面向工业自动化的物联网技术运用研究

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周治宇,吴若童,王 健,刘雪银,姜晨睿

(成都川哈工机器人及智能装备产业技术研究院有限公司,四川 成都 610096)

1.1 物联网

物联网的核心在于万物互联,需要用到射频识别技术和信息传感器等,实时采集监控、连接与互动状态下产生的声、光、热、电等关键数据[1]。当连接网络后,物-物、物-人便可实现有效连接。所以物联网是在互联网、传统电信网基础上的一种信息承载体,独立寻址物理对象相互联通之后便可构建网络。

1.2 工业物联网

以物联网为基础形成的工业物联网,实现了物联网和工业领域的融合。工业物联网将所有具备感知能力与监控能力的传感器、控制器以及智能分析技术等应用于工业生产当中,有利于提高生产环节的效率,节约生产时间和成本,最终目的是达成工业生产的信息化、智能化。针对工业物联网的应用形式,主要体现出自动化、嵌入式、信息互通互联的特征。

物联网技术是信息化时代下产生的新技术手段,目前已经广泛应用于各行各业,在现代社会建设与发展中实现万物互联[2]。近年来,除了工业领域在物联网基础上实现了工业自动化,医学领域也应用物联网技术,传输药物、医疗设备和患者身份信息等关键数据,为医院各个科室掌握患者信息提供了便利,使治疗更加有的放矢,医院护理工作的效率也因此提升。现如今医学领域时物联网技术用于医疗数据信息采集、联网控制等方面,若发现数据异常现象,便可以马上反馈,彰显管理的有效性与个性化。除了医学领域,航空、计算机行业也利用物联网技术,对一些重要数据进行安全防护,以免外部信息的入侵威胁基础数据安全,在物联网技术的支持下相关领域构建系统的安全性也显著提升。

现代社会建设的各个领域均需要物联网的应用,很多企业组织员工培训也非常关注物联网应用[3]。因此,工业自动化运用物联网技术是必然趋势,当然也存在一些技术性问题需要深入分析解决。因为物联网技术对传感器、传感装置要求非常严格,传感器技术、硬件系统微型化与智能化也需要在工业自动化实现中展开探讨。

3.1 物联网技术架构搭建

具体介绍如下:①应用层。该层主要针对所有应用领域与范畴进行设计,包括智慧交通、智能电网、智慧农业、智能工业、智慧医疗、智能家居等[4]。②处理层。在应用层基础上构建管理与处理平台,主要包括服务支持平台、网络管理平台、信息处理平台、信息安全平台等。③网络层。网络层是支持物联网技术架构运行的重要条件,该层主要包括电信网、互联网、广电网、电网、专用网和其他网等。④感知层。感知层包括物联网技术得以运行的所有传感设备,如RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)标签与读写器、M2M(Machine-To-Machine,机器对机器)终端、导航定位、二维码、传感器、摄像头等[5]。

3.2 数据及信号处理

工业自动化生产过程中物联网负责信息的实时处理,包括对工业自动化生产、销售等阶段产生数据的。这些数据被采集后直接利用计算机技术自动化处理和分析。

3.3 关键物联网技术形式

3.3.1 RFID技术

RFID技术主要应用在物联网的感知层中,利用无线电波识别物体,采集物体信息[6]。RFID技术会识别物体上的二维码,快速获取物体信息,无须和物体直接接触,当目标物体已经在射频信号覆盖范围中时,便可利用接收解读装置捕捉信号,或者是当目标物体发射出信号时,接收机在接收到信号后便会传出信息。应用RFID技术最为常见的便是快递物流行业,物流环节需要处理的快递数量非常多,采用人工处理方式扫描快递信息,不仅会降低快递物流速度,还会降低效率[7]。物流业广泛使用RFID技术,使扫描快递效率得到提升,而且扫描物流信息也非常精准。由此可见,RFID技术是物联网在工业自动化领域应用的重要动力。

3.3.2 嵌入式技术

嵌入式系统技术在物联网技术的处理层中运用,感知层采集到的信息,均可通过嵌入式技术处理,并且使软硬件有效融合,提升了技术复杂性。目前伴随工业自动化地不断深入,嵌入式系统架构也越来越完善,在工业自动化领域中的应用广度、深度均得到提升。

3.3.3 网关技术

网关的主要作用是实现传感器通信网、内网通信网之间的连接,并负责传输网络数据、匹配物理协议和管理网络节点[8]。处于物联网中的物联网网关作为网络单元关键组件,可将各个传感器采集到的物理信息实时传输,利用特殊通信协议将内网数据进行远距离传输,使数据在传输过程中更加安全。

3.3.4 智能终端

智能终端主要是指计算机、大型服务器,符合物联网所有信息的实际应用要求,主要负责采集物联网传感器数据,完成计算和执行等功能。智能化终端结合实际需求使用,例如,在工业机动化生产监控过程中,目前比较常见的智能化终端不仅可以采集、监督工业数据,还可以在发现事故之后及时预警,而且智能终端具有工业生产数据化分析的功能,在事故未发生时便可将采集到的报警信息及时传输到通信设备,通知管理人员处理,所以智能终端具备远程智能化管理功能。

4.1 在生产制造中的应用

利用物联网技术有利于提高产品生产安全,节省原材料,增加工业生产企业的经济效益。工业设备的运行会产生海量数据,此时通过物联网技术,便可以动态采集生产设备数据并发出信号,进行自动化生产。生产技术人员、管理人员在物联网技术的帮助下,能更加清晰的了解原材料使用、消耗情况,掌握材料使用配比、产品制造生产质量[9]。

工作人员通过参与物联网技术的自动化培训,尤其要以企业生产制造为依托的培训,可使生产制造流程不断优化,生产期间的信息传输流程得到加强控制,提高了工业自动化、专业化能力,保证了工业生产质量。

4.2 在产品信息化中的应用

工业市场竞争越来越激烈,产品生产制造需要获取更多的信息,如原产地、产品安全信息。在工业产品信息化建设期间,利用物联网技术便可以精准追踪产品流通范围信息,这是工业自动化与实践的一种重要创新举措,也是提高产品在工业市场中占有率的有效方法。对于产品物流信息的追踪,通常会运用互联网技术,实现工业产品信息的智能化、自动化管理,面向消费者的产品,相应信息的采集、分析与处理必须保证全面性、便捷性。当达成以上目标时便可真正实现产品工业化向消费者的服务,从而加强工业产品生产信息智能化。

4.3 在安全生产中的应用

在工业自动化的实践过程中,一些产品生产流程相对烦琐,而且也会对外部环境提出比较严格的要求,所以在生产时难免出现一些安全事故。面对工业生产安全的事故,也是今后工业自动化深入落实过程中必须关注的问题。工业企业组织自动化培训,利用物联网技术可以自动化感知、定位、追踪工业生产各个环节,了解生产过程实际情况,提出有针对性的安全防护方法。比如,在生产环节精准定位车间中的所有设备,利用物联网技术可以监督机房的所有生产对象,即便是在特殊环境也可以实现自动化管理[10]。

4.4 在节能减排中的应用

工业自动化的发展越来越关注节能减排,一方面关系到工业企业生产,另一方面节能减排也与社会可持续发展有密切的联系。通过采用物联网技术,工业生产环节所有设备产生信息均可及时采集,还可以利用物联网技术追踪高污染企业的污染废弃物,并对废弃物排放情况进行监控,制定技术指标,加强对污染物排放的有序管理。

4.5 在运营管理中的应用

物联网技术和工业自动化的融合,也广泛被应用于工业运营管理阶段,有利于提高工业生产阶段管理的工作的效率和供应链发货效率,继而为工业高效生产、现代化工业生产环境的构建创造条件。在生产管理环节可以引进追溯系统,加强产品的唯一性,每一个产品均有独立二维码,通过扫描二维码便可获取产品种类、来源途径等关键信息,利用物联网技术管控产品从进料到成品各个环节。

5.1 工业企业全方位分析战略目标

在全面推动工业自动化期间,物联网技术可以在工业自动化的全过程中实现应用。工业企业利用物联网技术升级产业,还需在信息化时代环境中制定新的目标规划。工业企业开展自动化培训也需要运用物联网技术,通过增强员工的技能,可以将生产经营阶段的问题解决。物联网技术的应用可推动工业企业的发展,发挥高精尖技术优势,优化工业生产流转过程。

5.2 利用物联网技术研发多元产品

工业自动化和物联网技术的结合,针对企业中的技术人员进行自动化培训,一方面要立足于当下工业发展形势,另一方面则要观察市场和受众需求,明确今后工业企业自动化方向,促使工业企业能够在激烈市场竞争中占据有利位置。物联网技术是新型可视技术,与市场发展趋势相适应,利用物联网技术采集数据,可以帮助企业发现工业自动化进程中的问题,开发多元产品,为未来工业自动化的发展注入活力。

综上所述,工业自动化在信息化时代的发展与实践,不仅在生产、制造等环节中运用了信息技术和设备,也开始广泛应用了物联网技术,推动工业生产朝着自动化、数字化和智能化的方向转型。将物联网技术应用于工业自动化中,提高了工业生产效率,还有利于实现工业节能减排,推进行业的可持续发展。发挥物联网技术的作用,夯实工业自动化发展基础,为工业行业的转型升级创造条件,从而逐渐形成物联网+工业自动化的发展模式。■

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