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(zhàn)，即市場需求波動和提高運營績效的持續(xù)壓力。對于許多企業(yè)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(lián)網(wǎng)引領下一次工業(yè)革命，流程制造商將是最先趕上這波數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮的制造商之一。

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物聯(lián)網(wǎng)的核心是從成千上萬臺設備的智能傳感器中收集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)被傳輸?shù)奖镜?、?nèi)部數(shù)據(jù)庫或控制系統(tǒng)和/或云平臺，可以從中獲得可操作的見解，以實現(xiàn)運營透明度和智能決策。這些強大的物聯(lián)網(wǎng)應用由新的無線連接驅(qū)動，而這種新的無線連接支持數(shù)據(jù)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(wǎng)(LPWAN)

與時間敏感的自動化應用不同，大量物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)測用例不需要高帶寬來傳輸數(shù)據(jù)，例如，筒倉填充水平或環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)通常不需要以毫秒級的延遲來更新。對于物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡，更重要的是能夠以經(jīng)濟實惠且節(jié)能的方式連接更多數(shù)據(jù)點。

鑒于許多流程和資產(chǎn)位于偏遠且具有挑戰(zhàn)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(tài)業(yè)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(wǎng) (LPWAN) 專門為依靠獨立電池運行的大規(guī)模、低數(shù)據(jù)速率傳感器網(wǎng)絡而構(gòu)建，并正在顛覆物聯(lián)網(wǎng)格局。57% 的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人士表示他們正在研究或開發(fā) LPWAN 解決方案。

LPWAN 的一個有趣方面是其數(shù)公里覆蓋范圍和深度穿透能力，其性能優(yōu)于 Wi-Fi、藍牙和工業(yè)無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡。這使得它們成為地理分散和/或結(jié)構(gòu)密集型工業(yè)園區(qū)(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(huán)境足跡。與工業(yè)網(wǎng)狀解決方案相比，LPWAN 無需復雜的網(wǎng)絡配置即可實現(xiàn)，并且設備和運營成本都很低。

請注意，不同LPWAN選項之間的網(wǎng)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)，比較和評估市場上的多種可用選項具有挑戰(zhàn)性。根據(jù)經(jīng)驗，建立在嚴格行業(yè)標準之上的技術(shù)可提供經(jīng)過驗證的質(zhì)量、可擴展性和工業(yè)級可靠性。到目前為止，Telegram Splitting——在ETSI低吞吐量網(wǎng)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(shù)。

流程工業(yè)需要低功耗廣域網(wǎng)的5個原因

物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡可以連接一切，從工廠的固定資產(chǎn)到走動的工人及其周圍環(huán)境。它尤其擅長于在難以接近的位置和危險的環(huán)境中，在這些環(huán)境中，手動監(jiān)測風險太大且效率低下。

1. 管道監(jiān)測

管道負責在整個生產(chǎn)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(yè)不可或缺的資產(chǎn)。由于嚴重的財務和環(huán)境后果，管道泄漏是主要的運營風險。除了資產(chǎn)損失外，石油和其他有毒物質(zhì)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(zhì)泄漏也可能成為災難性爆炸的觸發(fā)點，從而造成不可逆轉(zhuǎn)的后果。

使用 LPWAN，制造商可以從多個傳感器數(shù)據(jù)點收集振動、應變、流量和聲音讀數(shù)，以遠程監(jiān)測其管道系統(tǒng)的健康和完整性。這使得手工活動自動化，例如定期現(xiàn)場訪問以進行檢查和記錄數(shù)據(jù)。更重要的是，可以從一開始就識別結(jié)構(gòu)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(jiān)測

筒倉和儲罐用于儲存重要的加工原料和最終產(chǎn)品。出于多種目的，包括生產(chǎn)計劃、庫存控制和安全管理，需要對這些資產(chǎn)進行持續(xù)監(jiān)測。然而，這通常具有挑戰(zhàn)性。許多筒倉和儲罐遠離作業(yè)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(shù)據(jù)，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(chǎn)力下降、成本高昂的生產(chǎn)中斷或浪費和危險的過量灌裝。此外，在收集數(shù)據(jù)時，含有有毒化學品的環(huán)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(shù)據(jù)，工廠經(jīng)理可以根據(jù)需要策略性地安排現(xiàn)場檢查和所需資源，以優(yōu)化員工的生產(chǎn)力和安全性。

3. 預測性維護

由于流程制造是資產(chǎn)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(chǎn)力。預防性維護——在預先定義的、定期的基礎上進行——本質(zhì)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(chǎn)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(tài)監(jiān)測提供了通信基礎設施。關鍵資產(chǎn)的電流、溫度、壓力、振動和其他健康參數(shù)的測量值可以經(jīng)濟高效地從大量端點傳輸?shù)交谠频幕騼?nèi)部分析工具，然后對輸入的數(shù)據(jù)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(chǎn)可靠性，同時降低服務和停機成本。

4. 環(huán)境和冷鏈監(jiān)測

在許多流程中，環(huán)境因素對產(chǎn)品質(zhì)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(yè)都在努力無縫監(jiān)測其冷鏈，以保持最終產(chǎn)品的特性和最佳保質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量方面也起著決定性的作用。同樣，在制藥工業(yè)，適當?shù)姆蹓m控制對于避免產(chǎn)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(diào)系統(tǒng)的可靠性，而且還可以利用支持 LPWAN 的傳感器網(wǎng)絡在整個生產(chǎn)和存儲流程中獲得對關鍵環(huán)境因素的前所未有可見性?？梢栽谛栴}變成災難之前及早發(fā)現(xiàn)破壞性狀況及其根本原因(例如冰箱和暖通空調(diào)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(shù)迫在眉睫的危險——從經(jīng)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(huán)境可以降低發(fā)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(xiàn)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(jié)合來自環(huán)境傳感器的上下文數(shù)據(jù)(例如空氣質(zhì)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(tài)也可以降低設備事故的風險。同樣，支持 LPWAN 的遠程監(jiān)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(jié)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)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(xiàn)一系列新的、強大的物聯(lián)網(wǎng)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(yōu)勢。

這些網(wǎng)絡的覆蓋范圍、功耗和成本優(yōu)勢使以前無法訪問的資產(chǎn)能夠以前所未有的規(guī)模連接起來。除此之外，簡單的安裝和管理消除了與網(wǎng)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(yè)標準的解決方案將確保物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的運營商級可靠性、安全性和長期互操作性。