面向工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)分析研究

［摘 要］隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代已到來(lái)。在保障工業(yè)設(shè)備安全性、可靠性、穩(wěn)定性的前提下，工業(yè)設(shè)備的全過(guò)程監(jiān)控勢(shì)在必行。傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，工業(yè)設(shè)備信息監(jiān)控存在區(qū)域盲區(qū)。文章分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化現(xiàn)狀，探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，通過(guò)采用多種數(shù)據(jù)傳輸形式，有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)端傳輸，達(dá)到全流程監(jiān)控的目標(biāo)，進(jìn)而有利保障工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行安全。

［關(guān)鍵詞］工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；融合發(fā)展

［中圖分類號(hào)］TN75 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）02–0104–03

在傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化管理中，存在兩大難題：①設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)全部依賴“有線”，數(shù)據(jù)監(jiān)控十分不便，只有現(xiàn)場(chǎng)人員清楚設(shè)備的運(yùn)行情況，生產(chǎn)商、工廠管理人員、技術(shù)人員通常無(wú)法及時(shí)獲知運(yùn)維數(shù)據(jù)，只能依靠呈報(bào)的運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)信息的獲取；②設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，某些設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)背后所隱含的信息無(wú)法及時(shí)獲取，采用定期維保的方式進(jìn)行故障大排除，較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力，故障排查效率較低。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化中，在移動(dòng)通信高度發(fā)展的今天，其不僅可有效彌補(bǔ)“有線”監(jiān)控技術(shù)的不足，使參與設(shè)備管理的各方人員清晰了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，還可以通過(guò)遠(yuǎn)程發(fā)送的數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)分析，生產(chǎn)商可及時(shí)判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并為用戶提供準(zhǔn)確的設(shè)備數(shù)據(jù)信息，為用戶的維保工作提供合理化的建議。此模式可有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析

物聯(lián)網(wǎng)主要是將原本無(wú)法數(shù)據(jù)互通的物體通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互連互通。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使連入互聯(lián)網(wǎng)的用戶終端呈現(xiàn)幾何倍數(shù)的遞增。“物聯(lián)網(wǎng)+具體行業(yè)”的應(yīng)用模式促使很多傳統(tǒng)行業(yè)完成了智慧化轉(zhuǎn)型。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下5 方面特征。

1.1 泛連接化

泛連接化是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的顯著特征之一。傳統(tǒng)的連接互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備主要包括電腦或移動(dòng)通信設(shè)備等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用跳出了傳統(tǒng)應(yīng)用范疇，例如，車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等概念的提出就是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上得以實(shí)現(xiàn)。大規(guī)模的設(shè)備終端連入產(chǎn)生了海量的使用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)價(jià)值逐步體現(xiàn)出來(lái)。用戶可根據(jù)數(shù)據(jù)了解物的使用狀態(tài)。生產(chǎn)制造商通過(guò)使用數(shù)據(jù)可進(jìn)行產(chǎn)品的優(yōu)化，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 智能化和自動(dòng)化

傳統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)監(jiān)控能力十分有限，接入用戶數(shù)量較少，而應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能監(jiān)控平臺(tái)可以做到區(qū)域、市級(jí)、省級(jí)等大范圍的監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打破了傳統(tǒng)的控制方式。以智能家居為例，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，針對(duì)室溫、濕度監(jiān)控的裝置全部都可通過(guò)無(wú)線技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，不論是現(xiàn)場(chǎng)安裝還是后期的運(yùn)維等，均十分便捷。智能家居控制系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)作室內(nèi)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如照明燈、熱水器等）。用戶可根據(jù)自身需求進(jìn)行室內(nèi)溫濕度參數(shù)等的自由設(shè)定，為用戶帶來(lái)了更加豐富的生活體驗(yàn)。

1.3 互聯(lián)互通和遠(yuǎn)程管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使物體之間可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的交互和信息共享。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用戶可以遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)物的管理。例如，智能空調(diào)控制系統(tǒng)、智能車輛控制系統(tǒng)等設(shè)備均是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程管理。

1.4 安全性和隱私保護(hù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，某些數(shù)據(jù)極其敏感，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用需要考慮到用戶數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。針對(duì)某些重要數(shù)據(jù)可進(jìn)行私有云定制化開發(fā)，避免數(shù)據(jù)共用服務(wù)器，確保用戶數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全。

1.5 開放性和靈活性

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展具有很強(qiáng)的開放性和靈活性。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將更具開放性，更多的物將進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)。隨著6G 技術(shù)為代表的新技術(shù)的涌現(xiàn)，必將帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向更高層級(jí)進(jìn)行躍升。

2 工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化現(xiàn)狀分析

2.1 設(shè)備集中遠(yuǎn)程化管理程度不足

目前，很多工業(yè)設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化與可視化監(jiān)控。但是，相對(duì)應(yīng)的用戶工業(yè)管理水平相對(duì)落后，例如，很多企業(yè)設(shè)備運(yùn)行臺(tái)賬的建立依靠手抄本進(jìn)行記錄；工業(yè)設(shè)備運(yùn)行時(shí)常伴隨噪聲、振動(dòng)、高溫等不良環(huán)境；設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)依靠人工完成，其準(zhǔn)確性較難保證，尤其針對(duì)設(shè)備歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯十分困難。因此，針對(duì)工業(yè)設(shè)備進(jìn)行集中化統(tǒng)一管理勢(shì)在必行。通過(guò)集中化的統(tǒng)一管理，可實(shí)現(xiàn)多區(qū)域的無(wú)人值守、集中監(jiān)視，進(jìn)而大幅提升工業(yè)企業(yè)管理水平。

2.2 設(shè)備故障排查效率較低

設(shè)備故障是工業(yè)設(shè)備運(yùn)行的最常見問(wèn)題。在進(jìn)行設(shè)備故障排除時(shí)，故障原因診斷相對(duì)比較耗時(shí)。對(duì)于某些常見故障問(wèn)題（如電氣系統(tǒng)保險(xiǎn)熔斷、控制繼電器不動(dòng)作等）可以進(jìn)行短時(shí)間內(nèi)的故障排除。但是，針對(duì)某些故障問(wèn)題，需要進(jìn)行多方判斷。由于無(wú)法及時(shí)了解設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障的快速診斷，需要針對(duì)多種可能存在的故障原因進(jìn)行一一排查，所以故障處理的效率相對(duì)較低。

此外，工業(yè)設(shè)備的維保至關(guān)重要。當(dāng)工業(yè)設(shè)備存在超期使用情況時(shí)，其故障率會(huì)大幅提升。

2.3 設(shè)備維保模式相對(duì)落后

工業(yè)設(shè)備售出后，基本是按照定期維保的模式進(jìn)行展開。但隨著工業(yè)設(shè)備的復(fù)雜性不斷加深，常規(guī)周期性維保方式顯然已無(wú)法滿足需求。故障通常由小隱患堆積而成。若能在隱患出現(xiàn)的過(guò)程中，及時(shí)洞悉隱患并排除，主動(dòng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，可減少故障的發(fā)生，進(jìn)而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。例如，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備廠商可通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)端獲取設(shè)備運(yùn)行的多維數(shù)據(jù)進(jìn)而對(duì)設(shè)備做出全面診斷，并對(duì)用戶的設(shè)備使用、維保提出針對(duì)性建議，做到設(shè)備運(yùn)維的精細(xì)化管理。

2.4 數(shù)據(jù)分析能力欠缺

工業(yè)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程會(huì)產(chǎn)生各種數(shù)據(jù)。關(guān)鍵數(shù)據(jù)的提取、分析、決策等相關(guān)技術(shù)較為空白，很難將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)較好地利用起來(lái)，進(jìn)而服務(wù)好企業(yè)的運(yùn)行發(fā)展。

以上問(wèn)題很大程度上制約了我國(guó)現(xiàn)有工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的高質(zhì)量水平發(fā)展，需要迫切解決。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用主要通過(guò)移動(dòng)通信的方式將底層采集的各種數(shù)據(jù)傳輸至移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的另一端。在具有移動(dòng)/ 有線通信網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域，工業(yè)設(shè)備可通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)接入到互聯(lián)網(wǎng)中。圖1 為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

如圖1 所示，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)與現(xiàn)有工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化進(jìn)行融合后，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下3 方面。

3.1 數(shù)據(jù)感知

在工業(yè)自動(dòng)化中，通過(guò)各種傳感器的應(yīng)用，可將各種所需信息及時(shí)傳遞到控制系統(tǒng)中，控制器根據(jù)相應(yīng)的程序完成整套設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)感知層包括功能各異的傳感器與整個(gè)底層控制單元。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，電是設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不可或缺的重要驅(qū)動(dòng)力。由于電壓存在波動(dòng)性，電壓過(guò)高易導(dǎo)致電氣件損壞，電壓過(guò)低，易導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用，可將采集到的電壓數(shù)值進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)電壓異常的情況下，可通過(guò)報(bào)警的形式向相關(guān)管理人員發(fā)送信息，及時(shí)排除故障原因。例如，某套工業(yè)設(shè)備其核心控制系統(tǒng)為PLC，物聯(lián)模塊可通過(guò)以太網(wǎng)/RS485 等通信方式實(shí)現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)互通。然后由物聯(lián)模塊將整套設(shè)備的關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)打包式整體發(fā)送，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)感知。

3.2 工業(yè)設(shè)備集中化遠(yuǎn)程化監(jiān)控

傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備搭建遠(yuǎn)程集中化監(jiān)視平臺(tái)較為繁瑣。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以大幅降低用戶搭建監(jiān)控平臺(tái)的成本。工業(yè)設(shè)備通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可將關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。用戶可通過(guò)B/S架構(gòu)在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行工業(yè)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)視。該模式使用較為便捷，可依托專業(yè)的技術(shù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)所需工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程化監(jiān)視。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程啟停。在日常進(jìn)行設(shè)備使用時(shí)，操作人員可在監(jiān)控室/ 具有互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域，在授權(quán)許可的情況下完成設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，應(yīng)用較為方便。

3.3 基于數(shù)字化的運(yùn)維監(jiān)控平臺(tái)建立

數(shù)據(jù)采集的目的在于數(shù)據(jù)運(yùn)用、分析。當(dāng)感知層將數(shù)據(jù)從末端進(jìn)行上傳后，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化監(jiān)控。某工業(yè)園區(qū)為工業(yè)設(shè)備整體用電、用水、用氣量建立了集中監(jiān)控平臺(tái)。

該物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)可對(duì)每日、每月、每年該園區(qū)內(nèi)的總用電量、用氣量、用水量進(jìn)行數(shù)字化展板分析。通過(guò)曲線圖、柱狀圖、餅圖等數(shù)字統(tǒng)計(jì)手段，形象地為管理人員展示出該園區(qū)工業(yè)設(shè)備的能源消耗情況，方便園區(qū)管理人員進(jìn)行集中管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。文章以工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化技術(shù)為研究對(duì)象，將其與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行融合分析研究。針對(duì)現(xiàn)有工業(yè)設(shè)備存在的問(wèn)題，通過(guò)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將其應(yīng)用于傳感網(wǎng)絡(luò)的搭建、遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)施、數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)的建立中，進(jìn)而打破工業(yè)設(shè)備運(yùn)行的“信息隔絕”，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的智能化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 林鋒，劉思雨. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究，2023（22）：90-92.

[2] 亓?xí)员颍瑥垥詵|. 基于物聯(lián)網(wǎng)及云平臺(tái)的工廠環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 機(jī)電工程技術(shù)，2020，49（8）：135-138.

[3] 胡立鵬. 基于云平臺(tái)的手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2019.