物聯網技術在工業自動化中的應用與研究

高偉強

(渤海大學工學院，遼寧 錦州 121000)

物聯網技術在工業自動化中的應用與研究

高偉強

(渤海大學工學院，遼寧 錦州 121000)

隨著信息化工程技術、微計算機技術、微處理技術等科學技術的發展加深，物聯網技術及其產業鏈的發展越來越快，逐漸成為生活、生產中使用率極高、極為普遍的一種發展趨勢。本文通過對工業自動化的技術需求、行業發展模式等內容進行分析，結合物聯網技術的特點與應用現狀，對物聯網在工業自動化中的應用進行分析和探討，以便于能夠提高工業領域的自動化、智能化、科技化程度，同時也能夠對物聯網技術的提高和應用推廣提供相應的助力。

物聯網技術；工業發展；自動化；智能化；應用與研究；科學技術

前言

在現今科學技術迅猛發展的時代里，物聯網技術的運用與提高已經呈現出較為普遍化的趨勢，這項技術的運用不僅是對互聯網與物體之間的聯系，是互聯網技術的延伸與發展，是互聯網產業鏈的創新與開拓，更是因其具有包容性而成為各類高科技技術運用的具體表現，如智能感知、射頻識別、全球定位、紅外線感應等信息傳遞設備的充分運用。因此，通過對物聯網的行業運用現狀進行分析，結合工業行業的自動化技術和相關設備的應用情況，探討其在工業自動化生產運輸、智能化控制監測等方面的運用，不僅能夠深入開拓物聯網甚至是互聯網技術相關產業鏈的發展，還能夠對工業、制造業等行業的智能化、自動化發展起促進作用，同時還能夠推動社會科學技術及其產業經濟的增長，增強綜合國力與國際競爭實力。

1 物聯網技術

1.1 物聯網技術的內涵

物聯網技術是一種以互聯網技術為基礎、通過全球定位、紅外線感應、激光掃描、射頻識別等方式按照設置好的約定協議將物品、互聯網串聯起來進行信息的通訊、交換，以達到智能化識別、控制、管理、追蹤、定位等功能的網絡技術，也是互聯網技術及其相關行業發展中的外延延伸和拓展，由應用層、網絡層、感知層來進行結構構架，主要由無線通信網、業務應用、運營支撐、傳感網絡等系統來支撐。此技術包含了內部的工業系統、移動終端、家庭智能設施、智能傳感器、視頻監控系統、數控系統等設備及其系統和外部的智能化物件(如攜帶無線終端的車輛)、智能塵埃(如貼有射頻識別標簽的資產等)兩大內容，能夠在極大程度上保障信息運行的安全、促進環保節能和高效。

1.2 物聯網技術的發展歷程

物聯網技術也叫“智慧地球”，是由ASHTON教授(任職于MIT AUTO-ID中心)于1999年時在研究RFID技術時提出來的，經歷了2005年ITU(國際電信聯盟)在同名報告中的定義和范圍的調整后，在2009年8月份的溫家寶總理的政府工作報告中被列為國家五大新興的、戰略性的產業之一，正式變為了“中國制造”的歷程。從目前的技術領域和相關的產業發展模式來看，物聯網技術已經逐漸席卷了世界全球化的進程。

1.3 物聯網的關鍵性技術

物聯網技術簡單來說就是將網絡技術運用到各類型物體、各行各業之中，從而形成狀如“蜘蛛網”類的物聯網，將物理系統與人類社會的生活生產整合起來，利用超級計算機群中的機械設備、人員、軟件編程等系統和設備來提高生產力水平，改善人們的生產方式和生活水平。物聯網在運行過程中的關鍵性技術主要存在于感知層，具備全面而精確的感知能力、能夠解決小型化、低成本、低功耗等問題，主要包含了傳感技術、嵌入式系統技術等關鍵性技術。

(1)物聯網的傳感技術

傳感技術既是物聯網技術的關鍵性技術，更是計算機信息網絡技術中的關鍵技術之一，在兩種網絡技術中，物體之間、物體與網絡之間的信息交換都需要利用傳感器來實現模擬信號與數字信號之間的輸入、轉換、輸出。例如RFID標簽的運用，是RFID技術的一種具體表現形式，是嵌入式技術與無線射頻技術相融合后的一種表現，主要運用于物品物流管理、物品自動識別等環節領域中。

(2)物聯網的嵌入式系統技術

嵌入式系統技術是傳感技術、電子應用技術、計算機硬件軟件、集成電路技術整合后的復雜性技術，網絡像人們的神經系統、傳感器就像人們的五官、嵌入式系統則可看做為人們的大腦。此項技術正隨著經濟、科技發展的速度而不斷地改進，在人們的生產生活中不斷地開拓領域。例如人們可隨身攜帶的智能終端產品(航天航空衛星系統、MP3等)，也在國防建設、發展和工業生產等領域有著積極的意義。

1.4 物聯網技術的運用現狀

從“物聯網”這一概念的出現大現在的發展，在這個漫長的歷史長河中，物聯網技術的運用呈現出越來越廣泛的趨勢，例如在生產、物流、醫學、安防、污水處理等行業中的運用。其中在醫學領域的運用具體表現為在健康管理、醫療、老年健康照護等形式領域中，將病人、亞健康人、健康人、醫生、護士、藥品、醫療設備等物體之間的信息通過互聯網進行交換、傳輸，以便于能夠通過感知形成醫學服務對象、數據交換之間的無縫對接，達到在醫療、保健等服務時能夠采集實時監測控制、連續跟蹤管理的相關數據并依此數據來進行精確合理的健康醫療決策。在安防作業中，物聯網技術的應用就表現在了傳感安全防護的設備使用等方面，如國家民航總局要求全國民用機場必須要選用國產的傳感網防入侵系統。而在污水處理過程中的應用則為建立起污水處理的綜合運營管理平臺，將物聯網技術納入此平臺中的安全管理、水質化驗、日常辦公、生產運行、設備管理等環節之中，對生產數據、工藝設計數據、相關管理數據、視頻監控數據等內容進行統計、分析，然后通過傳感器、互聯網進行數據處理、交換，以得到資源整合后相關處理方案。

2 物聯網技術在工業自動化中的應用

2.1 工業自動化進程的概述

(1)工業自動化的概述

工業自動化是一種以工業生產參數為控制目的、利用自動化和機械化的設備來對過程進行實時控制以減少人工操作的作業方式，簡單來說就是讓工業自動地進行生產的過程，涉及到微電子、機械、機器視覺等相關技術，多被用于電力、制造業、建筑、信息技術等領域。從目前工業自動化的優化過程中可以發現，其在國際上的自動化程度不一，例如在德國啟動工業4.0時，主要在電氣工程、機械制造等領域中的自動化給其創造了條件，而至今在工業領域德國也大多選用“嵌入式系統”。它在工業作業過程中將會起到提高作業安全性、提高生產效率和產品質量、節約成本(減少作業中的能源、原材料的損耗)等作用。傳統的工業作業自動化主要是針對生產過程和設備進行控制，采用的是機電一體化系統，硬件部分(測試傳感部分、本體部分、驅動部分、動力部分、執行機構、信號控制處理單元等)在電子電路邏輯、軟件程序的有目的性引導、集成、融合、協調信息流，在能量、物質的有序運動后形成自動化產品；而現代化的工業自動化則是依托于工業控制機系統(對工業作業過程、工藝裝備、機電設備進行控制與測量的自動化技術工具)，用包含計算機在內的廣義機器來部分或者完全替代人工的一種方式。

(2)工業自動化進程的現狀

工業自動化的發展可以分為三個階段，第一階段是在40年代至60年代初期，工業自動化的發展進程緩慢，時間少，但是還是呈現了許多單機自動化的加工設備，如運用硬件數控系統來加工的數控式機床；第二階段是在60年代中期至70年代初期，歷經幾十年的技術創新與設備改革，最終形成了在單機自動化基礎上的自動化生產線，一些數控的軟件系統慢慢投入進機床之中，如銑、鉆等自動加工的生產線；第三階段是70年代中期至今，在市場環境的推動下形成了以CIM哲理為指導理念的自動化經營、工作模式，集成了單元自動化技術，如在CIMS工廠中經常運用到的FMS(柔性制造系統)。

2.2 物聯網技術在工業自動化中的應用

(1)物聯網在工業自動化中的關鍵技術

在工業自動化發展進程中所運用到的物聯網技術越來越多，主要是在人們各類應用和社會中原有的集成上形成新維度、新高度的集成和通信，而在此過程中起著關鍵性作用的主要有信號、數據處理技術、架構技術、識別技術等。其中物聯網的數據信號處理技術的運用，主要是在工業的銷售、生產等過程中，在遵循語義可互相操作性的規則里，利用其識別、架構技術，將其所有的數據通過互聯網平臺進行分析、和處理(分化、輸出等)。

(2)物聯網技術在安全生產領域內的應用分析

安全生產時工業領域內作業中最基本、最重要的一條規范，其在發展自動化的過程中尤為重要，這就要求了在現有的科學技術水平下，工業自動化進程中必須考慮到生產安全、運輸安全。而因物聯網技術具有智能感知、全球定位、紅外線感知等優點將其與工業自動化進行相結合，不僅能夠極大程度上地提高工業生產的安全性能，還能夠對生產的環境、人員素質有著“沙丁魚效應”。例如，在工業作業的機械設備、作業人員身上等位置配置具有物聯網技術的防護設備、定位裝置等物體，這將會提高對工業作業的監控質量、檢測結果、診斷隱患情況的精準度，有利于提高作業的安全系數，減少作業事故。

(3)物聯網技術在生產制造領域內的應用分析

物聯網技術在生產制造過程中的應用越來越廣泛，在其每一個環節都有具體的表現。例如在生產的相關機械設備中，選用嵌入式系統或者安裝與物聯網相關的技術，用信號、數據技術來對生產設備所產生的數據進行采集，用識別技術和架構技術來對作業中能源與原材料損耗、進庫等環節進行實時監測，對產品的質量進行嚴格把控，這樣既能因其自動化管理生產的流程而提高工作效率，減少成本的投入，還能夠促進產品質量的提高，促進工業生產企業的自動化水平和核心競爭力的提高。

(4)物聯網技術在物流自動化中的應用分析

在貨物運輸、儲存等物流過程中，其自動化程度因物聯網技術的廣泛運用而越來越高，最為突出的就是射頻識別技術(如快遞票據讓的射頻標簽)、架構技術(如智能化物流流水運輸線)等技術的運用，表現得最為具體的就是自動化物流倉庫的建立。自動化倉庫的運行流程主要包含了自動尋址、自動識別系統(如圖一)、監控系統、物流管理系統(如圖二)等環節。在自動尋址環節中，利用物聯網技術中的紅外傳感器，并將其安裝在倉庫內各個巷道的堆垛機上，以便于能夠及時有效地采集物體的具體地址等信息，再通過中央計算機的監管系統對輸入信號進行處理，然后將處理結果輸出。

圖一 自動識別系統

圖二 物流管理系統

結語

在物聯網技術的創新與發展過程中，越來越多的行業、領域、產業都將會極大力度地引入進去，特別是在工業自動化進程的推進中，更是如此。將物聯網技術運用在工業自動化過程中的生產領域、制造領域、流通領域、經營管理等領域中，不僅能夠減少企業的生產、銷售、運營成本，還能夠提高企業的生產效率、質量和自動化程度，更能形成工業企業節能減排、綠色環保的正面形象，對提高工業企業的核心競爭力和品牌效應有著積極的作用，對工業自動化的各個行業的競爭力都有著極大的促進作用。

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