力是確保無線電鏈路最佳可靠性的先決條件。不熟悉LPWAN的流程制造商可能會發現，比較和評估市場上的多種可用選項具有挑戰性。根據經驗，建立在嚴格行業標準之上的技術可提供經過驗證的質量、可擴展性和工業級可靠性。到目前為止，Telegram Splitting——在ETSI低吞吐量網絡標準(ETSI電信標準103 357)中得到了認可——是第一個也是唯一一個在無許可LPWAN市場上的全球標準化技術。
流程工業需要低功耗廣域網的5個原因
物聯網的核心價值是對當前運營的無與倫比可見性。這方面，多功能 LPWAN 網絡可以連接一切，從工廠的固定資產到走動的工人及其周圍環境。它尤其擅長于在難以接近的位置和危險的環境中，在這些環境中，手動監測風險太大且效率低下。
1. 管道監測
管道負責在整個生產流程中輸送氣體和液體，是石油和天然氣、化工和其他加工行業不可或缺的資產。由于嚴重的財務和環境后果，管道泄漏是主要的運營風險。除了資產損失外，石油和其他有毒物質的泄露還會導致嚴重的污染和相關的巨額罰款。同樣，氣體和化學物質泄漏也可能成為災難性爆炸的觸發點，從而造成不可逆轉的后果。
使用 LPWAN，制造商可以從多個傳感器數據點收集振動、應變、流量和聲音讀數，以遠程監測其管道系統的健康和完整性。這使得手工活動自動化，例如定期現場訪問以進行檢查和記錄數據。更重要的是，可以從一開始就識別結構損壞和故障，以便進行早期干預，以減少維修和停機成本，同時最大限度地減少負面后果。
2. 筒倉液位監測
筒倉和儲罐用于儲存重要的加工原料和最終產品。出于多種目的，包括生產計劃、庫存控制和安全管理，需要對這些資產進行持續監測。然而，這通常具有挑戰性。許多筒倉和儲罐遠離作業中心，并大多位于地形復雜的不方便位置。
即使可以手動讀取數據，這也是勞動密集型和耗時的，但仍然無法提供對當前填充水平的準確見解。因此，重新灌裝或排空要么太早要么太晚，這會導致生產力下降、成本高昂的生產中斷或浪費和危險的過量灌裝。此外，在收集數據時，含有有毒化學品的環境還會給工作人員帶來健康風險。
強大的LPWAN 解決方案可以通過有效連接遠程儲罐和筒倉上的低功率傳感器來解決這些問題。借助實時填充水平數據，工廠經理可以根據需要策略性地安排現場檢查和所需資源，以優化員工的生產力和安全性。
3. 預測性維護
由于流程制造是資產密集型的，因此不能以最佳性能運行的設備會顯著降低生產力。預防性維護——在預先定義的、定期的基礎上進行——本質上是低效的，因為它不符合設備運行狀況。很多時候，這種維護過于頻繁或更糟，不夠及時——導致昂貴和不必要的生產損失。
隨著對預測性維護的需求不斷增多，多功能 LPWAN 為設備的狀態監測提供了通信基礎設施。關鍵資產的電流、溫度、壓力、振動和其他健康參數的測量值可以經濟高效地從大量端點傳輸到基于云的或內部分析工具，然后對輸入的數據進行解讀，以診斷任何異常偏差以及零件和部件的潛在磨損。因此，制造商可以僅在需要時安排維護，從而提高資產可靠性，同時降低服務和停機成本。
4. 環境和冷鏈監測
在許多流程中，環境因素對產品質量和安全有著重要的影響。具體而言，制藥、化工和食品飲料行業都在努力無縫監測其冷鏈，以保持最終產品的特性和最佳保質期。此外，保持良好的濕度在最大限度地減少霉菌和細菌滋生，同時不影響產品質量方面也起著決定性的作用。同樣，在制藥工業，適當的粉塵控制對于避免產品污染和減輕對工人健康的有害影響至關重要。
制造商不僅可以依靠暖通空調系統的可靠性，而且還可以利用支持 LPWAN 的傳感器網絡在整個生產和存儲流程中獲得對關鍵環境因素的前所未有可見性。可以在小問題變成災難之前及早發現破壞性狀況及其根本原因(例如冰箱和暖通空調設備故障)，以采取應對措施。
5. 員工安全
加工廠的員工面臨無數迫在眉睫的危險——從經常接觸有毒化學品到檢查和維護期間的致命墜落、設備事故和爆炸風險等。除了嚴格的培訓和正確使用防護設備外，隨時了解員工的健康狀況和工作環境可以降低發生致命事故和慢性病的風險。
通常，智能可穿戴設備可以通過 LPWAN 將現場工作人員的重要指標(例如脈搏和位置)傳送到運營中心。結合來自環境傳感器的上下文數據(例如空氣質量、熱量、濕度、輻射)，可以及時提醒員工長期暴露于危險、過度勞累和事故中，以便采取預防措施。例如，鼓勵員工在需要時休息一下，可以大大提高員工的工作效率，同時避免與疲勞有關的傷害和事故。
通過預測性維護確保關鍵安全設備處于最佳狀態也可以降低設備事故的風險。同樣，支持 LPWAN 的遠程監測消除了定期的人工檢查，從而減少了員工與危險設備的接觸。
總結
工業物聯網本質上是多方面的。雖然有線解決方案仍然是工廠和流程自動化的支柱，但 LPWAN 提供了一個互補的無線基礎設施，以實現一系列新的、強大的物聯網應用。雖然無線連接對于許多流程制造商來說并不陌生，但 LPWAN可以通過多種方式降低成本和提高效率，從而幫助增強其競爭優勢。
這些網絡的覆蓋范圍、功耗和成本優勢使以前無法訪問的資產能夠以前所未有的規模連接起來。除此之外，簡單的安裝和管理消除了與網絡配置、實施和擴展相關的費用和麻煩。然而，并非所有 LPWAN 都是一樣的，選擇基于成熟行業標準的解決方案將確保物聯網架構的運營商級可靠性、安全性和長期互操作性。
