工业物联网是什么,工业物联网解决方案该怎样

2017-04-24 18:28 管理员 次阅读 条评论

一、工业物联网是什么

物联网是的英文缩写是The Internet of things,也即物物相连的网络。物联网的定义是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

简单地说,物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网,通过各种有线和无线网络与互联网融合,将物体的信息实时准确地传递出去。

而工业物联网在物联网的基础上不仅仅提供了传感器的连接,其本身也具有智能处理的能力,能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合,利用云计算、模式识别等各种智能技术,扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据,以适应不同用户的不同需求,发现新的应用领域和应用模式。

二、工业物联网架构三大层次

工业物联网作为一个系统网络,与其他网络一样,也有其内部特有的架构。工业物联网的系统架构划分为三个层次。

一:是感知层,即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息;

二:网络层,通过各种电信网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地传递出去;

三:应用层,把感知层的得到的信息进行处理,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。

三、工业物联网的关键技术

工业物联网技术的研究是一个跨学科的工程,它涉及自动化、通信、计算机以及管理科学等领域。工业物联网的广泛应用需要解决众多关键技术问题(见下图)

●传感器技术:价格低廉、性能良好的传感器是工业物联网应用的基石,工业物联网的发展要求更准确、更智能、更高效以及兼容性更强的传感器技术。智能数据采集技术是传感器技术发展的一个新方向。信息的泛在化对工业传感器和传感装置提出了更高的要求。具体如,微型化:元器件的微小型化,要求节约资源与能源;智能化:具备自校准、自诊断、自学习、自决策、自适应和自组织等人工智能技术;低功耗与能量获取技术:供电方式为电池、阳光、风、温度、振动等多种方式。

●设备兼容技术:大部分情况下,企业会基于现有的工业系统建造工业物联网,如何实现工业物联网中所用的传感器能够与原有设备已应用的传感器相兼容是工业物联网推广所面临的问题之一。传感器的兼容主要指数据格式的兼容与通信协议的兼容,兼容关键是标准的统一。目前,工业现场总线网络中普遍采用的如Profibus、Modus协议,已经较好地解决了兼容性问题,大多数工业设备生产厂商基于这些协议开发了各类传感器、控制器等。近年来,随着工业无线传感器网络应用日渐普遍,当前工业无线的WirelessHART、ISA100.11a以及wIA—PA3大标准均兼容了IEEE802.15.4无线网络协议,并提供了隧道传输机制兼容现有的通信协议,丰富了工业物联网系统的组成与功能。

●网络技术:网络是构成工业物联网的核心之一,数据在系统不同的层次之间通过网络进行传输。网络分为有线网络与无线网络,有线网络一般应用于数据处理中心的集群服务器、工厂内部的局域网以及部分现场总线控制网络中,能提供高速率高带宽的数据传输通道。工业无线传感器网络则是一种新兴的利用无线技术进行传感器组网以及数据传输的技术,无线网络技术的应用可以使得工业传感器的布线成本大大降低,有利于传感器功能的扩展,因此吸引了国内外众多企业和科研机构的关注。

传统的有线网络技术较为成熟,在众多场合已得到了应用验证。然而,当无线网络技术应用于工业环境时,会面临如下问题:工业现场强电磁干扰、开放的无线环境让工业机器更容易受到攻击威胁、部分控制数据需要实时传输。相对于有线网络,工业无线传感器网络技术则正处在发展阶段,它解决了传统的无线网络技术应用于工业现场环境时的不足,提供了高可靠性、高实时性以及高安全性,主要技术包括:自适应跳频、确实性通信资源调度、无线路由、低开销高精度时间同步、网络分层数据加密、网络异常监视与报警以及设备入网鉴权等。

●信息处理技术:工业信息出现爆炸式增长,工业生产过程中产生的大量数据对于工业物联网来说是一个挑战,如何有效处理、分析、记录这些数据,提炼出对工业生产有指导性建议的结果,是工业物联网的核心所在,也是难点所在。

当前业界大数据处理技术有很多,如SAP的BW系统在一定程度上解决了大数据给企业生产运营带来的问题。数据融合和数据挖掘技术的发展也使海量信息处理变得更为智能、高效。工业物联网泛在感知的特点使得人也成为了被感知的对象,通过对环境数据的分析以及用户行为的建模,可以实现生产设计、制造、管理过程中的人一人、人一机和机一机之间的行为、环境和状态感知,更加真实地反映出工业生产过程中的细节变化,以便得出更准确的分析结果。

●安全技术:工业物联网安全主要涉及数据采集安全、网络传输安全等过程,信息安全对于企业运营起到关键作用,例如在冶金、煤炭、石油等行业采集数据需要长时问的连续运行,如何保证在数据采集以及传输过程中信息的准确无误是工业物联网应用于实际生产的前提。

如果把物联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递信息,嵌入式系统则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。

四、工业物联网的应用

●制造业供应链管理:企业利用物联网技术,能及时掌握原材料采购、库存、销售等信息,通过大数据分析还能预测原材料的价格趋向、供求关系等,有助于完善和优化供应链管理体系,提高供应链效率,降低成本。空中客车通过在供应链体系中应用传感网络技术,构建了全球制造业中规模最大、效率最高的供应链体系。

●生产过程工艺优化:工业物联网的泛在感知特性提高了生产线过程检测、实时参数采集、材料消耗监测的能力和水平,通过对数据的分析处理可以实现智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护,提高生产力,降低能源消耗。钢铁企业应用各种传感器和通信网络,在生产过程中实现了对加工产品的宽度、厚度、温度实时监控,提高了产品质量,优化了生产流程。

●生产设备监控管理:利用传感技术对生产设备进行健康监控,可以及时跟踪生产过程中各个工业机器设备的使用情况,通过网络把数据汇聚到设备生产商的数据分析中心进行处理,能有效地进行机器故障诊断、预测,快速、精确地定位故障原因,提高维护效率,降低维护成本。GEOil&Gas集团在全球建立了13个面向不同产品的i-Center(综合服务中心),通过传感器和网络对设备进行了在线监测和实时监控,并提供了设备维护和故障诊断的解决方案。

●环保监测及能源管理:工业物联网与环保设备的融合可以实现对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理环节关键指标的实时监控。在化工、轻工、火电厂等企业布署传感器网络,不仅可以实时监测企业排污数据,而且可以通过智能化的数据报警及时发现排污异常并停止相应的生产过程,防止突发性环境污染事故发生。电信运营商已开始推广基于物联网的污染治理实时监测解决方案。

●工业安全生产管理:“安全生产”是现代化工业中的重中之重。工业物联网技术通过把传感器安装到矿山设备、油气管道、矿工设备等危险作业环境中,可以实时监测作业人员、设备机器以及周边环境等方面的安全状态信息,全方位获取生产环境中的安全要素,将现有的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台,有效保障了工业生产安全

五、结束语

无处不在的物联网把人与物连融为一体,通过泛在感知技术让人们更快、更准确地获取有用信息,将比互联网更深刻地影响人们的生产和生活。随着对生产力发展要求的不断提高,工业物联网技术进入工业控制领域的趋势无可置疑。物联网时代的到来对于我国工业发展既是机遇,又是挑战。一方面,工业物联网将引领传统工业走向现代化,改版传统工业的生产和管理模式,促进工业企业的信息共享与协同发展,提高生产力,降低污染,增强我国工业的可持续发展能力和国际竞争力;另一方面,发展工业物联网需要企业管理理念的更新改变以及相关科研实力的发展提高。如何对企业做出准确定位,吸取先进经验,合理利用工业物联网技术提高产能是企业管理者应该关注的问题。

 


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