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[導(dǎo)讀] 工業(yè)4.0時代來臨,無線通信與定位技術(shù)成為智能制造體系發(fā)展關(guān)鍵,業(yè)者紛紛將Wi-Fi與藍(lán)牙技術(shù)導(dǎo)入產(chǎn)品,提升裝置實(shí)時通訊效能與定位精準(zhǔn)度,以更強(qiáng)大的智能功能實(shí)現(xiàn)對IIoT的愿景。 工業(yè)4

工業(yè)4.0時代來臨,無線通信與定位技術(shù)成為智能制造體系發(fā)展關(guān)鍵,業(yè)者紛紛將Wi-Fi藍(lán)牙技術(shù)導(dǎo)入產(chǎn)品,提升裝置實(shí)時通訊效能與定位精準(zhǔn)度,以更強(qiáng)大的智能功能實(shí)現(xiàn)對IIoT的愿景。

工業(yè)4.0正為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來革命性的變革,透過實(shí)時通訊與近端運(yùn)算技術(shù)的導(dǎo)入,將為整體供應(yīng)鏈帶來質(zhì)變,以更大的靈活性與智能功能,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線與商品制造的創(chuàng)新。

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(Industrial Internet of Things, IIoT)架構(gòu)中,最核心的要務(wù)是布建一個網(wǎng)絡(luò),在此網(wǎng)絡(luò)中的每臺裝置都具備獨(dú)一無二的可辨識身分,讓它們所產(chǎn)生與使用的信息串流到高度協(xié)作且分散的運(yùn)算環(huán)境中。透過實(shí)時的數(shù)據(jù)流,操作人員與制造商可運(yùn)用前所未有且更為精細(xì)的方法來控制資產(chǎn)、流程與供應(yīng)鏈,進(jìn)而優(yōu)化整個生產(chǎn)系統(tǒng)。

來自各個傳感器裝置的數(shù)據(jù)能在不同的位置進(jìn)行整合,因此能為工業(yè)流程效率的提升帶來更具智慧的決策制定能力。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用相當(dāng)多元,如運(yùn)用更正確的傳感器數(shù)據(jù),控制室能更清楚掌握每臺機(jī)器的運(yùn)作狀態(tài),亦能建置系統(tǒng)來監(jiān)控商品的輸送過程,以確保高效率的供需規(guī)劃;而針對風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),傳感器數(shù)據(jù)可預(yù)示潛在問題,在故障前提早進(jìn)行維護(hù);在物流領(lǐng)域,車隊(duì)可實(shí)時回報位置與狀態(tài),并提供準(zhǔn)確的貨品配送狀態(tài)。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)有賴于幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),近端運(yùn)算能力當(dāng)然是必要的,但為了使運(yùn)算功能發(fā)揮效用,系統(tǒng)必須能精確且實(shí)時地傳輸狀態(tài)、位置與運(yùn)作數(shù)據(jù),這也意謂著定位、時序與通訊將成為IIoT發(fā)展的三大要素。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)要角

針對通訊技術(shù),IIoT整合業(yè)者面臨極多的選項(xiàng),特別是傳感器節(jié)點(diǎn)在100公尺以內(nèi)的短距離應(yīng)用。其中,Wi-Fi和藍(lán)牙無線技術(shù)是廣泛應(yīng)用在工業(yè)與消費(fèi)性裝置的兩項(xiàng)技術(shù)。

Wi-Fi一直是局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)與高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩叹嚯x應(yīng)用重要技術(shù),而目前市面上也有業(yè)者推出專用于工業(yè)市場的Wi-Fi模塊,如u-blox的NINA-W1系列模塊,而部份物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關(guān)模塊也有支持Wi-Fi與藍(lán)牙功能。

藍(lán)牙核心規(guī)格中有兩項(xiàng)主要技術(shù),分別為適用于音訊與串流應(yīng)用的藍(lán)牙基礎(chǔ)/強(qiáng)化數(shù)據(jù)傳輸率(BR/EDR)技術(shù),以及能為電池供電傳感器提供間歇性數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡凸乃{(lán)牙(Bluetooth Low Energy, BLE)。市面上已有業(yè)者定工業(yè)應(yīng)用,推出具備近距離無線通信(NFC)功能的BLE模塊。

至于更長距離的應(yīng)用,則須用到蜂巢式技術(shù)這類的廣域網(wǎng)(Wide Area Network, WAN)。而LTE Cat-M1和窄頻物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)等新蜂巢式標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn),為IIoT整合業(yè)者提供更多樣選項(xiàng)。Cat-M1和NB-IoT這類能深入到建筑物內(nèi)部的低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)技術(shù),更是IIoT應(yīng)用的理想選擇。

多樣化的IIoT定位技術(shù)

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)等定位技術(shù)可為IIoT裝置提供位置信息,同時還能為數(shù)據(jù)到服務(wù)器(Data-to-server)應(yīng)用提供正確的時間戳(Timestamp),GNSS可自動定位,對許多工業(yè)應(yīng)用與固定位置的設(shè)備相當(dāng)重要。透過小尺寸、低功耗模塊,幾乎不需要高科技知識或任何附加組件來手動編程,便可為裝置提供定位技術(shù),當(dāng)節(jié)點(diǎn)裝置失去蹤影或未經(jīng)授權(quán)被移動,網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器都能立即發(fā)現(xiàn)問題。

然而,當(dāng)衛(wèi)星發(fā)出的RF訊號微弱時容易受到干擾,且無法穿透墻面或貨柜,因此也發(fā)展出許多GNSS輔助技術(shù),如CellLocate即采混合式定位,利用來自蜂巢式基地臺的訊號來確認(rèn)位置。

在工廠或倉庫內(nèi)部的藍(lán)牙與Wi-Fi通訊也有助于提升定位準(zhǔn)確度,在通訊模塊處理器上執(zhí)行的軟件能分析藍(lán)牙訊號的到達(dá)角(AoA)與出發(fā)角(AoD),有助于確定相對于其他節(jié)點(diǎn)或信標(biāo)的位置。而利用Wi-Fi訊號,也能進(jìn)行時差測距(TIme of Flight)分析與網(wǎng)絡(luò)的訊號紋定位算法(FingerprinTIng),來精準(zhǔn)定位。

另一種定位技術(shù)為慣性導(dǎo)航(DR),是利用多個傳感器輸入并將其與GNSS訊號數(shù)據(jù)結(jié)合,可在都會區(qū)、隧道或停車場等衛(wèi)星訊號微弱的區(qū)域,提供另一種方法來確認(rèn)道路車輛的位置。具備無聯(lián)機(jī)慣性導(dǎo)航(Untethered Dead Reckoning)技術(shù)的模塊,不需要鏈接到汽車,僅利用慣性傳感器來處理運(yùn)動數(shù)據(jù),就能提供車輛的方位信息。

邁入工業(yè)4.0時代,業(yè)者必須了解時序、位置與通訊的重要性,將相關(guān)技術(shù)充分運(yùn)用至模塊產(chǎn)品中,針對各種不同的應(yīng)用情境與需求采用最適切的技術(shù),協(xié)力推動IIoT的發(fā)展。

來源:互聯(lián)網(wǎng)

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