物聯網背景下電氣自動化的發展研究

喜 琍

江蘇航運職業技術學院 江蘇南通 226010

電氣自動化是電氣技術、信息技術以及其他技術融合、發展的產物，具有綜合性、集成性等特點。當前，電氣自動化已經被廣泛地應用于工業生產領域，不僅極大地改善了企業的生產形式、提高了企業的生產效率，也在客觀上推動了我國產業結構的轉型與升級[1]。從電氣自動化的發展歷程來看，信息技術扮演著重要的角色。信息技術的每一次發展與變革，均會推動電氣自動化的跨越式發展，使電氣自動化能夠更好地滿足時代發展的需求。物聯網是信息技術發展的新成果，以萬物互聯為核心內容，強化了現實世界與信息世界的聯系，被稱為第四次信息革命。物聯網在電氣自動化的發展中具有廣闊的應用價值，能夠增強電氣自動化的性能。因此，立足物聯網背景，探索電氣自動化的新發展，成為了當前的重要任務。

一、物聯網概述

物聯網最早出現于20世紀末的美國。1999年，美國麻省理工學院自動識別中心(MIT Auto-ID Labs)提出Internet of things的概念，這是一種基于無線射頻識別技術(RFID)的實物性互聯網。早期的物聯網概念是基于物流系統背景提出，隨著技術的不斷發展和應用的日益廣泛，物聯網的內涵發生了深刻的變化。2005年召開的信息社會世界峰會發布了《ITU Internet reports 2005—the Internet of things》，正式確立了物聯網的概念，并總結了物聯網的特征、發展機遇以及面臨的挑戰。物聯網概念的發展歷史如圖1所示。綜合前人的研究成果來看，物聯網有狹義、廣義之分，狹義層面的物聯網指連接多個物品的網絡，廣義層面的物聯網則指現實世界與信息世界的融合，涵蓋物與物、人與物以及人與環境間的連接，是信息技術全面融入人類社會的產物[2]。射頻識別技術、傳感器技術、M2M技術、近距離無線通信技術等是物聯網的關鍵技術。物聯網的功能主要有三點：一是全面感知。依托射頻識別技術、傳感器技術，物聯網可隨時獲取用戶、產品信息；二是可靠傳送。依托通信網與互聯網，物聯網可自由交互、共享信息；三是智能處理。物聯網能利用大數據、云計算等技術，對各類數據進行分析、處理，充分發揮數據的價值，實現智能決策與控制。

圖1 物聯網概念的發展歷史

二、電氣自動化的特點與應用

(一)電氣自動化的特點

從技術應用層面而言，電氣自動化的特點主要有以下三點：一是專業性。電氣自動化涵蓋硬件、軟件兩個層面的內容，操作步驟復雜，具有較強的專業性。以金屬冶金電氣自動化為例，該方案涉及大量的細節性操作，并且，在差異性的環節中需要配置不同的控制方案，對操作人員的專業能力與業務素養有較高的要求；二是普適性。工業生產中存在著許多不確定因素以及突變因素，這些因素會影響生產流程的持續性以及生產質量。電氣自動化能夠實現多技術層面的覆蓋應用，針對復雜工藝流程設計科學、合理、有效的技術框架，具有普適性的特點，能夠滿足不同場景下工業生產的需要；三是依賴性。電氣自動化對電子信息技術具有較強的依賴性，因為電子信息技術不僅可以保證控制方案的運行效率，使控制方案更好地滿足生產活動的需求，也能輔助企業開展自動化工作，提升電子自動化控制的效果。因此，在實踐層面，企業多借助傳感器采集數據，再匹配信號處理器完成相關工作。

(二)電氣自動化的應用

電氣自動化在生產領域有著廣闊的應用，比如，集成化系統的應用。以汽車產業為例，早期的汽車生產分為多個系統，各系統具有一定的獨立性，彼此負責不同的領域，電氣自動化的應用改變了汽車的生產模式，使汽車生產從分散化走向集成化。與傳統生產模式相比，基于電氣自動化的集成化系統具有顯著的優勢，一方面，集成化系統可以強化汽車生產各個方面的控制，有效減少汽車生產中的質量問題，保證汽車產品的品質，另一方面，集成化系統也大幅度改進和提升了汽車生產效率，提高了企業的經濟效益。又如，生產自動化控制系統。在相關行業的生產中，電氣自動化的應用可以促進生產過程的自動化，特別是在基礎控制作業方面，電氣自動化可以借助PLC系統以及工業控制計算機等，取代傳統的模擬控制技術方案，構建完整的自動化控制機制以及和自動化控制機制相匹配的生產自動化機制，從而高效完成自我診斷、自我校正等多項工作，提高生產效率。

三、物聯網在電氣自動化發展中的作用

(一)優化設備管理

現代工業生產正向著精細化、集成化、復雜化的方向發展，一件產品的生產或者一道生產工序的完成，往往需要使用到多臺設備。因此，設備自身的質量以及運行情況，就成為影響工業生產效果的重要因素。電子自動化的發展及其在工業生產中的應用，極大地解放了人力，無人生產成為一種常態，這在提高生產效率、壓縮生產成本的同時，也對生產設備的質量、性能提出了更高的要求。對此，物聯網在設備管理中具有重要的應用價值。依托各種類型的傳感器，物聯網能夠對設備的外部環境以及運行情況實時監控，并且，在設備出現異常情況時，如效率下降、停止運行等，物聯網能在第一時間將異常信息傳遞出去，最大限度地縮減了從設備異常到檢查維修的時間[3]。

(二)加強生產監控

生產監控是工業生產中的重點內容。基于電氣自動化的工業生產有著非常復雜的流程，這對生產監控帶來了很大的挑戰，而物聯網則在加強生產監控中有著重要的應用價值。一方面，在傳感器的支持下，物聯網可以對設備運行進行監控，查看運行中的設備是否出現了偏離參數值的情況，并在出現問題時自動發出警報，使生產流程能夠正常進行。另一方面，物聯網也能對整個生產過程進行監控，幫助企業查找生產環節中價值增值較低，乃至沒有價值增值的環節，助力企業優化生產流程，降低企業的運行成本，提高企業利潤[3]。不僅如此，物聯網在庫存監控中也有著重要的應用價值，可以對庫存的外部環境以及庫存變動進行動態化監督，助力企業優化資源配置效果。

(三)加強安全管理

對現代工業企業而言，安全管理是非常重要的內容。工業生產中存在著安全風險，并且，安全風險存在客觀性、多樣性、危害性的特征。從客觀性的角度而言，安全風險不以人的主觀意志為轉移，一旦達到某種觸發條件，安全風險便會產生。從多樣性的角度而言，安全風險貫穿于企業生產的各個階段，如作業風險、設備風險等。從危害性的角度而言，安全風險發生后會帶來相應的危害，甚至會形成蝴蝶效應。因此，加強安全管理就成為電氣自動化發展的必然要求，而物聯網則在加強安全管理中發揮著突出的作用。電子自動化安全管理涵蓋包括安全風險識別、安全風險分析、安全風險評價、安全風險應對、安全風險監督五點內容，物聯網能夠依托傳感器、大數據技術等，做好安全風險的識別、分析與應對，提高安全管理水平。

(四)打造數字工廠

數字經濟是基于網絡信息技術的新型經濟，不僅包含信息產業，更包含大量交叉領域的產業，在社會經濟發展中的地位與作用持續提升。數字經濟的到來極大地減少了消費者與生產者之間的中間環節，使二者可以直接聯系，比如借助電子商務，能夠將企業產品直接銷售給消費者，極大地降低了交易成本，優化了資源的配置[5]。同時，數字經濟發展能夠有效融合工業化與信息化，提升發展中國家的高端制造水平，如我國的《中國制造2025》。在網絡信息技術與經濟發展融合日益密切的今天，大數據、云計算、物聯網等在三大產業中的滲透程度不斷提升，成為驅動經濟發展、轉型、升級的關鍵要素之一。物聯網在電子自動化發展中的應用，能夠推動工業企業從傳統企業向數字工廠轉變，助力數字經濟發展。

四、物聯網背景下電氣自動化發展對策

(一)加強環境建設

環境建設是物聯網背景下電氣自動化發展的首要內容，對此要從硬件、軟件環境建設兩個角度采取措施。首先，就硬件環境建設而言，硬件配置包括兩個方面的內容，一是網絡設備，網絡系統是網絡技術的外在表現，包括通信網絡以及網絡資源兩個部分，主要設備有網管、網橋、路由器、交換器、中繼器、集線器等；二是物聯網硬件配置，物聯網的硬件組件主要有很多，以射頻識別技術為例，硬件配置有標簽、閱讀器、天線等，標簽主要用于和射頻天線間的通信，分為有源和無源兩大類。傳感器是硬件環境建設的重點，傳感器主要負責信息采集，是自動檢測以及自動控制的先決條件，居于基礎性地位。對此，要著力提升傳感器的靈敏度，并發揮好各類傳感器的協同作用。其次，就軟件環境建設而言，要打造專門的物聯網信息系統，從長遠的角度來看，企業電氣自動化需求處于動態化的發展中，而隨著新技術的應用，信息化管理系統的要求也在提升，因此，信息系統需要具有良好的開放拓展性。

(二)擴大應用范圍

對電氣自動化而言，物聯網在多個領域具有重要的應用價值，而進一步擴大物聯網的應用范圍則是充分發揮物聯網價值的重點內容。當前，物聯網在電氣自動化發展中的應用集中于設備監控、生產過程監控、安全管理等方面。此外，節能環保也是物聯網的重要應用領域。隨著改革開放的不斷深入，我國經濟建設取得了巨大的成就，但受粗放式發展模式的影響，我國也面臨著自然生態問題。2015年發布的《環境保護法》對企業環境保護責任作了明確的規定。從2018年1月1日起，排污費被轉變為環境稅，國家層面以立法的形式確認、固化環境費用，凸顯了環境保護的重要性。物聯網能夠跟蹤生產過程，借助傳感器，實時監控環境質量，如空氣質量、水體質量等，有助于及時發現企業生產中存在的環境污染問題，并配合相關部門做好環境整治工作[6]。并且，物聯網的應用也能幫助企業監控電量使用，實現節能目標。

(三)做好員工培訓

員工是物聯網背景下電氣自動化發展的主體，員工自身的素質對物聯網背景下電氣自動化發展具有重要的影響。物聯網的發展及其在電氣自動化中的應用對員工提出了更高的要求，對此，要重視員工培訓工作，并從以下兩點優化員工培訓機制。首先，更新員工培育理念。知識經濟時代的到來強化了員工在企業發展中的職責，而信息化建設則進一步提升了員工的綜合素質要求。要以復合型人才作為培育理念，著力培育既有專業能力，也具備現代信息技術能力的新型員工，使員工對物聯網與電氣自動化發展間的關系有深刻的認識，全面提升員工的綜合素質。其次，創新人才培育方式。遵循“引進來”與“走出去”相結合的人才培訓方式，一方面，加大相關專業畢業生的引入力度，優化員工的年齡結構與學歷結構，另一方面，積極組織優秀員工到信息化建設成果比較顯著的企業參觀、學習，以多元化的培訓方式強化人才培訓機制的效能，提高員工的綜合素質。

結語

現代信息技術的發展與迭代為企業電子自動化發展帶來了前所未有的機遇，在物聯網的支撐下，物理基礎設施和信息基礎設施從分類走向融合，實現了信息的雙向流動與交互。對此，要從加強環境建設、擴大應用范圍、做好員工培訓三個維度做好物聯網背景下電氣自動化的發展。