采用环境监测系统的原因有很多,通过环境监测和调节可以营造舒适的温度和照明环境,同时也有利于节能。
常见的环境监测应用之一是高层建筑中的建筑暖通及空调系统(HVAC)。
电力成本的上涨是使得建筑能源管理系统(EMS)大受欢迎。
如今,大多数商业建筑和工厂都开始通过人工智能(AI)和物联网(IoT)解决方案管理建筑暖通及空调系统(HVAC),从而在不牺牲舒适环境的前提下,节省运营开支,提高能源管理效率。 传感器,物联网通信网关,边缘计算控制平台等硬件组成了建筑能源管理系统的框架。这些硬件组成的系统可以进行远程监控,数据处理和多协议通信接口整合,使得建筑内不同系统有机融合成一套生态系统。
由于HVAC应用十分复杂,工业物联网网关部署位置的环境条件可能极端恶劣。
例如,用于HVAC的工业物联网网关可能会被安装在地下室或者靠近办公楼锅炉的位置。这些位置的环境通常十分恶劣,工业物联网网关需要能够在50℃至60℃的高温环境内每天24小时、一年365天持续运行。 当然,能够满足这样极端环境需求的工业物联网网关,自然就意味着它拥有着强固和可靠性。这种强固和可靠的特性也能够为一些虽然环境条件尚可、但系统所在位置难以进行维护的情况所适用。例如放置在高层建筑的屋顶采集水箱数据,或者在电梯井内监测压力等。
以高层建筑中电梯井的热能/压力监测和调节为例。
传统的做法和预测控制是利用虚拟传感器,这在一般情况下是足够应对的。但是,作为高层建筑楼的关键系统,电梯井内可能放置了数百个传感器,虚拟传感器通常无法用于进行实时计算。 为了收集电梯井内从上到下完整的压力和温度情况,工业物联网网关的位置需要配合电梯井内数百个传感器的位置分布策略放置。通过同时监测和控制所有传感器的实时数据,管理和运行将会变得灵活和 部署在电梯井内的传感器将能够绘制出电梯井的实时3D模型,并将模型的值输出到人机界面(HMI)仪表板以显示详细信息,例如某一特定区域或特定楼层的压力等。
对电梯井压力监测的目的是为了实现“烟囱效应”,即热空气的浮力会产生向上移动的气流。
多余的热量可以被引导至较冷的办公室楼层,为寒冷季节提供自然的供暖通风。 在炎热的季节,热气流会导致电梯故障、热能负载过大,可能存在火灾隐患。因此,能够对高层办公楼电梯井内的压力进行24/7全天候实时监测和自动调节是大有益处的。
除了以上的特定应用外,在普通物联网网关应用中,虽然部署的环境相对简单友好,但维修费用和维修时间也是巨大的成本。因此,强固性和可靠性无疑是工业级物联网网关具备的特性。
可见,为了能合理管理一幢现代化的高层办公楼,工业物联网系统能够监测和收集环境数据(数据采集)> 处理和消化收集的数据 > 对数据进行分析过滤和分类 > 基于云应用的数据分析,并提供实用且可行的建设性商业决策。
用户可以通过设置传感器来收集所有可量化的数据,包含噪音声压级,照明,温度,湿度,空气颗粒,建筑OT系统(控制系统)——如水,电,安保等。
数据的整合和转换可以生成十分有价值的数据,用以帮助提高大楼整体的运作效率。 总的来说,使用的工业物联网网关对整幢建筑的环境状况掌握就会准确,因此也能以低电量(成本)高效地运营建筑大楼。
工业级物联网网关的基本要素
由于工业物联网网关经常被放置在需要探测极端环境的传感器附近24/7全天候处于极端环境内,能够在苛刻环境中运行是几乎所有工业物联网网关的必备要素。
在那些很难触及的位置,供电点的配电网络往往很有限,能够接受各种范围的工业电源在工业物联网网关的部署中起着重要作用。因此,支持宽范围电源输入或其它形式电源(如PoE)的能力使得设备的部署更方便可行。
宸曜IGT系列采用高效的散热设计,能够在-25℃至70℃的严苛环境中满负载运行。
同时支持12~25V宽范围直流输入和802.3at PoE+供电。
实时数据的采集对于工业物联网网关至关重要。通过不同的数据采集通道,如数字/模拟量,以太网(Modbus, MQTT, TCP等)和串口连接,可以从传感器或系统中采集到不同来源的数据。
宸曜IGT系列配备了工业专用的数据采集通道,可支持0~10V或4~20mA输出的大多数工业级模拟量通道。许多市售的微处理器都内置了模拟量输入通道,然而它们仅支持0~3.3V,并不在大多数工业传感器的输出范围内。宸曜IGT系列支持各种数据采集通道以连接和获取原位传感器和OT设备的数据。
数据连接
OT和IT设备间的数据传输是十分重要的,IT系统的数据分析具有“因果关系”作用,它直接关系到现场OT系统的优化。
通过数据连接,工业物联网网关将从现场采集的OT数据传送至IT数据系统。理想的数据连接是对连接进行现场测试并通过(电信运营商的)预认证,这样才能保障在测试场外的地点部署设备时数据能够进行连接(4G/ LTE接收,WIFI信号兼容等)。
宸曜IGT系列为用户提供数据连接解决方案,以实现从边缘设备到云的可靠连接,包括:微软Azure IoT,AWS IoT Greengrass和博世物联网套件(Bosch IoT Suite)。
同时,6类LTE模块和工业级物联网网关已通过认证,可在AT&T和Verizon网络上运行以实现LTE连接。
边缘计算和数据加密
采集的数据经过处理后会被分为两种类型,一种是能够在现场(边缘端)直接处理的数据,另一种是需要被加密后传送至云端进行分析的数据。
拥有边缘计算能力的工业物联网网关对于现场能够直接处理的数据,可以对现场事件立即采取行动/做出反应。于此同时,对于需要发送的数据进行加密,以降低数据安全的风险。
最后,加密数据被上传至云端应用进行数据分析,对海量数据进行整理和提取,并将数据呈现在仪表板上,通过一个关键的人机界面显示传感器/OT系统的读数和状态,并为您管理和调整工业物联网系统提供有建设性的商业决策。
宸曜IGT系列预装了Debian作业系统,支持诸如Python,Node-RED之类的软件包以及诸如MQTT,Modbus,SocketCAN等第三方库。