工业物联网

什么是工业物联网

工业物联网是将具备感知、监控能力的各类采集或控制传感或控制器以及泛在技术、移动通信、智能解析等技术不断融入到工业出产历程各个环节,从而大幅提高制造效率,改善产品质量,降低产品成本和资源消耗,最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段。从应用形式上,工业物联网的应用具备实时性、自动化、嵌入式(软件)、安全性、和信息互通互联性等特点。

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、计算机以及经营管理科学等领域。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,工业物联网的进展要求更准确、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进展的一个新方向。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:大部分状况下,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。传感器的兼容紧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,大多数工业设备出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,并提给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,数据在系统区别的层次之间通过网络实行传输。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,能提给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实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进展阶段,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,提给了高可靠性、高实时性以及高安全性,紧要技术包含: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,工业出产历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、解析、记录这些数据,提炼出对工业出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出产运营带来的问题。数据融合和数据挖掘技术的进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,通过对环境数据的解析以及用户行为的建模,可以实现出产设计、制造、经营管理历程中的人一人、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出产历程中的细节变化,以便得出更准确的解析结果。

●安全技术:工业物联网安全紧要涉及数据采集安全、网络传输安全等历程,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历程中信息的准确无误是工业物联网应用于实际出产的前提。

工业物联网的应用

●制造业供应链经营管理: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,通过大数据解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经营管理体系,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。

●出产历程工艺优化:工业物联网的泛在感知特性提高了出产线历程检测、实时参数采集、材料消耗监测的能力和水平,通过对数据的解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,提高出产力,降低能源消耗。钢铁企业应用各种传感器和通信网络,在出产历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,优化了出产流程。

●出产设备监控经营管理:利用传感技术对出产设备实行健康监控,可以及时跟踪出产历程中各个工业机器设备的使用状况,通过网络把数据汇聚到设备出产商的数据解析中心实行处理,能有效地实行机器故障诊断、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个面向区别产品的i-Center(综合服务中心),通过传感器和网络对设备实行了在线监测和实时监控,并提给了设备维护和故障诊断的解决方案。

●环保监测及能源经营管理:工业物联网与环保设备的融合可以实现对工业出产历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出产历程,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。

●工业安全出产经营管理:“安全出产”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,全方位获取出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,有效保障了工业出产安全。


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