物聯網技術在工業自動化中的應用研究

韓文韜

[摘 ? ?要]時代的迅速發展、科技的不斷進步，促使工業生產逐漸向機械化、自動化方向邁進。物聯網技術作為新時期振興經濟的關鍵技術之一，也被廣泛應用到工業自動化領域。結合實踐來看，該技術不僅提高了工業生產質量和效率，還有效降低了經營成本，有利于為工業企業創造更多的經濟效益，同時加快工業自動化發展進程。基于此，文章將對物聯網技術進行概述，結合其應用現狀，探索其在工業自動化中的實際應用。希望通過本文闡述，可以為相關人員進一步分析提供參考。

[關鍵詞]物聯網技術;工業生產;自動化;應用

[中圖分類號]TN929.5 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–0–03

Research the Application of Internet of Things Technology in Industrial Automation

Han Wen-tao

[Abstract]With the rapid development of the times and the continuous progress of science and technology， industrial production has gradually moved towards mechanization and automation. As one of the key technologies to revitalize the economy in the new era， the Internet of Things technology has also been widely used in the field of industrial automation. Combined with practice， this technology not only improves the quality and efficiency of industrial production， but also effectively reduces operating costs， which is conducive to creating maximum economic benefits for industrial enterprises and accelerating the development of industrial automation. Based on this， this article will give an overview of the Internet of Things technology， combined with its application status， and explore its practical application in industrial automation. It is hoped that the exposition of this article can provide a reference for the further analysis of relevant personnel.

[Keywords]internet of things technology; industrial production; automation; application

新時期背景下，微處理、微計算機、信息化工程等現代化技術不斷優化和完善，促進物聯網技術應運而生，并廣泛深入到各行各業。尤其近年來，我國工業化進程不斷深入，工業企業面臨的市場競爭壓力與日俱增，很多企業為了有效提高生產能力、滿足市場供應需求，盡可能降低生產成本，積極引入物聯網技術，以此來強化自身核心競爭力，從而實現可持續發展目標。從宏觀角度分析，將物聯網技術應用到工業生產領域，還能夠加快產業轉型升級速度，為我國工業企業進軍國際市場助力。由此可見，對物聯網技術及其應用進行分析，無論對技術推廣而言，還是對工業產業發展而言，都有十分重要的現實意義。

1 物聯網技術概述

1.1 物聯網概述

物聯網是信息技術發展到最先進水平的典型代表，也被稱為國際信息產業第三次浪潮，當前受到世界各國廣泛關注，被當作發展經濟、應對金融危機的關鍵技術，在實際應用中離不開末端設施設備的支撐。其組成結構較為復雜，包括傳感系統、定位系統、工業系統等，能夠在網絡覆蓋范圍內與互聯網有效結合，并通過信息安全保障機制，使人與人、人與物、物與物之間進行溝通交流。將其引入工業生產領域，可以實現在線監測、安全防控、調度指揮、遠程控制、智能識別等多種功能，不僅可以提高工業生產效率和質量[1]，還能夠減少生產成本，同時滿足了節能減排需求，有利于促進工業企業向“管、控、營”一體化趨勢發展。

1.2 物聯網體系結構分析

現如今，物聯網技術已經廣泛滲透到人們的工作和生活中，在一定程度上改變了人們的生活方式和工作模式。結合實際應用對物聯網體系結構進行分析，可以概括為以下內容：利用各類傳感器、GPS系統、電子標簽系統及相關數據信息，根據連接協議將生產對象與網際網絡連接到一起，以此來實現定位跟蹤、在線監測、智能識別等功能。另外，物聯網技術中的“物”，并非日常生活中隨處可見的物品，而是有一定的條件約束。例如，能夠接收數據信息、具備儲存能力和執行系統、有專用程序等要求[2]。將其引入工業生產中，主要可以分為3個層次，分別為感知層、傳輸層和應用層。其中傳輸層也被稱為網絡層，主要用于工業生產數據接入、傳遞等方面。

2 物聯網關鍵技術

2.1 RFID及二維碼技術

REID和二維碼技術，是工業生產中較為常見的物聯網技術，主要作用是描述“物”的屬性。其中二維碼技術是在一維碼技術基礎上發展而來的，即按照規律將黑白相間的幾何形體平鋪到平面中，以此來記錄或識別數據信息。當前，該技術被廣泛應用到工業生產管理過程中。而RFID技術，是通過空間耦合方式，在無接觸情況下傳遞射頻信號，以此來識別目標。該技術是建立在傳統條形碼技術基礎上發展而來的，克服了條形碼人工掃描、一次一讀等弊端，能夠準確無誤地采集大量數據信息，并且抗干擾能力較強，即便在惡劣環境下運行，依然能夠滿足實時跟蹤、高速讀取等需求，也正因如此，使得該技術在工業生產領域得到廣泛應用。

2.2 傳感器技術

傳感器是科學技術發展到一定程度的產物，也是支撐現代化信息技術持續優化和完善的重要支柱，其作為1種微型器件，具有集成化、系統化特點，主要由信號處理、微傳感器、通信接口等組件組成，將其應用到工業自動化生產領域，可以迅速獲取生產數據，并對數據進行及時處理和分析，將數據信息與執行系統聯系到一起，可以形成功能豐富的微型系統，有利于強化系統智能化水平。工業自動化生產中涉及到的傳感器類型多種多樣，包括溫度傳感器、應變傳感器、微震動傳感器等，能夠有效提高工業生產的質量和效率[3]。

2.3 WSN技術

WSN技術又被稱為無線傳感器網絡技術，是由各種自動裝置通過科學分布、統籌安排構成的計算機網絡。在自動裝置運行過程中，能夠通過不同的傳感器系統，對工業生產環境、位置等進行監督、控制，便于技術人員實時掌握溫度、濕度、壓力、污染物等實際情況。無線傳感器網絡不僅在每個節點上設置了傳感器裝置，還安裝了電池、微控制器、收發器等設備?？梢钥闯?，無線傳感器網絡是1種自組織網絡，在實際運行中能夠通過各組件相互配合、相互協調，快速完成生產任務，有利于合理分配生產資源，有效降低生產成本。該技術理論最早由美國軍方提出，后隨著科學技術的不斷進步，其推廣范圍也逐漸擴大，并與無線通信、計算機、微電子等先進技術有機融合，實現了實時監測、智能感知等多種功能。尤其在工業領域呈現出廣闊的發展前景，能夠對數據信息進行量化采集、快速處理、即時傳輸，有利于及時了解工業生產實際情況。其特點可以歸納為以下幾點：①能量有限。工業自動化生產中，能量能夠直接影響傳感節點的壽命和運行能力，當前工業生產中引入的傳感節點，大多采用電池供電方式，并且這些電池普遍無法重新充電。②計算能力有限。主要指CPU處理能力有限，通常在8 bit-8 MHz范圍內[4]。③存儲能力有限。工業生產中的傳感節點存儲器一般有3種形式，分別為RAM存儲器、工作存儲器、程序存儲器。④通信能力有限。在工業生產中為了盡可能減少信號傳輸過程的能量消耗，需要將傳感節點的傳輸能量控制在10～100 mW，傳輸范圍控制在100 m-1 kmo范圍內。⑤防篡改特點傳感節點是1種開放性網絡設備，具有成本較低、結構松散等特點，如果傳感節點在應用過程中受到攻擊，容易為攻擊者篡改信息和程序創造條件。⑥工業生產在部署無線傳感器網絡前，并不能提前預知網絡拓撲形式。

2.4 近距離通信技術

近距離通信技術是工業自動化領域較為常見的1種物聯網技術，能夠在較短距離范圍內傳遞數據信息，其距離一般在幾十米之間，可以充分保證數據信息傳遞的準確性和即時性。另外，該技術還能夠為高速率多媒體應用奠定良好基礎，除了能夠傳遞數據信息外，還能夠傳送聲像、圖像等。結合工業生產現狀來看，引入該技術不僅能夠降低不必要的能源消耗，還能夠有效降低生產成本，提高通信效率。

2.5 人工智能技術

人工智能技術是利用計算機系統，對人的行為和思維進行智能化模擬。在工業自動化生產中引入該技術，可以提前設置計算機自動執行流程，確保計算機系統自行完成生產任務，不僅能夠提高生產效率和質量，還能夠解放勞動力[5]。

2.6 云計算技術

物聯網技術的蓬勃發展和廣泛應用，離不開云計算技術的支撐和支持。前文提及，工業生產中使用的無線傳感器網絡技術，普遍存在存儲能力有限、計算能力有限、通信能力有限等特點。對此，可以引入云計算技術，將其作為物聯網運行的大腦，從而對工業生產中產生的海量數據進行收集、存儲、分析和計算，有效提高數據信息利用率。

2.7 無線網絡技術

在工業生產過程中，引入物聯網技術的主要作用，是為人與人、人與物、物與物溝通架起橋梁，而想要實現這一目標，離不開無線網絡技術的支撐。通過無線網絡能夠對大批量數據信息進行高效傳輸，從而滿足實時共享需求。當前，工業自動化領域涉及到的無線網絡，既包括遠距離連接的數據網絡，也包括近距離連接的紅外技術和藍牙技術等。

2.8 嵌入式技術

嵌入式技術在工業自動化生產中，主要涉及到硬件系統和軟件系統兩個層面。其中硬件系統包括儲存器、CPU、處理器等方面[6]。軟件系統包括工業生產軟件以及解決各類問題的應用軟件，通過各類軟件能夠有效監督和控制工業生產過程。只有硬件系統和軟件系統相互配合、互相支撐，才能夠實現工業自動化生產目標。

3 物聯網技術在工業自動化領域的應用現狀

隨著科學技術不斷進步，物聯網技術也得到了一定優化和完善，尤其傳感器和可編程控制器被廣泛應用到工業生產中。加上無線網絡的進一步完善、5G技術的大力推廣，使得數據傳輸速度不斷加快，網絡接入能力日漸加強。在這一背景下，工業生產需要充分考慮如何將已經上傳到互聯網中的數據信息進行科學處理、有效利用，從而全面實現數據共享目標，為用戶查詢提供便利。與此同時，還要保證整套系統具備成本低廉、適用性廣等優勢，可以在市場中廣泛推廣。這也成為國內外專家和學者大力研究的重要課題。當前，工業生產領域最常使用的解決方案，是引入云訪問技術，也就是將物聯網技術與工業生產設備連接到一起，通過智能傳感器實時采集PLC信號和數據信息。而后通過無線網絡或5G網絡，將數據信息或PLC信號上傳到云服務器，最后利用云平臺軟件對數據和信號進行處理、分析、儲存和利用，在此背景下，客戶端能夠在網絡覆蓋范圍內快速查詢或訪問所需數據信息。

4 物聯網技術在工業自動化領域的具體應用

4.1 應用于工業物流自動化領域

隨著我國工業生產規模逐漸擴大，對產品運輸效率也提出更高要求。將物聯網技術與產品運輸、儲存等物流過程相融合，已經成為行業發展的大勢所趨，如此可以有效提高貨物運輸速度，促進工業物流向自動化趨勢發展?，F階段，越來越多的工業企業將射頻識別技術、構架技術等引入工業物流體系中，并取得了顯著成績[7]。例如，工業企業構建的自動化物流倉庫，實現了自動化尋找地址、自動化監督控制等功能。在自動化尋址過程中，只需在倉庫巷道中的堆垛機上安裝紅外傳感器，就能夠及時獲取采集物體的地址信息，將信息傳遞到監管系統后，通過科學處理、有效分析，能夠得出準確無誤的處理結果，可以為加快貨物運輸速度奠定良好基礎。

4.2 應用于工業節能減排領域

隨著我國工業化進程的持續深入，環境污染、生態破壞等問題日益突出。近年來，黨中央及各級政府不斷加大投入力度，致力于改善生態環境，發展綠色經濟，要求工業生產也要嚴格貫徹落實可持續發展理念，積極引入節能減排技術，從而在保證生產質量和效率的同時，盡可能減少資源、能源的不必要消耗和浪費，這不僅是社會發展的必然要求，也是造福子孫后代的有效途徑。而引入物聯網技術，可以充分滿足這一目標，切實解決工業生產高污染問題。具體來說，就是在工業生產中安裝各類傳感裝置，對企業生產環境進行實時監控，及時發現生產過程存在的污染源，并采取措施解決。如此既能夠提高企業生產節能減排能力，還能夠加快工業企業自動化發展速度。

4.3 應用于產品信息化領域

隨著人們生活水平逐步提高，社會群眾對產品質量、產品性能、產品安全的要求也越來越高。這也使得工業企業在自動化發展中給予產品信息更多關注。在實際生產過程中，產品信息貫穿于生產、加工、制造、銷售等各個環節，其重要性不言而喻，能夠直接決定企業在市場競爭中的地位，同時關系到是否滿足市場供應需求。而引入物聯網技術，能夠對工業生產的各個環節進行嚴格把控，有利于提高產品的質量和性能，充分滿足消費者需求[8]。

4.4 應用于工業安全生產領域

工業生產是1項系統化工程，涉及諸多流程，面臨的安全隱患較多。所以安全管理一直都是工業生產較為關注的課題。將物聯網技術中的定位功能引入實際生產中，可以充分滿足生產過程的安全管理需求。有利于及時發現生產過程存在的問題和隱患，并準確找到故障源，有利于為技術人員維護檢修提供參考依據，從而提高工業生產安全管理能力，降低故障事故的發生率，確保各生產環節有條不紊地進行。

5 結束語

綜上所述，21世紀是信息化時代，在信息化技術廣泛應用的同時，物聯網技術也日益完善，并在工業自動化發展中發揮重要作用。為了進一步提高工業生產水平，強化工業企業國際競爭力，需要相關專家和學者加大物聯網技術研究力度，將其引入工業發展各個領域，為工業企業可持續發展奠定基礎。

參考文獻

[1] 張海龍.工業自動化中物聯網技術的應用研究[J].智能城市，2021，7（24）：27-28.

[2] 劉思雨，楊青豐，唐麗萍.物聯網技術在工業自動化中的有效應用[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2021（12）：188-190.

[3] 李克龍，高宗輝，秦金山.物聯網技術在工業自動化中的應用研究[J].現代工業經濟和信息化，2021，11（7）：100-101.

[4] 馬駿，劉罡.遠程控制和物聯網技術在工業自動化控制中的應用[J].電工材料，2021（2）：31-32.

[5] 陸正卿，方維嵐，李嫻.物聯網技術在工業自動化方面的應用研究[J].數字技術與應用，2021，39（2）：80-82.

[6] 徐妙欞.物聯網技術在工業自動化中的應用研究[J].工程技術研究，2020，5（19）：38-39.

[7] 袁酉亮.物聯網技術在工業自動化中的應用[J].電子技術與軟件工程，2019（20）：123-124.

[8] 馬雪峰.遠程控制和物聯網技術在工業自動化控制中的應用[J].信息通信，2019（10）：257-258.