幾年前，ADI將該公司位于Limerick的晶圓廠(chǎng)增加了物聯(lián)網(wǎng)功能——運用ADI的機器健康平臺，其中包括震動(dòng)傳感器、無(wú)線(xiàn)收發(fā)器和無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)協(xié)議棧，使用傳感器和傳感器數據提高生產(chǎn)工廠(chǎng)的事故預測性，管理人員甚至可以在家里收到通知，以及了解一些問(wèn)題并制定相應的計劃。

 

但其中的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)技術(shù)并沒(méi)有公布具體的方案細節。近日，該公司再次公開(kāi)宣布多起重要的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用的成功案例，其中工業(yè)領(lǐng)域攻城略地收獲頗豐，這些應用均基于該公司的SmartMesh網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。整理這些成功案例，我們可以看到無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在工業(yè)應用中的獨特優(yōu)勢，以及此類(lèi)應用中未來(lái)的發(fā)展趨勢。

 

 

這一次，ADI將其無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)再次應用到自己的晶圓廠(chǎng)。在A(yíng)DI公司硅谷晶圓廠(chǎng)的晶圓片制造過(guò)程中，使用了超過(guò)175個(gè)特種氣體鋼瓶，如何密切地監測這些氣體鋼瓶以確保不間斷的氣體供應很重要，任何一次意外的供氣中斷都將導致價(jià)值數十萬(wàn)美元的晶圓報廢、收入損失和在產(chǎn)品發(fā)運給客戶(hù)的過(guò)程中出現不可接受的延誤。為避免停機，工程師一天三次以手動(dòng)方式記錄晶圓廠(chǎng)中每個(gè)氣體鋼瓶的壓力。該手工過(guò)程容易出現人為錯誤，而且維護成本高昂。

 

 

部署一個(gè)含有32個(gè)節點(diǎn)的SmartMesh IPM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )，以監測中氣體燃料倉的氣體壓力。每個(gè)節點(diǎn)由一對AAL91鋰電池供電(電池壽命約為8 年)，因此安裝該網(wǎng)絡(luò )不需要進(jìn)行額外的布線(xiàn)，也沒(méi)有不必要的停機。盡管面對著(zhù)晶圓廠(chǎng)中的混凝土構造物和普遍存在的金屬結構，SmartMesh網(wǎng)絡(luò )仍然能正常工作。

 

在氣體燃料倉中，測量每個(gè)鋼瓶的罐體壓力和調節壓力，并通過(guò)SmartMesh網(wǎng)絡(luò )把這些讀數傳送至一個(gè)中央監測系統。每個(gè)SmartMesh 節點(diǎn)連接至一對鋼瓶，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )把數據發(fā)送至一個(gè)復蓋整幢建筑物的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器。在控制室里，晶圓廠(chǎng)的站點(diǎn)管理軟件工具顯示實(shí)時(shí)讀數并自動(dòng)地計算運行率，以建立針對鋼瓶更換的常規時(shí)間表。此外，還設定了低壓力門(mén)限，以在鋼瓶早于更換時(shí)間表的進(jìn)度安排前已達到低壓水平的情況下，向設備技術(shù)人員發(fā)出警示。警示信息顯示在控制室監視器上，并以“全天整周”的方式通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳遞消息。

 

通過(guò)使用實(shí)時(shí)氣體消耗率，技術(shù)人員能夠精準地預測氣體鋼瓶什么時(shí)候將需要被更換，從而減少了由于過(guò)早更換鋼瓶所導致的未用氣體白白浪費。在日常運營(yíng)中其好處還可擴展到提升效率的范圍以外。通過(guò)集中收集氣體使用數據并使工廠(chǎng)管理層容易獲得數據，該系統可提供趨勢分析，通過(guò)使讀數與特定的半導體晶圓工藝和幾何尺寸相關(guān)聯(lián)，可進(jìn)一步確定以簡(jiǎn)化工廠(chǎng)運營(yíng)。這有助于在需求量攀升時(shí)優(yōu)化晶圓廠(chǎng)的產(chǎn)能增長(cháng)。

 

 

燃油費用在航空公司運營(yíng)支出中占比高達30%。這使得在大型機場(chǎng)有效管理和高效分配燃油供應成為了航空業(yè)的頭等大事。過(guò)去幾年在美國大型國內機場(chǎng)發(fā)生的幾次事故突出顯示了緊密監視和正確維護油庫設備的重要性。在第一次事故中，火災損壞了10多個(gè)油泵，導致15%離港航班延誤或取消。此外，在火災后離港的航班中，75%必須安排在另一個(gè)機場(chǎng)降落加油。就事故機場(chǎng)而言，這意味著(zhù)需要運送燃油、建立臨時(shí)燃油系統、以及更換受損設備，因此增加了運營(yíng)費用。在第二次事故中，由于燃油泄漏而導致了一場(chǎng)持續的設備火災，損壞了該停機坪的所有14個(gè)油泵和過(guò)濾器。燃油儲備量降低了50%，這對一個(gè)每天平均消耗160萬(wàn)至200萬(wàn)加侖的機場(chǎng)而言是個(gè)嚴重問(wèn)題。

 

以無(wú)線(xiàn)方式監視機場(chǎng)加油系統，使維護團隊能夠識別并消除潛在的災難性油泵。

 

然而，管理機場(chǎng)的油庫是一項令人望而卻步的任務(wù)。管理過(guò)程涉及將燃油運輸到機場(chǎng)、把燃油存儲到油罐中、以及從油罐向飛機提供干凈且符合規格的燃油。油庫的機械設備需要始終保持在線(xiàn)，以確保安全和高效地為飛機提供服務(wù)。即使輕微的故障也有可能產(chǎn)生連鎖反應，影響飛機準時(shí)離港以及其他對航空公司運營(yíng)而言至關(guān)重要的關(guān)鍵衡量指標。例如油泵故障和燃油泄漏等嚴重危及人員安全并導致?lián)p失的事故，這有可能導致必須關(guān)閉機場(chǎng)設施，并對環(huán)境造成負面影響。

 

這兩次事故的根本原因都可歸結為由于油泵設備老化引起機械故障。隨著(zhù)時(shí)間推移，油泵的疲勞、振動(dòng)和摩擦將油泵的溫度提高到了危險水平，導致高風(fēng)險的火花和燃油點(diǎn)燃現象。航空業(yè)預測機械故障的方法是測量油泵的振動(dòng)和溫度。然而，安裝成本和必須采用導線(xiàn)使得傳統的有線(xiàn)傳感器無(wú)法得到廣泛采用。

 

TDGTechnologies公司是一家專(zhuān)注于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的方案提供商，該公司開(kāi)發(fā)了“SmartHAWK”無(wú)線(xiàn)振動(dòng)與溫度傳感器，用于機場(chǎng)油庫等至關(guān)重要和危險的場(chǎng)所。該無(wú)線(xiàn)解決方案采用長(cháng)壽命鋰電池供電，能夠在由金屬和其他挑戰性結構配置組成的嚴酷環(huán)境中可靠運行，通過(guò)測量機器溫度(表示機械裁荷)和沿3個(gè)獨立軸(軸向、徑向和切向)的振動(dòng)，單個(gè)電感器可全面測量一個(gè)油泵的機械劣化情況。

 

由于無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )必須無(wú)瑕疵和無(wú)需干預地運行，所以TDGTechnologies采用了SmartMesh嵌入式無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )經(jīng)過(guò)現場(chǎng)驗證，能在嚴酷的工業(yè)應用中實(shí)現其高度可靠低功率運行。smartMesh技術(shù)使SmartHAWK無(wú)線(xiàn)振動(dòng)和溫度傳感器能夠非常方便地安裝和操作，SmartHAWK發(fā)出的警報可以立即傳遞到任何移動(dòng)設備，以加速資源部署，采取先發(fā)制人的措施，實(shí)現最佳機器維護效果。此外，SmartHAWK針對油泵等旋轉型設備為技術(shù)人員和設備操作人員提供實(shí)時(shí)和量化的健康狀態(tài)信息，具經(jīng)濟效益地監視設備健康趨勢，使技術(shù)人員能夠決定是否安排或推遲預防性維護工作。

 

SmartHAWK無(wú)線(xiàn)振動(dòng)和溫度傳感器在一個(gè)機場(chǎng)油庫中監視油泵振動(dòng)和溫度。

 

在過(guò)去的三年時(shí)間內，TDGTechnologies已經(jīng)在美國西南部的幾個(gè)機場(chǎng)油庫部署了SmartHAWK無(wú)線(xiàn)傳感器系統。每個(gè)地點(diǎn)的機場(chǎng)技術(shù)人員都建立了實(shí)時(shí)警報門(mén)限，以盡早指出關(guān)鍵油泵系統超出規格運行的情況。迄今為止，SmartHAWK監視的任何機場(chǎng)設備都未發(fā)生災難性設備故障。

 

為了簡(jiǎn)化日常操作，機場(chǎng)設備管理人員正在利用實(shí)時(shí)數據記錄機器的監視基線(xiàn)、評估設備性能并主動(dòng)地安排設備維護工作，以減輕機器故障，優(yōu)化運營(yíng)效率。在現已就位的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )基礎上，設備管理人員計劃增加更多傳感器，以完成油泵健康狀況監視以外的工作，例如實(shí)時(shí)查看接收燃油的質(zhì)量以及測量壓力、熱電偶、應變計和更換換能器，以監視燃油在油泵和油庫中的流動(dòng)情況。

 

SmartHAWK無(wú)線(xiàn)監視解決方案正在幫助機場(chǎng)設備管理團隊主動(dòng)維護關(guān)鍵加油系統，使系統很好地位于正常運行規格之內，避免機械火花和燃油點(diǎn)燃情況。此外，通過(guò)實(shí)現更加以數據為主導的決策過(guò)程，SmartHAWK系統可幫助提高效率和降低運營(yíng)成本。使用SmartMeshIP無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)使SmartHAWK傳感器能夠在油庫中的金屬和混凝土之間可靠通信，并作為網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )基礎設施，用于未來(lái)增加運營(yíng)監視功能。

 

 

安全可靠性是所有工業(yè)應用的首要要求。在傳統的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)方案里可能使用公共的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )比如4G網(wǎng)絡(luò )往上傳，導致可能需要一些基站信號比較高的成本，包括流量成本?；蛘哌x別的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )比如ZigBee，但是其實(shí)ZigBee也好，其他的網(wǎng)絡(luò )也好，可靠性都不是很高，因為99.999%的可靠性傳統無(wú)線(xiàn)方案非常難實(shí)現的。在前面的晶圓廠(chǎng)應用中，在案例報告出爐前83天連續運行時(shí)間內，以99.999% 的可靠性傳輸超過(guò)2,600 萬(wàn)個(gè)數據讀數。而TDGTechnologies已經(jīng)在美國西南部的幾個(gè)機場(chǎng)油庫部署了SmartHAWK無(wú)線(xiàn)傳感器系統，自2014年12 月以來(lái)SmartHAWK監視的任何機場(chǎng)設備都未發(fā)生災難性設備故障。

 

SmartMesh采用的是WirelessHART協(xié)議，是一種收集和轉發(fā)周期性數據（雙向）的自組建網(wǎng)狀節點(diǎn)結構的網(wǎng)絡(luò )。每個(gè)SmartMesh傳感器網(wǎng)絡(luò )由若干個(gè)傳感器節點(diǎn)組成，其中一個(gè)節點(diǎn)和其它節點(diǎn)有所不同，為網(wǎng)絡(luò )管理員節點(diǎn)，用于安排整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)節點(diǎn)的任務(wù)，監視和管理網(wǎng)絡(luò )性能并向主機應用程序發(fā)送數據。SmartMesh采用了“跳點(diǎn)技術(shù)”，即當傳感器網(wǎng)絡(luò )中有數據需要傳輸時(shí)，數據不是由數據源節點(diǎn)直接傳輸至目的節點(diǎn)，而是將數據傳輸給相鄰的節點(diǎn)，通過(guò)這種逐步傳遞的方法來(lái)將數據傳輸至目的節點(diǎn)。這樣設計的好處在于可以隨時(shí)增加新的節點(diǎn)，使得傳感器網(wǎng)絡(luò )更加靈活，具有更高的可擴展性。

 

此外，SmartMesh采用了跳頻的技術(shù)，當發(fā)現某個(gè)通道有干擾的時(shí)候會(huì )把通道的頻率從頻道1切換到頻道5。如果發(fā)現這個(gè)通道的干擾持續存在，沒(méi)辦法利用跳頻去解決的時(shí)候，SmartMesh技術(shù)會(huì )通過(guò)選擇別的通道和渠道把數據上傳到管理員節點(diǎn)，從而實(shí)現99.999%的高系統可靠性。 　　 低功耗特性也非常重要，因為通常設施附近并沒(méi)有AC 插座或以太網(wǎng)插口。出于安全原因，工業(yè)建筑物通常是由混凝土墻搭建的，因而使得安裝新電線(xiàn)的成本太高。SmartMesh采用了同步時(shí)間表的方式，通過(guò)控制傳感器的工作周期，何時(shí)開(kāi)始喚醒，何時(shí)休眠，從而降低功耗。傳感器節點(diǎn)按照時(shí)間表在規定的時(shí)間喚醒，檢查是否有任務(wù)需要完成，完成后節點(diǎn)轉入睡眠狀態(tài)，直到下一個(gè)工作時(shí)間點(diǎn)到來(lái)。這樣一來(lái)，傳感器節點(diǎn)就無(wú)需長(cháng)期處于監聽(tīng)狀態(tài)，事實(shí)上，大部分時(shí)間是處于睡眠狀態(tài)的，能最大限度地降低總體功耗。這種工作方式，是SmartMesh網(wǎng)絡(luò )中的傳感器節點(diǎn)在使用兩節AA電池的情況下，能維持一個(gè)傳感器節點(diǎn)工作長(cháng)達5年甚至10年的重要原因。