面向工業自動化的物聯網技術運用研究

周治宇，吳若童，王 健，劉雪銀，姜晨睿

（成都川哈工機器人及智能裝備產業技術研究院有限公司，四川 成都 610096）

1 物聯網技術和工業自動化

1.1 物聯網

物聯網的核心在于萬物互聯，需要用到射頻識別技術和信息傳感器等，實時采集監控、連接與互動狀態下產生的聲、光、熱、電等關鍵數據[1]。當連接網絡后，物-物、物-人便可實現有效連接。所以物聯網是在互聯網、傳統電信網基礎上的一種信息承載體，獨立尋址物理對象相互聯通之后便可構建網絡。

1.2 工業物聯網

以物聯網為基礎形成的工業物聯網，實現了物聯網和工業領域的融合。工業物聯網將所有具備感知能力與監控能力的傳感器、控制器以及智能分析技術等應用于工業生產當中，有利于提高生產環節的效率，節約生產時間和成本，最終目的是達成工業生產的信息化、智能化。針對工業物聯網的應用形式，主要體現出自動化、嵌入式、信息互通互聯的特征。

2 物聯網技術應用與發展現狀

物聯網技術是信息化時代下產生的新技術手段，目前已經廣泛應用于各行各業，在現代社會建設與發展中實現萬物互聯[2]。近年來，除了工業領域在物聯網基礎上實現了工業自動化，醫學領域也應用物聯網技術，傳輸藥物、醫療設備和患者身份信息等關鍵數據，為醫院各個科室掌握患者信息提供了便利，使治療更加有的放矢，醫院護理工作的效率也因此提升。現如今醫學領域時物聯網技術用于醫療數據信息采集、聯網控制等方面，若發現數據異常現象，便可以馬上反饋，彰顯管理的有效性與個性化。除了醫學領域，航空、計算機行業也利用物聯網技術，對一些重要數據進行安全防護，以免外部信息的入侵威脅基礎數據安全，在物聯網技術的支持下相關領域構建系統的安全性也顯著提升。

現代社會建設的各個領域均需要物聯網的應用，很多企業組織員工培訓也非常關注物聯網應用[3]。因此，工業自動化運用物聯網技術是必然趨勢，當然也存在一些技術性問題需要深入分析解決。因為物聯網技術對傳感器、傳感裝置要求非常嚴格，傳感器技術、硬件系統微型化與智能化也需要在工業自動化實現中展開探討。

3 面向工業自動化的物聯網技術應用要點

3.1 物聯網技術架構搭建

具體介紹如下：①應用層。該層主要針對所有應用領域與范疇進行設計，包括智慧交通、智能電網、智慧農業、智能工業、智慧醫療、智能家居等[4]。②處理層。在應用層基礎上構建管理與處理平臺，主要包括服務支持平臺、網絡管理平臺、信息處理平臺、信息安全平臺等。③網絡層。網絡層是支持物聯網技術架構運行的重要條件，該層主要包括電信網、互聯網、廣電網、電網、專用網和其他網等。④感知層。感知層包括物聯網技術得以運行的所有傳感設備，如RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）標簽與讀寫器、M2M（Machine-To-Machine，機器對機器）終端、導航定位、二維碼、傳感器、攝像頭等[5]。

3.2 數據及信號處理

工業自動化生產過程中物聯網負責信息的實時處理，包括對工業自動化生產、銷售等階段產生數據的。這些數據被采集后直接利用計算機技術自動化處理和分析。

3.3 關鍵物聯網技術形式

3.3.1 RFID技術

RFID技術主要應用在物聯網的感知層中，利用無線電波識別物體，采集物體信息[6]。RFID技術會識別物體上的二維碼，快速獲取物體信息，無須和物體直接接觸，當目標物體已經在射頻信號覆蓋范圍中時，便可利用接收解讀裝置捕捉信號，或者是當目標物體發射出信號時，接收機在接收到信號后便會傳出信息。應用RFID技術最為常見的便是快遞物流行業，物流環節需要處理的快遞數量非常多，采用人工處理方式掃描快遞信息，不僅會降低快遞物流速度，還會降低效率[7]。物流業廣泛使用RFID技術，使掃描快遞效率得到提升，而且掃描物流信息也非常精準。由此可見，RFID技術是物聯網在工業自動化領域應用的重要動力。

3.3.2 嵌入式技術

嵌入式系統技術在物聯網技術的處理層中運用，感知層采集到的信息，均可通過嵌入式技術處理，并且使軟硬件有效融合，提升了技術復雜性。目前伴隨工業自動化地不斷深入，嵌入式系統架構也越來越完善，在工業自動化領域中的應用廣度、深度均得到提升。

3.3.3 網關技術

網關的主要作用是實現傳感器通信網、內網通信網之間的連接，并負責傳輸網絡數據、匹配物理協議和管理網絡節點[8]。處于物聯網中的物聯網網關作為網絡單元關鍵組件，可將各個傳感器采集到的物理信息實時傳輸，利用特殊通信協議將內網數據進行遠距離傳輸，使數據在傳輸過程中更加安全。

3.3.4 智能終端

智能終端主要是指計算機、大型服務器，符合物聯網所有信息的實際應用要求，主要負責采集物聯網傳感器數據，完成計算和執行等功能。智能化終端結合實際需求使用，例如，在工業機動化生產監控過程中，目前比較常見的智能化終端不僅可以采集、監督工業數據，還可以在發現事故之后及時預警，而且智能終端具有工業生產數據化分析的功能，在事故未發生時便可將采集到的報警信息及時傳輸到通信設備，通知管理人員處理，所以智能終端具備遠程智能化管理功能。

4 基于工業自動化的物聯網技術實際應用

4.1 在生產制造中的應用

利用物聯網技術有利于提高產品生產安全，節省原材料，增加工業生產企業的經濟效益。工業設備的運行會產生海量數據，此時通過物聯網技術，便可以動態采集生產設備數據并發出信號，進行自動化生產。生產技術人員、管理人員在物聯網技術的幫助下，能更加清晰的了解原材料使用、消耗情況，掌握材料使用配比、產品制造生產質量[9]。

工作人員通過參與物聯網技術的自動化培訓，尤其要以企業生產制造為依托的培訓，可使生產制造流程不斷優化，生產期間的信息傳輸流程得到加強控制，提高了工業自動化、專業化能力，保證了工業生產質量。

4.2 在產品信息化中的應用

工業市場競爭越來越激烈，產品生產制造需要獲取更多的信息，如原產地、產品安全信息。在工業產品信息化建設期間，利用物聯網技術便可以精準追蹤產品流通范圍信息，這是工業自動化與實踐的一種重要創新舉措，也是提高產品在工業市場中占有率的有效方法。對于產品物流信息的追蹤，通常會運用互聯網技術，實現工業產品信息的智能化、自動化管理，面向消費者的產品，相應信息的采集、分析與處理必須保證全面性、便捷性。當達成以上目標時便可真正實現產品工業化向消費者的服務，從而加強工業產品生產信息智能化。

4.3 在安全生產中的應用

在工業自動化的實踐過程中，一些產品生產流程相對煩瑣，而且也會對外部環境提出比較嚴格的要求，所以在生產時難免出現一些安全事故。面對工業生產安全的事故，也是今后工業自動化深入落實過程中必須關注的問題。工業企業組織自動化培訓，利用物聯網技術可以自動化感知、定位、追蹤工業生產各個環節，了解生產過程實際情況，提出有針對性的安全防護方法。比如，在生產環節精準定位車間中的所有設備，利用物聯網技術可以監督機房的所有生產對象，即便是在特殊環境也可以實現自動化管理[10]。

4.4 在節能減排中的應用

工業自動化的發展越來越關注節能減排，一方面關系到工業企業生產，另一方面節能減排也與社會可持續發展有密切的聯系。通過采用物聯網技術，工業生產環節所有設備產生信息均可及時采集，還可以利用物聯網技術追蹤高污染企業的污染廢棄物，并對廢棄物排放情況進行監控，制定技術指標，加強對污染物排放的有序管理。

4.5 在運營管理中的應用

物聯網技術和工業自動化的融合，也廣泛被應用于工業運營管理階段，有利于提高工業生產階段管理的工作的效率和供應鏈發貨效率，繼而為工業高效生產、現代化工業生產環境的構建創造條件。在生產管理環節可以引進追溯系統，加強產品的唯一性，每一個產品均有獨立二維碼，通過掃描二維碼便可獲取產品種類、來源途徑等關鍵信息，利用物聯網技術管控產品從進料到成品各個環節。

5 工業自動化領域物聯網技術的應用前景

5.1 工業企業全方位分析戰略目標

在全面推動工業自動化期間，物聯網技術可以在工業自動化的全過程中實現應用。工業企業利用物聯網技術升級產業，還需在信息化時代環境中制定新的目標規劃。工業企業開展自動化培訓也需要運用物聯網技術，通過增強員工的技能，可以將生產經營階段的問題解決。物聯網技術的應用可推動工業企業的發展，發揮高精尖技術優勢，優化工業生產流轉過程。

5.2 利用物聯網技術研發多元產品

工業自動化和物聯網技術的結合，針對企業中的技術人員進行自動化培訓，一方面要立足于當下工業發展形勢，另一方面則要觀察市場和受眾需求，明確今后工業企業自動化方向，促使工業企業能夠在激烈市場競爭中占據有利位置。物聯網技術是新型可視技術，與市場發展趨勢相適應，利用物聯網技術采集數據，可以幫助企業發現工業自動化進程中的問題，開發多元產品，為未來工業自動化的發展注入活力。

6 結束語

綜上所述，工業自動化在信息化時代的發展與實踐，不僅在生產、制造等環節中運用了信息技術和設備，也開始廣泛應用了物聯網技術，推動工業生產朝著自動化、數字化和智能化的方向轉型。將物聯網技術應用于工業自動化中，提高了工業生產效率，還有利于實現工業節能減排，推進行業的可持續發展。發揮物聯網技術的作用，夯實工業自動化發展基礎，為工業行業的轉型升級創造條件，從而逐漸形成物聯網+工業自動化的發展模式。■