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工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

  工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將具有感知、監控能力的各類(lèi)采集或控制傳感或控制器以及泛在技術(shù)、移動(dòng)通信、智能分析等技術(shù)不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)環(huán)節,從而大幅提高制造效率,改善產(chǎn)品質(zhì)量,降低產(chǎn)品成本和資源消耗,最終實(shí)現將傳統工業(yè)提升到智能化的新階段。從應用形式上,工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用具有實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化、嵌入式(軟件)、安全性、和信息互通互聯(lián)性等特點(diǎn)。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

  工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究是一個(gè)跨學(xué)科的工程,它涉及自動(dòng)化、通信、計算機以及管理科學(xué)等領(lǐng)域。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用需要解決眾多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題(見(jiàn)下圖)

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 傳感器技術(shù):價(jià)格低廉、性能良好的傳感器是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的基石,工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求更準確、更智能、更高效以及兼容性更強的傳感器技術(shù)。智能數據采集技術(shù)是傳感器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。信息的泛在化對工業(yè)傳感器和傳感裝置提出了更高的要求。具體如,微型化:元器件的微小型化,要求節約資源與能源;智能化:具備自校準、自診斷、自學(xué)習、自決策、自適應和自組織等人工智能技術(shù);低功耗與能量獲取技術(shù):供電方式為電池、陽(yáng)光、風(fēng)、溫度、振動(dòng)等多種方式。

  設備兼容技術(shù):大部分情況下,企業(yè)會(huì )基于現有的工業(yè)系統建造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng),如何實(shí)現工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中所用的傳感器能夠與原有設備已應用的傳感器相兼容是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)推廣所面臨的問(wèn)題之一。傳感器的兼容主要指數據格式的兼容與通信協(xié)議的兼容,兼容關(guān)鍵是標準的統一。目前,工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中普遍采用的如Profibus、Modus協(xié)議,已經(jīng)較好地解決了兼容性問(wèn)題,大多數工業(yè)設備生產(chǎn)廠(chǎng)商基于這些協(xié)議開(kāi)發(fā)了各類(lèi)傳感器、控制器等。近年來(lái),隨著(zhù)工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用日漸普遍,當前工業(yè)無(wú)線(xiàn)的WirelessHART、ISA10011a以及wIAPA3大標準均兼容了IEEE802154無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議,并提供了隧道傳輸機制兼容現有的通信協(xié)議,豐富了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統的組成與功能。

  網(wǎng)絡(luò )技術(shù):網(wǎng)絡(luò )是構成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心之一,數據在系統不同的層次之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸。網(wǎng)絡(luò )分為有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò ),有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )一般應用于數據處理中心的集群服務(wù)器、工廠(chǎng)內部的局域網(wǎng)以及部分現場(chǎng)總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )中,能提供高速率高帶寬的數據傳輸通道。工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )則是一種新興的利用無(wú)線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行傳感器組網(wǎng)以及數據傳輸的技術(shù),無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用可以使得工業(yè)傳感器的布線(xiàn)成本大大降低,有利于傳感器功能的擴展,因此吸引了國內外眾多企業(yè)和科研機構的關(guān)注。

  傳統的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)較為成熟,在眾多場(chǎng)合已得到了應用驗證。然而,當無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用于工業(yè)環(huán)境時(shí),會(huì )面臨如下問(wèn)題:工業(yè)現場(chǎng)強電磁干擾、開(kāi)放的無(wú)線(xiàn)環(huán)境讓工業(yè)機器更容易受到攻擊威脅、部分控制數據需要實(shí)時(shí)傳輸。相對于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò ),工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)則正處在發(fā)展階段,它解決了傳統的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用于工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境時(shí)的不足,提供了高可靠性、高實(shí)時(shí)性以及高安全性,主要技術(shù)包括:自適應跳頻、確實(shí)性通信資源調度、無(wú)線(xiàn)路由、低開(kāi)銷(xiāo)高精度時(shí)間同步、網(wǎng)絡(luò )分層數據加密、網(wǎng)絡(luò )異常監視與報警以及設備入網(wǎng)鑒權等。

  信息處理技術(shù):工業(yè)信息出現爆炸式增長(cháng),工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數據對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰,如何有效處理、分析、記錄這些數據,提煉出對工業(yè)生產(chǎn)有指導性建議的結果,是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心所在,也是難點(diǎn)所在。

  當前業(yè)界大數據處理技術(shù)有很多,如SAPBW系統在一定程度上解決了大數據給企業(yè)生產(chǎn)運營(yíng)帶來(lái)的問(wèn)題。數據融合和數據挖掘技術(shù)的發(fā)展也使海量信息處理變得更為智能、高效。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)泛在感知的特點(diǎn)使得人也成為了被感知的對象,通過(guò)對環(huán)境數據的分析以及用戶(hù)行為的建模,可以實(shí)現生產(chǎn)設計、制造、管理過(guò)程中的人一人、人一機和機一機之間的行為、環(huán)境和狀態(tài)感知,更加真實(shí)地反映出工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的細節變化,以便得出更準確的分析結果。

  安全技術(shù):工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全主要涉及數據采集安全、網(wǎng)絡(luò )傳輸安全等過(guò)程,信息安全對于企業(yè)運營(yíng)起到關(guān)鍵作用,例如在冶金、煤炭、石油等行業(yè)采集數據需要長(cháng)時(shí)問(wèn)的連續運行,如何保證在數據采集以及傳輸過(guò)程中信息的準確無(wú)誤是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用于實(shí)際生產(chǎn)的前提。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用

  制造業(yè)供應鏈管理:企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),能及時(shí)掌握原材料采購、庫存、銷(xiāo)售等信息,通過(guò)數據分析還能預測原材料的價(jià)格趨向、供求關(guān)系等,有助于完善和優(yōu)化供應鏈管理體系,提高供應鏈效率,降低成本??罩锌蛙?chē)通過(guò)在供應鏈體系中應用傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。

  生產(chǎn)過(guò)程工藝優(yōu)化:工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的泛在感知特性提高了生產(chǎn)線(xiàn)過(guò)程檢測、實(shí)時(shí)參數采集、材料消耗監測的能力和水平,通過(guò)對數據的分析處理可以實(shí)現智能監控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護,提高生產(chǎn)力,降低能源消耗。鋼鐵企業(yè)應用各種傳感器和通信網(wǎng)絡(luò ),在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現了對加工產(chǎn)品的寬度、厚度、溫度實(shí)時(shí)監控,提高了產(chǎn)品質(zhì)量,優(yōu)化了生產(chǎn)流程。

  生產(chǎn)設備監控管理:利用傳感技術(shù)對生產(chǎn)設備進(jìn)行健康監控,可以及時(shí)跟蹤生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)工業(yè)機器設備的使用情況,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把數據匯聚到設備生產(chǎn)商的數據分析中心進(jìn)行處理,能有效地進(jìn)行機器故障診斷、預測,快速、精確地定位故障原因,提高維護效率,降低維護成本。通過(guò)傳感器和網(wǎng)絡(luò )對設備進(jìn)行了在線(xiàn)監測和實(shí)時(shí)監控,并提供了設備維護和故障診斷的解決方案。

  環(huán)保監測及能源管理:工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設備的融合可以實(shí)現對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理環(huán)節關(guān)鍵指標的實(shí)時(shí)監控。在化工、輕工、火電廠(chǎng)等企業(yè)布署傳感器網(wǎng)絡(luò ),不僅可以實(shí)時(shí)監測企業(yè)排污數據,而且可以通過(guò)智能化的數據報警及時(shí)發(fā)現排污異常并停止相應的生產(chǎn)過(guò)程,防止突發(fā)性環(huán)境污染事故發(fā)生。電信運營(yíng)商已開(kāi)始推廣基于物聯(lián)網(wǎng)的污染治理實(shí)時(shí)監測解決方案。

  工業(yè)安全生產(chǎn)管理:安全生產(chǎn)是現代化工業(yè)中的重中之重。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)把傳感器安裝到礦山設備、油氣管道、礦工設備等危險作業(yè)環(huán)境中,可以實(shí)時(shí)監測作業(yè)人員、設備機器以及周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息,全方位獲取生產(chǎn)環(huán)境中的安全要素,將現有的網(wǎng)絡(luò )監管平臺提升為系統、開(kāi)放、多元的綜合網(wǎng)絡(luò )監管平臺,有效保障了工業(yè)生產(chǎn)安全。

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