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[导读]工业4.0时代来临,无线通信与定位技术成为智能制造体系发展关键,业者纷纷将Wi-Fi与蓝牙技术导入产品,提升装置实时通讯效能与定位精准度,以更强大的智能功能实现对IIoT的愿景。

工业4.0时代来临,无线通信与定位技术成为智能制造体系发展关键,业者纷纷将Wi-Fi与蓝牙技术导入产品,提升装置实时通讯效能与定位精准度,以更强大的智能功能实现对IIoT的愿景。

工业4.0正为传统产业带来革命性的变革,透过实时通讯与近端运算技术的导入,将为整体供应链带来质变,以更大的灵活性与智能功能,实现生产线与商品制造的创新。

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在工业物联网(Industrial Internet of Things, IIoT)架构中,最核心的要务是布建一个网络,在此网络中的每台装置都具备独一无二的可辨识身分,让它们所产生与使用的信息串流到高度协作且分散的运算环境中。透过实时的数据流,操作人员与制造商可运用前所未有且更为精细的方法来控制资产、流程与供应链,进而优化整个生产系统。

来自各个传感器装置的数据能在不同的位置进行整合,因此能为工业流程效率的提升带来更具智慧的决策制定能力。工业物联网在产业中的应用相当多元,如运用更正确的传感器数据,控制室能更清楚掌握每台机器的运作状态,亦能建置系统来监控商品的输送过程,以确保高效率的供需规划;而针对风力涡轮机的运转,传感器数据可预示潜在问题,在故障前提早进行维护;在物流领域,车队可实时回报位置与状态,并提供准确的货品配送状态。

工业物联网的实现有赖于几项关键技术,近端运算能力当然是必要的,但为了使运算功能发挥效用,系统必须能精确且实时地传输状态、位置与运作数据,这也意谓着定位、时序与通讯将成为IIoT发展的三大要素。

工业物联网无线通信技术要角

针对通讯技术,IIoT整合业者面临极多的选项,特别是传感器节点在100公尺以内的短距离应用。其中,Wi-Fi和蓝牙无线技术是广泛应用在工业与消费性装置的两项技术。

Wi-Fi一直是局域网络(LAN)与高速数据传输的短距离应用重要技术,而目前市面上也有业者推出专用于工业市场的Wi-Fi模块,如u-blox的NINA-W1系列模块,而部份物联网(IoT)网关模块也有支持Wi-Fi与蓝牙功能。

蓝牙核心规格中有两项主要技术,分别为适用于音讯与串流应用的蓝牙基础/强化数据传输率(BR/EDR)技术,以及能为电池供电传感器提供间歇性数据传输的低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy, BLE)。市面上已有业者锁定工业应用,推出具备近距离无线通信(NFC)功能的BLE模块。

至于更长距离的应用,则须用到蜂巢式技术这类的广域网(Wide Area Network, WAN)。而LTE Cat-M1和窄频物联网(NB-IoT)等新蜂巢式标准的出现,为IIoT整合业者提供更多样选项。Cat-M1和NB-IoT这类能深入到建筑物内部的低功耗广域网(LPWAN)技术,更是IIoT应用的理想选择。

多样化的IIoT定位技术

全球导航卫星系统(GNSS)等定位技术可为IIoT装置提供位置信息,同时还能为数据到服务器(Data-to-server)应用提供正确的时间戳(Timestamp),GNSS可自动定位,对许多工业应用与固定位置的设备相当重要。透过小尺寸、低功耗模块,几乎不需要高科技知识或任何附加组件来手动编程,便可为装置提供定位技术,当节点装置失去踪影或未经授权被移动,网关与服务器都能立即发现问题。

然而,当卫星发出的RF讯号微弱时容易受到干扰,且无法穿透墙面或货柜,因此也发展出许多GNSS辅助技术,如CellLocate即采混合式定位,利用来自蜂巢式基地台的讯号来确认位置。

在工厂或仓库内部的蓝牙与Wi-Fi通讯也有助于提升定位准确度,在通讯模块处理器上执行的软件能分析蓝牙讯号的到达角(AoA)与出发角(AoD),有助于确定相对于其他节点或信标的位置。而利用Wi-Fi讯号,也能进行时差测距(Time of Flight)分析与网络的讯号纹定位算法(Fingerprinting),来精准定位。

另一种定位技术为惯性导航(DR),是利用多个传感器输入并将其与GNSS讯号数据结合,可在都会区、隧道或停车场等卫星讯号微弱的区域,提供另一种方法来确认道路车辆的位置。具备无联机惯性导航(Untethered Dead Reckoning)技术的模块,不需要链接到汽车,仅利用惯性传感器来处理运动数据,就能提供车辆的方位信息。

迈入工业4.0时代,业者必须了解时序、位置与通讯的重要性,将相关技术充分运用至模块产品中,针对各种不同的应用情境与需求采用最适切的技术,协力推动IIoT的发展。

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