Сегодня, говоря о беспроводных датчиках Интернета вещей (IoT), мы представляем себе компактные устройства, идеально подходящие для небольших помещений и ограниченных пространств. Однако, перенося такие датчики в реальную производственную среду — будь то заводские цеха, строительные площадки или удалённые объекты инфраструктуры — возникают совершенно новые требования, которые зачастую кардинально меняют концепцию продукта. "Беспроводному" датчику приходится эволюционировать и обзавестись… проводами. Как это происходит и почему — разберёмся в этой статье

Провода у беспроводных IIoT-датчиков: атавизм или эволюционное преимущество?

Что же такого происходит, что беспроводные датчики для индустриального интернета вещей (IIoT) так не похожи на своих собратьев для умного дома (IoT)?

Представьте себе обычный бытовой термометр для умного дома: маленький и лёгкий. Теперь перенесём этот прибор в условия российского промышленного предприятия, допустим, в Красноярском крае зимой или на любой нефтехимический завод нашей необъятной Родины. Реалии промышленного сектора вносят значительные изменения — специфика условий эксплуатации накладывает жесткие ограничения на оборудование.

Что добавляет первая буква «I» в аббревиатуре «IIoT» (Industrial Internet of Thing)?:

• Рабочий температурный диапазон : Местом установки датчика может оказаться как помещение, так и улица. Поэтому датчик должен бесперебойно работать от -40°C, а учитывая климатические особенности нашей необъятной Родины, то и от -55°C. Верхний порог температуры тоже важен – горячие цеха, котлы, поверхность доменной печи….

• Механическая прочность: Корпус промышленного датчика должен выдерживать падение с высоты двух метров на бетонный пол без потери функциональности.

• Защита от пыли и воды: При установке на открытом воздухе или в местах с высоким уровнем влажности устройство должно сохранять работоспособность, несмотря на дождь, снег или запыленность.

• Стойкость к вибрации: Некоторые зоны предприятий характеризуются сильной вибрацией оборудования. Она не должна сказываться на работе датчиков.

• Взрывозащита: Если производство взрывоопасное, то в датчике должна быть предусмотрена взрывозащита.

• Энергоэффективность: Датчик должен быть максимально автономен в части питания: в идеале весь срок службы он должен проработать на одной батарейке – а это не менее 5 лет. Замена тысяч батареек каждые пару лет – не самая радужная перспектива для сотрудников производства.

Таким образом, есть целый ряд требований, которые противоречат друг другу. И тут начинаются компромиссы... или, вернее, правильные инженерные решения.

Возьмем для примера термометр.

• С одной стороны, для обеспечения высокой точности и низкой задержки измерения температуры требуется поместить датчик непосредственно в зоне действия температуры. Например, на заглублённом в землю трубопроводе в окружении металлоконструкций.

  С другой стороны, для уверенной радиосвязи датчика необходимо разместить радиомодуль и антенну датчика в зоне уверенного приёма радиосигнала, например повыше от земли.

• С одной стороны, датчик должен находится в непосредственном контакте с объектом измерении. Например, трубопроводом с температурой поверхности до + 300С градусов.

  С другой стороны, электроника и химические элементы питания имеют свои температурные ограничения, исключающие нахождение вблизи мощных источников тепла.

• С одной стороны, нам нужно произвести измерение температуры в ограниченном пространстве в точке контроля или в потоке жидкости/газа.

  С другой стороны, габариты и форма корпуса датчика объективно продиктованы требованиями ударопрочности и размещения в нем всей электронной начинки и элемента питания.

Необходимо примирить предъявляемые требования, и такая инженерная задача привела к появлению проводов у индустриальных беспроводных датчиков.

Источник питания датчика, радиомодуль со встроенной в корпус электроникой, заключённой в ударопрочный корпус, решено было отделить от чувствительного элемента датчика на расстояние, достаточное для обеспечения уверенной радиосвязи, щадящих условий по окружающей температуре и месту для размещения.

А чувствительный элемент датчика даёт простор конструкторам-проектировщикам для изменения его формы и габаритов, для наиболее оптимального расположения непосредственно в точке контроля.

Выводы и перспективы развития

Современный рынок предлагает различные подходы к решению предъявляемых требований и возникающих противоречий. Одни производители выбирают создание компактных моноблочных решений, объединяя функциональность и простоту конструкции. Другие предпочитают внедрение бесконтактных методов измерения, минимизируя влияние внешних факторов.

Однако наша компания выбрала иной путь — мы полагаем, что наличие проводов у беспроводных датчиков является оправданным компромиссом. Это решение позволяет сохранить высокую точность измерений, обеспечивая надёжную передачу сигнала даже в сложных промышленных условиях. Более того, многолетний опыт внедрения наших устройств подтверждает правильность выбранного направления. Использование высококачественных кабелей, тщательная организация защиты от механических повреждений, пыли и влаги обеспечивают долговечность и стабильность работы оборудования.

Стоит отметить, что наши датчики представлены широким ассортиментом моделей, включая многоканальные версии и приборы с различными измерительными элементами. Такое разнообразие позволяет оптимально подобрать устройство под конкретные производственные нужды.

Итак, остаются ли провода у беспроводных датчиков атавизмом или же это осознанная эволюционная необходимость? Поделитесь своими мыслями и предложениями в комментариях ниже. Обсудим возможные компромиссы и лучшие практики, способствующие созданию оптимального решения для любого производства.