Systèmes de capteurs dans l'IoT industriel

Les composants clés des systèmes industriels modernes sont les capteurs qui fournissent des données aux contrôleurs, moniteurs et autres technologies opérationnelles faisant fonctionner l'usine. La mise en réseau des capteurs est utilisée depuis des années, mais l'avènement d'Internet a élargi à la fois les opportunités et les défis liés à l'utilisation des systèmes de capteurs. Les opportunités et les défis de conception se sont également élargis à mesure que les capteurs font partie de l'Internet des objets industriel (IIoT).

Les capteurs jouent divers rôles dans l'usine moderne. En plus de fournir des données pour le contrôle des processus, ils contribuent à l'évaluation de la qualité, au suivi des actifs et même à la sécurité des travailleurs. L'avènement de puissants logiciels d'analyse basés sur le cloud et de l'intelligence artificielle a également permis d'utiliser les données des capteurs pour réduire les coûts de production grâce à l'optimisation des processus et à la maintenance prédictive. Et une fois acheminées vers Internet, les données des capteurs peuvent être utilisées à diverses fins, de la gestion des approvisionnements à la coordination mondiale des ressources de production.

Pour répondre à ces nombreux objectifs, il existe une grande variété de types de capteurs disponibles, avec de nouvelles versions améliorées qui arrivent continuellement. L'éclairage, la température, le mouvement, la position, la présence, la vision, la force, le débit et la composition chimique sont parmi les types de capteurs les plus courants. Pratiquement chaque type de processus ou de conditions environnementales a un type de capteur adapté à sa mesure, disponible auprès d'un large portefeuille de sociétés telles que TE Connectivity et des prestataires spécialisés comme Aceinna .

Il existe une grande variété de types de capteurs utilisés dans l'industrie qui nécessitent une connexion à l'IoT. (Image :Postscapes)

Traditionnellement, l'information que fournit cette multitude de types de capteurs est restée une ressource locale, confinée à une seule installation ou même à une seule machine. Cependant, l'avènement d'options de connectivité à faible coût et à grande échelle a ouvert la porte à l'accès aux données des capteurs de n'importe où dans le monde. Cette accessibilité a ouvert une vaste gamme d'options pour l'utilisation des données et des informations des capteurs. L'une d'entre elles a suscité un intérêt immédiat et généralisé est la maintenance prédictive, dans laquelle des ordinateurs distants (quelque part dans le cloud) exécutant de puissants algorithmes analytiques utilisent les données de capteurs pour déterminer l'état des machines en temps quasi réel afin d'identifier les besoins de maintenance urgents avant que l'équipement ne tombe en panne. Mais de nombreuses autres applications sont en cours d'identification pour tirer parti de la capacité de connecter des capteurs industriels individuels à toutes les ressources et parties prenantes du monde.

Malheureusement, il n'est pas particulièrement facile de connecter un capteur à Internet et de faire quelque chose d'utile avec les données, surtout s'il s'agit d'anciens systèmes de capteurs. Les capteurs industriels utilisent une variété de protocoles pour envoyer leurs données à leurs utilisateurs traditionnels. Internet, cependant, nécessite des données au format TCP/IP, il y a donc au moins une conversion de protocole requise. Un hub ou une passerelle peut être nécessaire pour consolider et concentrer les données, en particulier si de nombreux capteurs nécessitent une connectivité. Et les données doivent avoir une destination, ce qui signifie utiliser un service cloud quelconque pour au moins stocker les données pour une récupération ultérieure et, souvent, pour effectuer le traitement des données.

La connexion fonctionne dans les deux sens, bien sûr, donc la connexion du capteur au Web offre une opportunité de configuration et de contrôle à distance. Cela déclenche également le besoin d'assurer la sécurité à la fois des données envoyées et des commandes de contrôle entrantes (voir EE Times : The Day When the Industrial IoT Gets Hacked ). L'authentification, l'approvisionnement et la surveillance de l'état d'une multitude de capteurs sont des besoins supplémentaires qui découlent de la connectivité. Ainsi, un capteur industriel IIoT est en fait un ensemble complexe de matériel et de logiciels qui couvre l'écart entre l'appareil à la périphérie et les services dans le cloud. La manière dont on procède pour constituer cette collection varie considérablement selon les situations. Heureusement, il existe également une grande variation dans les produits et services disponibles pour les concepteurs.

L'intégration d'un système de capteurs dans l'IIoT nécessite un écosystème complexe de matériel et de logiciels. (Image :technologies de rupture)

Pour de nombreux développeurs, les systèmes de capteurs existants seront les candidats IIoT. L'équipement industriel a généralement une durée de vie mesurée en décennies, il existe donc une énorme base de capteurs installés qui doit être converti en connectivité Internet. Les développeurs peuvent commencer par ajouter des modules radio intelligents, tels que ceux de Link Labs , qui peut exploiter les interfaces de capteurs existantes et fournir la conversion de protocole nécessaire ainsi que la connectivité. Il existe également une variété de réseaux radio parmi lesquels choisir, notamment Wi-Fi, Bluetooth, LoRaWAN et cellulaire. Les développeurs qui connectent des systèmes existants devront ensuite choisir parmi les nombreux fournisseurs de services cloud et fournisseurs de logiciels d'analyse proposant des services industriels.

Pour les nouvelles conceptions de systèmes, plusieurs options sont disponibles. L'une, bien sûr, consiste à utiliser une approche de conception comme celle d'un système existant, en commençant par le capteur nu. Un contrôleur doit être ajouté pour fournir l'interface du capteur et la sécurité des données, ainsi qu'une radio pour gérer la connectivité réseau. Comme avec l'ancien système, les concepteurs doivent ensuite organiser les services cloud.

Cependant, les développeurs n'ont pas besoin de travailler entièrement à partir de zéro lors de la création d'un nouveau système. Plusieurs approches basées sur des plates-formes sont apparues qui simplifient la combinaison du capteur, du contrôleur et des composants radio en permettant un assemblage mixte de composants compatibles. Un exemple est la plate-forme M2.COM développé conjointement par Arm, Advantech, Bosch Sensortec, Sensirion et Texas Instruments. Cette plate-forme utilise un facteur de forme et des interfaces standardisés pour permettre aux développeurs de choisir un capteur conforme et un module sans fil de l'un des nombreux fournisseurs différents, puis il suffit de les brancher ensemble, d'installer l'agent logiciel IoT de la plate-forme et de développer leur programme d'application pour créer un capteur module qui peut ensuite être utilisé avec une variété de plates-formes cloud.

L'assemblage d'un système de capteurs IIoT est plus simple lorsque vous utilisez des blocs de construction standardisés, comme avec la plate-forme M2.COM. (Image :M2.COM)