LOADING

Type to search

Sự đổi mới cảm biến IIoT

iNative & Chuyên đề Cách Mạng Công Nghệ 4.0

Sự đổi mới cảm biến IIoT

Share

Sự đổi mới cảm biến IIoT

Bạn có biết mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT) chính là nguồn gốc của khái niệm mạng lưới thiết bị công nghiệp kết nối Internet (IIoT). IIoT là mạng lưới có khả năng kết nối nâng cao đáng kể trong các lĩnh vực như tự động hóa công nghiệp, bảo mật giám sát và tự động hóa tòa nhà. IIoT sử dụng cảm biến và bộ truyền động được cài đặt trong thiết bị và vật thể và liên kết thông qua mạng có dây hoặc không dây, việc này giúp IIoT nắm bắt được năng suất hoạt động và điều chỉnh sao cho phù hợp với thời gian làm việc.

Vì thế, những sự đổi mới mang tính quyết định trong IIoT phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ và sự sáng tạo từ các nhà sản xuất chất bán dẫn. Những thay đổi đó sẽ đảm bảo quá trình chuyển đổi từ các thiết kế từ khái niệm sang thực tế. IoT đã hình thành và tồn tại theo thời gian, song song nó còn có nhiều tên gọi khác, như M2M hay kết nối nhúng.

Với mục đích hướng đến người tiêu dùng, IoT triển khai vào các ngành công nghiệp sản xuất và dịch vụ, IoT đang tìm cách khai thác hết năng suất hoạt động và cải tiến hệ thống sản xuất của các ngành dịch vụ đó.

Nói đến IIoT — một tập hợp con cực kỳ quan trọng và phát triển nhanh chóng của IoT là nói đến mối liên hệ chặt chẽ giữa Công nghệ hoạt động và Công nghệ thông tin trong các doanh nghiệp.

Nói đến IIoT — một tập hợp con cực kỳ quan trọng và phát triển nhanh chóng của IoT là nói đến mối liên hệ chặt chẽ giữa Công nghệ hoạt động và Công nghệ thông tin trong các doanh nghiệp. Peter Drucker đã từng nói, “Nếu bạn không thể đo lường nó, bạn sẽ không thể cải thiện nó”, điều này chính là trọng tâm của triết lý IIoT.

Khi bạn lái xe, việc phân tích các dữ liệu trong chiếc xe của bạn sẽ đòi hỏi thời gian nhanh chóng và kỹ lưỡng để quy trình từ lúc lái xe đến khi kết thúc được hoàn thành đúng với trật tự.

Vì vậy, để đo lường nhiều hơn, chúng ta phải có khả năng cảm nhận cao, khi sự cảm nhận của bạn tốt hơn bạn sẽ thu được về nhiều thông số, với độ chính xác cao hơn và mức độ thường xuyên hơn mức bình thường.

Nền tảng của IioT chính là hệ thống cảm biến. Phần mềm lớp phủ trên các công nghệ hiện có nó có thể mang lại lợi ích gia tăng, nhưng đối với một bước tiến thực sự, chúng ta cần mang nhiều thông số hơn vào màn hình đầu tiên. Mỗi thông số mới mà chúng tôi cảm nhận mang lại cơ hội đáng kể và làm cho hệ thống thông minh hơn. Bộ cảm biến là một thiết bị bao gồm các khả năng “nhìn, nghe và cảm nhận”, nó cho phép IioT có thể mở rộng tất cả khả năng có thể làm được. Sự phát triển của cảm biến vẫn không ngừng cải thiện; chúng ta có thể đo nhiệt độ, ánh sáng, vị trí, mức độ, độ ẩm, áp suất và nhiều thông số khác tốt hơn bao giờ hết.

Nhưng vì mỗi thiết bị được tạo ra sẽ thích ứng riêng biệt với mỗi cá thể nên vì vậy cảm biến sẽ bị hạn chế về chức năng và khả năng thích ứng. Tuy nhiên sự hạn chế này có thể loại bỏ được vì một khi máy đã có thể “nhận diện” được, mọi thứ sẽ trở nên dễ dàng hơn hẳn. Tuy nhiên sự hạn chế này có thể loại bỏ được vì một khi máy đã có thể “nhận diện” được, mọi thứ sẽ trở nên dễ dàng hơn hẳn.

IIoT sẽ tiếp tục bổ sung thêm các cảm biến cơ bản để đo lường, nhưng xu hướng mà IioT  nhắm đến là sự cảm nhận dựa trên thị giác – cả về hình ảnh lẫn video – để làm cho các hệ thống thông minh trở nên linh hoạt hơn và có giá trị hơn. Các dây chuyền sản xuất và nhà máy được kết cấu để tạo ra các sản phẩm, và hình thành những biến thể của một sản phẩm phức tạp, nghĩa là hệ thống thị giác không cần định vị lại hoặc định cấu hình lại thủ công. Họ chỉ yêu cầu một sự thay đổi đơn giản từ một chương trình điều khiển sang chương trình điều khiển tiếp theo, và hệ thống sẵn sàng chạy – giảm chi phí, tiết kiệm thời gian và nhân lực, và loại bỏ cơ hội cho những sai lầm mà con người dễ mắc phải.

Nói tóm lại, dữ liệu chính là chìa khóa cho cuộc cách mạng này.

Cảm biến mang lại dữ liệu, chúng ta có thể tin tưởng được số lượng mà nó đưa ra sau mỗi quá trình kiểm tra. Cảm biến mang lại dữ liệu, chúng ta có thể tin tưởng được số lượng mà nó đưa ra sau mỗi quá trình kiểm tra. Nhưng không phải IioT sẽ không gặp những thách thức lớn, trở ngại tiềm ẩn cho IioT hiện giờ chính là nguồn năng lượng.

Vì bản chất cảm biến của IioT rất nhạy nên đòi hỏi năng lượng đáng tin cậy được cung cấp cũng phải đem lại sự chính xác. Và khoảng chi phí cho năng lượng xoắn ốc dường như rất tốn kém, nên cảm biến IioT sẽ chỉ được sản xuất một lượng đáng kể. Mỗi cảm biến dành cho IioT sẽ có bốn thuộc tính cơ bản:

  • Duy trì năng lượng, thu thập dữ liệu, phát sóng và tự kết nối.
  • Năng lượng được thu vào cảm biến không dây là một khối năng lượng vừa đủ để truyền tải và thúc đẩy IioT hoạt động.

Năng lượng được thu vào cảm biến không dây là một khối năng lượng vừa đủ để truyền tải và thúc đẩy IioT hoạt động. Năng lượng được thu vào cảm biến không dây là một khối năng lượng vừa đủ để truyền tải và thúc đẩy IioT hoạt động. Những thiết bị siêu mỏng này có thể được sử dụng để cảm biến ở những nơi không gian bị hạn chế hoặc ở những khu vực không thể được truy cập bằng cảm biến truyền thống

Những lợi ích tương tự trong việc mua lại và xử lý dữ liệu cảm biến y sinh sẽ thúc đẩy sự phát triển của IoT trong lĩnh vực y tế. Thật thú vị khi khám phá những cảm biến mới này chuyên sâu hơn bởi vì chúng sử dụng một cơ chế đơn – ăng-ten khử – để thực hiện nhiều loại cảm biến. Về vấn đề này, có lẽ nó là một dấu hiệu của các xu hướng cảm nhận đang gần tới.

Các cảm biến sử dụng IC Magnus S2 của RFMicron. Chúng được sử dụng bao gồm một thẻ RFID thụ động không dây kèm theo một ăng-ten và một cảm biến Magnus S chết. Các thẻ cảm biến không dây không có pin của Semiconductor gồm có thực hiện nhiệt độ, độ ẩm, áp suất hoặc cảm biến tiệm cận. Các thẻ cảm biến không dây không có pin của Semiconductor gồm có thực hiện nhiệt độ, độ ẩm, áp suất hoặc cảm biến tiệm cận. Các yếu tố như vậy có thể thay đổi trở kháng của ăng-ten. Các thẻ dựa trên các chip thông thường có thể bị loại bỏ bởi nhiều yếu tố bên ngoài, phổ biến nhất là ở gần các chất lỏng hoặc kim loại. Các yếu tố như vậy có thể thay đổi trở kháng của ăng-ten. Khi thẻ chip có trở kháng cố định, có sự không khớp giữa chip và ăng-ten.

Công nghệ tự điều chỉnh duy trì kết nối chip-ăng-ten khi điều kiện thay đổi. Công nghệ tự điều chỉnh duy trì kết nối chip-ăng-ten khi điều kiện thay đổi. Động cơ điều chỉnh động trở kháng đầu vào của chip bằng cách chuyển các tụ điện vào hoặc ra khỏi mạch để tối đa hóa công suất thu được từ ăng-ten. Vì thẻ ăng-ten có thể phản ứng với sự thay đổi trong môi trường theo cách đã biết, mã cảm biến có thể cung cấp cho phép đo lượng tử thay đổi trong môi trường. Điều này cho phép thẻ trở thành cảm biến thụ động không dây. Độ ẩm không phải là thông số duy nhất mà các thẻ chip này có thể được sử dụng để cảm nhận. Các phim mặt trời phản ứng trạng thái rắn  với nhiều loại khí có sự thay đổi về điện trở.

Do đó, có thể xây dựng các thẻ cảm biến đáp ứng với các loại khí như CO, CO2, NOX, H2S, O2 và Cl2.

Màng mỏng lắng tụ trên một tụ điện liên tiếp có thể tạo ra đủ sự thay đổi trong mạch Q để tạo cảm biến thụ động không dây có thể đọc được thông qua mã cảm biến.

Gần độ phân giải micron có thể phát hiện được thông qua những thay đổi quy nạp được tạo ra bởi dòng xoáy trên bề mặt kim loại gần đó. Chúng có thể được sử dụng để phát hiện sự chuyển động hoặc để tạo cảm biến áp suất.

Tuy nhiên, đề cập đến các thuộc tính cơ bản cần thiết chính, bước đột phá thực sự là các cảm biến này, thông qua thu hoạch năng lượng, tự lấy năng lượng.

Các nguyên tắc không phải là mới và chia sẻ rất nhiều với các sáng kiến năng lượng tái tạo quy mô lớn như năng lượng gió hoặc khai thác thủy triều.Có khả năng tích tụ rác và tích lũy năng lượng nền xung quanh miễn phí sẽ cho phép các cảm biến hoạt động độc lập. Các nguồn này rất nhiều loại và đa dạng, bao gồm năng lượng mặt trời và năng lượng gió, nhưng ngày càng nhiều các khu vực khác như động năng, chuyển biến nhiệt, nhiệt độ cơ thể và thậm chí cả tiếng ồn âm thanh đang được khám phá. Nó cũng quan trọng đối với nền tảng IIoT để hỗ trợ một loạt các tiêu chuẩn truyền thông, bao gồm Thread, SIGFOX, EnOcean (được sử dụng chủ yếu trong xây dựng hệ thống tự động và an ninh), M-BUS (tiêu chuẩn Châu Âu để đọc từ xa khí hoặc đồng hồ điện), KNX ( để xây dựng tự động hóa), ZigBee và các giao thức độc quyền. Nó cũng quan trọng đối với nền tảng IIoT để hỗ trợ một loạt các tiêu chuẩn truyền thông, bao gồm Thread, SIGFOX, EnOcean (được sử dụng chủ yếu trong xây dựng hệ thống tự động và an ninh), M-BUS (tiêu chuẩn Châu Âu để đọc từ xa khí hoặc đồng hồ điện), KNX ( để xây dựng tự động hóa), ZigBee và các giao thức độc quyền.

ZigBee và Thread là sự bổ sung, và liên minh của các tổ chức công nghiệp đằng sau các giao thức này có khả năng thúc đẩy việc áp dụng rộng rãi của họ trong nhà thông minh. Thread là một giao thức mạng dựa trên IP (IPv6) với sự thích nghi 6LoWPAN được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn mở cho các mạng lưới 802.15.4 có công suất thấp có thể kết nối hàng trăm thiết bị với nhau và trực tiếp tới đám mây.

Tính bảo mật và khả năng hoạt động là hai hoạt động chính của Thread. Ngược lại, SIGFOX cho phép các mạng mở rộng cung cấp giao tiếp băng thông tương đối thấp với các đối tượng hoặc cảm biến thông minh cố định hoặc di động được triển khai trên một khu vực rộng lớn. Các ứng dụng ví dụ bao gồm việc theo dõi các vật phẩm hoặc phương tiện vận chuyển trên toàn quốc và thông tin liên lạc với các tài sản phân tán theo địa lý như máy bơm dầu và đường ống dẫn dầu. Đối với IIoT để đạt được tiềm năng đầy đủ của nó, chúng ta phải làm một cái gì đó với các thông tin thu thập được. Vòng phản hồi cần được hoàn thành và dữ liệu nhị phân cần dịch thành hành động vật lý.

Điều khiển bật tắt đơn giản, hoặc ‘bang-bang’ có thể dễ dàng nhận ra thông qua việc áp dụng công tắc bán dẫn, nhưng nhiều điều khiển công nghiệp phức tạp hơn và yêu cầu kiểm soát tỷ lệ hoặc định vị cẩn thận và thường xuyên nhanh chóng. Điều này có nghĩa là bất kỳ thứ gì từ quạt để điều khiển môi trường hoặc làm mát một thiết bị quan trọng, thông qua một động cơ hoặc servo để điều chỉnh van hoặc động cơ bước tinh vi để định vị cánh tay robot để hoàn thành nhiệm vụ chính xác. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của IIoT, các thiết bị truyền động và bộ điều khiển của họ đang có những tiến bộ tương tự.

Các giải pháp rời rạc để điều khiển động cơ đang biến mất nhanh chóng và các mô-đun năng lượng tích hợp tiên tiến mới đang diễn ra. Cung cấp các hệ thống hoàn chỉnh — bao gồm các giai đoạn điện, trình điều khiển, bảo vệ và kiểm soát dựa trên các giải pháp nhúng mới, cho phép áp dụng nhanh chóng. Hỗ trợ nguồn mở cũng rất quan trọng, vì một hệ sinh thái rộng và khả năng tương tác rất quan trọng cho sự thành công của IoT.

Mang khả năng thị giác quan trọng như một ví dụ.

Từ góc độ phần cứng, điều này đòi hỏi các kỹ năng xử lý video để thực hiện; chưa kể đến phần mềm xử lý hình ảnh để làm điều gì đó hữu ích với luồng dữ liệu. Để tăng tốc các chu kỳ thiết kế trong lĩnh vực này, ON Semiconductor đang chia sẻ kiến thức của mình với các kỹ sư khách hàng thông qua các công cụ như bộ phát triển video MatrixCamTM (VDK). Từ góc độ phần cứng, điều này đòi hỏi các kỹ năng xử lý video để thực hiện; chưa kể đến phần mềm xử lý hình ảnh để làm điều gì đó hữu ích với luồng dữ liệu. Để tăng tốc các chu kỳ thiết kế trong lĩnh vực này, ON Semiconductor đang chia sẻ kiến thức của mình với các kỹ sư khách hàng thông qua các công cụ như bộ phát triển video MatrixCamTM (VDK). Đây là một vài trong số rất nhiều ví dụ mà các công ty đang chia sẻ kiến thức chuyên môn của họ thông qua các bộ phát triển hoặc thiết kế tham khảo, góp phần đáng kể vào sự phát triển nhanh chóng của IIoT. Sự tự chủ thực sự của các nhà máy và quy trình sản xuất ngày càng trở nên gần gũi hơn.

Khả năng nhận dạng, theo dõi và kiểm soát từ xa mọi thiết bị trên mạng cung cấp logic trong một mô-đun duy nhất — các giải pháp tích hợp mới, mới này nhẹ hơn, nhỏ hơn, rẻ hơn và dễ triển khai hơn.

Bề rộng của công nghệ cảm biến cần thiết cho một quá trình sản xuất tích hợp mang lại những thách thức riêng của nó. Chuyên môn rộng rãi cần thiết để xây dựng một nhà máy thông minh đầy đủ các cảm biến và thiết bị truyền động vượt ra ngoài bề rộng của nhiều kỹ sư, và đây là nơi chúng tôi thấy các nhà cung cấp linh kiện hàng đầu cung cấp giá trị. Môi trường phát triển phần cứng và phần mềm tích hợp đầy đủ là rất quan trọng để tạo điều kiện cho việc tùy biến các chức năng cụ thể để áp dụng vào các sản phẩm cuối cùng.

Mô- đun làm cho các nền tảng này có thể mở rộng đến các chức năng và thiết bị IoT / IIoT mới mà cơ hội vô song – đặc biệt là trong các ứng dụng công nghiệp. Điều quan trọng đối với sự thành công của IIoT là việc chia lưới và kết nối hiệu quả các công nghệ cảm biến, tính toán và kiểm soát theo cách thức hiệu quả và tiết kiệm năng lượng. Sự phát triển nhanh chóng và đổi mới diễn ra trong đấu trường IIoT đang thúc đẩy lợi ích kinh doanh rõ ràng, về mặt hiệu quả quản lý, giảm chi phí vận hành và khả năng tự phục hồi, các quy trình. Các công ty bán dẫn hàng đầu đang đi đầu trong việc cho phép tương lai IIoT này, với phạm vi rộng về khả năng và công nghệ của họ. Sẽ không lâu sau khi các nhà máy thông minh đang gửi tin nhắn tới các thiết bị di động trên toàn thế giới nói rằng “Đã xảy ra sự cố, sự cố đã được khắc phục và mọi thứ đều đúng tiến độ.”

Chào mừng bạn đến với thế giới mới của nền công nghiệp Internet cho tất cả mọi thứ!

Tags:

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *