工業(yè)自動(dòng)化中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

韋作潘

（廣州番禺區(qū)就業(yè)訓(xùn)練指導(dǎo)中心，廣東廣州 510000）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)信息化手段使事物通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接，從而實(shí)現(xiàn)信息化管理、智能感知控制的網(wǎng)絡(luò)。在當(dāng)今信息發(fā)展傳輸速度越來(lái)越快的時(shí)代里，傳統(tǒng)工業(yè)也開(kāi)始逐漸向網(wǎng)絡(luò)化、信息化管理發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)全方位的精準(zhǔn)監(jiān)控感知，進(jìn)一步提高工業(yè)生產(chǎn)效率。

1 概述

工業(yè)自動(dòng)化的本質(zhì)上是通過(guò)自動(dòng)化代替人工的操作的過(guò)程。在工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用中逐漸減少了人員的投入，且對(duì)于部分行業(yè)降低了人員手動(dòng)操作器械的風(fēng)險(xiǎn)，在整個(gè)工業(yè)實(shí)施過(guò)程中人員僅負(fù)責(zé)定期進(jìn)行查看和監(jiān)督相應(yīng)儀表和部件，減少人員的工作量、降低工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)成本并通過(guò)精細(xì)的工藝參數(shù)將整個(gè)生產(chǎn)成果的質(zhì)量提升到批量手工操作不能達(dá)到的程度[1]。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化的過(guò)程中起到重要的作用，通過(guò)對(duì)事物進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制，使事物的狀態(tài)及參數(shù)變得數(shù)據(jù)化、可視化，從而達(dá)到更精確的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制。將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與工業(yè)自動(dòng)化工作結(jié)合起來(lái)，有效推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化和信息化管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化的廣泛深入應(yīng)用，對(duì)國(guó)家推動(dòng)的工業(yè)4.0 智能制造計(jì)劃和“中國(guó)制造2025”有著積極的重要作用。

2 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代萬(wàn)物互聯(lián)的重要延伸拓展。人們通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)達(dá)到人和物的信息交互，使各類(lèi)數(shù)據(jù)信息更加透明化和可視化。且在國(guó)內(nèi)從1999 年的傳感網(wǎng)的概念到ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）在2005 年提出的“物聯(lián)網(wǎng)”概念，再到2009 年國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人“感知中國(guó)”的重要發(fā)言，將物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用推向了高潮。物聯(lián)網(wǎng)在潛移默化中已經(jīng)融入日常生活和工業(yè)制造中，小到日常溫濕度的監(jiān)控、大到智能廠商利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將人、技術(shù)、信息轉(zhuǎn)換融合形成的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)。有觀點(diǎn)認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是建立在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上的，但實(shí)踐證明物聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)也存在差異和不同，主要存在于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用層面、終端設(shè)備、設(shè)備操作系統(tǒng)、路由形式等方面。

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)差異

從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)差異角度觀察，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為主干網(wǎng)和末梢網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。主干網(wǎng)的選擇存在多樣性，可以是互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)，末梢網(wǎng)絡(luò)是終端設(shè)備連網(wǎng)組成。如主干網(wǎng)采用互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，那么物聯(lián)網(wǎng)涵蓋互聯(lián)網(wǎng)，末梢網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備將信息通過(guò)末梢網(wǎng)絡(luò)傳遞給互聯(lián)網(wǎng)。末梢網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備主要由部署在觀察區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，協(xié)作感知并采集相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)感知及目標(biāo)發(fā)現(xiàn)的事物對(duì)象信息，并傳送給觀察者[2]。

2.2 應(yīng)用層面差異

從應(yīng)用層面差異角度來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用于具備定項(xiàng)或?qū)ｍ?xiàng)的功能點(diǎn)信息采集、數(shù)據(jù)分析和智能處置，而互聯(lián)網(wǎng)則是一個(gè)涵蓋多個(gè)層面、具備很強(qiáng)包容性以及綜合性的資源互聯(lián)共享平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)使得各種事物均可作為終端設(shè)備進(jìn)行連接、信息傳遞，本身也具有較強(qiáng)的智能處理的能力[5]，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施基本的自動(dòng)化的控制和感知。

2.3 終端設(shè)備差異

從終端設(shè)備差異層面而言，首先終端設(shè)備的形態(tài)角度來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備終端形態(tài)各異，體積可大可小、不需要人專(zhuān)門(mén)看管、內(nèi)存較小、帶寬較低、使用功能受限、僅可做專(zhuān)項(xiàng)性的采集終端或感知終端。而互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在內(nèi)存和帶寬這兩方面上均內(nèi)存比較大，能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷供電的需求，在能耗方面也并無(wú)其他特殊要求與限制，功能也較為齊全，使用的范圍也較物聯(lián)網(wǎng)終端使用范圍廣[3]。

2.4 設(shè)備操作系統(tǒng)差異

從設(shè)備操作系統(tǒng)差異層面來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的硬件資源受限，節(jié)點(diǎn)設(shè)別中操作系統(tǒng)一般比較簡(jiǎn)單，如：TinyOS 等、內(nèi)存和帶寬都相對(duì)較小、功能項(xiàng)單一。然而傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)則較物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的操作系統(tǒng)更復(fù)雜，內(nèi)存和帶寬占用較多，功能項(xiàng)更多。

3 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有很強(qiáng)的包容性，可將萬(wàn)事萬(wàn)物進(jìn)行信息的感知接入，且起安全性也處于一個(gè)較高的水平。那么物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中關(guān)鍵點(diǎn)在那些技術(shù)點(diǎn)呢？以下將從傳感技術(shù)、架構(gòu)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)和信息傳輸安全四個(gè)方面進(jìn)行論述，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

3.1 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，一定程度上來(lái)說(shuō)，傳感技術(shù)水平是衡量一個(gè)國(guó)家信息化程度的重要指標(biāo)之一。通過(guò)利用設(shè)備儀器感知周?chē)h(huán)境變化或者特殊物質(zhì)的波動(dòng)，比如氣體濃度感知、光線強(qiáng)弱感知、溫濕度變化感知、人體溫度感知等，把通過(guò)感知一期收集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)街醒胩幚砥鳎–PU）中進(jìn)行處理。

3.2 架構(gòu)技術(shù)

此處指的架構(gòu)技術(shù)主要是針對(duì)異構(gòu)信息需要一個(gè)整合的平臺(tái)顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，故需要利用架構(gòu)技術(shù)搭建合理的可視化平臺(tái)將感知部分采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合為可視化數(shù)據(jù)，并對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)的變化及波動(dòng)傾向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)識(shí)別。最終使相應(yīng)用戶(hù)可以利用該平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和問(wèn)題處置。

3.3 嵌入式系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)硬件以及網(wǎng)絡(luò)的集合電路整合調(diào)整后形成相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)涉及多個(gè)部分，較單一的傳感技術(shù)更為復(fù)雜化，嵌入式系統(tǒng)相當(dāng)于是核心處理的部分，處理傳感技術(shù)得到的數(shù)據(jù)，分配到各個(gè)需要的節(jié)點(diǎn)。

3.4 信息傳輸安全

物聯(lián)網(wǎng)信息收集設(shè)備被嵌入電網(wǎng)、鐵路、供水系統(tǒng)工控系統(tǒng)等各類(lèi)別的大型基礎(chǔ)設(shè)施中，其采集的信息重要性不言而喻。相應(yīng)數(shù)據(jù)在中央處理器的作用下進(jìn)行整合傳輸，傳輸過(guò)程中需要保證信息數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中的保密性、完整性。因此，目前對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)傳輸過(guò)程中的傳輸機(jī)制也是一個(gè)重要關(guān)注點(diǎn)，選擇合適的傳輸協(xié)議以及加密機(jī)制可以有效保證信息傳輸?shù)陌踩?/p>

4 物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用

在當(dāng)下信息化如此徹底的時(shí)代，不斷普及物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)中的應(yīng)用。國(guó)家也在相應(yīng)方面頗為重視。各行各業(yè)也通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到效率的極大提升和成本的有效控制，以下從工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品信息化、醫(yī)療信息化幾個(gè)應(yīng)用舉例闡述物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)中的應(yīng)用。

4.1 工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用

在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中自動(dòng)化管理控制是最核心要求，如何有效管理工藝數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)又是關(guān)鍵點(diǎn)。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝數(shù)據(jù)采集的傳感器，人員進(jìn)行儀表或傳感器的檢查，其他工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程完全利用工程師站、操作員站以及上位機(jī)下位機(jī)進(jìn)行操作和修改工藝參數(shù)。例如某某公司物聯(lián)網(wǎng)分揀系統(tǒng)，投入高速交叉帶分揀機(jī)系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、AGV、籠箱及自動(dòng)防跌落卷簾、籠箱導(dǎo)軌，以及大量掃描、識(shí)讀設(shè)備。通過(guò)AGV 調(diào)度系統(tǒng)完成自主搬運(yùn)、自動(dòng)避讓、優(yōu)先任務(wù)執(zhí)行等工作并自動(dòng)充電。通過(guò)識(shí)別條碼標(biāo)，進(jìn)行物流信息的讀取貨物的分揀。在大幅減少人員的基礎(chǔ)上，提高分揀效率，從而保證物流速度。

4.2 產(chǎn)品信息化應(yīng)用

當(dāng)下社會(huì)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中各類(lèi)數(shù)據(jù)產(chǎn)品冗雜，人們對(duì)各類(lèi)產(chǎn)品的使用要求越來(lái)越高，就如家用設(shè)備電飯煲的更新迭代。日常生活中存在多類(lèi)別多功能點(diǎn)的電飯煲，功能點(diǎn)的多少?zèng)Q定價(jià)位的高低。其中智能家居類(lèi)的電飯煲可以遠(yuǎn)程定時(shí)進(jìn)行烹煮飯菜，更加適用于當(dāng)下社會(huì)的需求。工業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)需求利用相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行該類(lèi)別的產(chǎn)品生產(chǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中使相應(yīng)產(chǎn)品信息化，最終適用于客戶(hù)需求。在產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中存在大量的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)，工業(yè)生產(chǎn)中需要對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管控，且在銷(xiāo)售階段同樣需要對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格管控。另外通過(guò)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在產(chǎn)品測(cè)試階段對(duì)測(cè)試鏟平進(jìn)行智能化處理，產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以受到監(jiān)測(cè)，有效統(tǒng)計(jì)測(cè)試過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的變化。

4.3 醫(yī)療信息化應(yīng)用

醫(yī)療產(chǎn)品器械的信息管理關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的行業(yè)，故醫(yī)療物資管理的可視化以及醫(yī)療器械數(shù)據(jù)的可視化可有效提高醫(yī)療質(zhì)量并降低管理成本。具體如：卷標(biāo)在產(chǎn)品上的標(biāo)識(shí)起到查詢(xún)信息和防偽打假的作用，把藥品信息傳送到公共數(shù)據(jù)庫(kù)中，患者或醫(yī)院就能夠利用這項(xiàng)功能核對(duì)藥品是否為正品，方便識(shí)別假冒藥品；藥品從科研、生產(chǎn)、流通、使用整個(gè)過(guò)程中安裝在生產(chǎn)線的讀取器可以自動(dòng)識(shí)別每個(gè)藥品的信息，并將其各項(xiàng)數(shù)據(jù)完整的上傳，也便于市場(chǎng)監(jiān)控；建立一個(gè)可追蹤的醫(yī)療垃圾追蹤系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行全程跟蹤，減少非法處理的情況出現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使醫(yī)療產(chǎn)品器械更具智能化且對(duì)于醫(yī)療物資的使用以及信息查詢(xún)管理更加便捷。

4.4 經(jīng)營(yíng)管理過(guò)程應(yīng)用

在經(jīng)營(yíng)管理過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可有效地降低管理成本。如：上下班打卡以及外出的打卡管理。在企業(yè)進(jìn)行經(jīng)營(yíng)管理的過(guò)程中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將部分活動(dòng)進(jìn)行信息化管理。從而提高經(jīng)營(yíng)管理的效率和經(jīng)營(yíng)管理信息化的實(shí)現(xiàn)，具體應(yīng)用如：物料的管理、工作完成度監(jiān)管等。物料放置容器中安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，容器自動(dòng)感知物料的數(shù)量以及位置，可有效得到現(xiàn)有物料的數(shù)量以及哪些容器需要添置物料以及更換物料。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)著信息化行業(yè)的發(fā)展崛起，萬(wàn)物互聯(lián)也不再是空想，逐漸開(kāi)始變成現(xiàn)實(shí)。在當(dāng)下，主動(dòng)思考各方的需求，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用覆蓋到各行各業(yè)以及日常生活中，認(rèn)真分析各類(lèi)不確定因素，在保證安全的前提下進(jìn)行合理的信息化建設(shè)，進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)家的發(fā)展和信息化技術(shù)的普及，使技術(shù)應(yīng)用于民，做到技術(shù)強(qiáng)國(guó)。